具有基于健康的主动自测试方法的车辆与流程

机电系统由多个互连的子系统构成，每个子系统执行一个或多个专用功能。例如，车辆可包括动力转向和制动子系统、流体泵、电池组、电机、致动器和传感器。控制相应子系统功能的电子控制模块通过低压通信网络(例如控制器局域网(can))彼此互连，并与控制器互联，控制器区域网络(can)与各种控制模块本身作为不同的子系统起作用。远程连接到控制器的控制器和/或服务器可用于使用车辆健康管理信息执行各种子系统的持续诊断和预测程序。

技术实现要素：

本文公开了一种用于顶级系统(即，具有多个子系统的系统)的主动自测试的方法。例如，本公开范围内的顶级系统可以包括自主车辆或具有转向系统、制动系统和其他子系统的操作员驱动车辆。如本文所使用的，术语“主动自测试”是指基于控制器的过程，其启动用于各种子系统的自测试诊断序列，如本文所述，使用所接收的车辆健康管理(vhm)信息或者在一些情况下的操作员输入来对其进行定向。

本方法的目标是收集更全面的预后数据集，其适于评估子系统和顶级系统整体的数字健康状态(soh)。该方法旨在主动检测和识别潜在的基于健康的性能问题，并通过进行专门设计的诊断测试来代替被动或机会性地测试子系统作为合适的条件出现，从而提高自动健康状态评估的稳健性和准确性。使用本方法，控制器能够主动诊断子系统健康状态，包括在正常车辆操作期间待机状态的冗余子系统类型。

该方法可以适用于具有一个或多个子系统的车辆。在示例实施例中，该方法包括经由控制器接收vhm信息，其中vhm信息是基于过去测试结果指示子系统的soh的诊断和/或预后数据。该方法还包括使用过去测试结果确定所需的测试曲线，通过控制器将测试曲线应用于子系统，从而控制子系统的逻辑或动态状态，并确定子系统对应用的测试曲线的响应为额外的测试结果。此后，该方法包括使用先前和附加测试结果经由控制器评估子系统的soh，包括当评估的soh小于阈值soh时将诊断代码记录在控制器的存储器中。

确定测试曲线可以包括从远程设备接收测试启动请求。在一些配置中，车辆可以包括车辆远程信息处理单元，在这样的实施例中，远程设备是远程服务器。接收测试启动请求可以通过车辆远程信息处理单元完成。远程设备可以被配置为手机，其中通过控制器和手机之间的无线通信来完成接收测试启动请求。

确定测试曲线可以包括从多个预定测试曲线中选择测试功能，例如，步进曲线、斜坡曲线和每秒循环曲线中的一个或多个。

子系统可以是电子部件，其中步进、斜坡或每秒循环曲线例如是控制电子部件的电激发级的输入电压或输入电流。

在其他实施例中，子系统可以是液压致动部件，其中步进、斜坡和每秒循环曲线控制液压致动部件的液压级别。

还公开了一种车辆，其包括多个子系统，每个子系统执行车辆的相应功能，以及控制器，其配置成确定指示各个子系统的soh的vhm信息。控制器还被配置为执行上述方法。

根据另一实施例的方法包括经由指示子系统的soh的控制器接收vhm信息，其中vhm信息基于子系统的过去测试结果，并且响应于来自远程设备的测试启动请求，使用过去测试结果确定所需的测试曲线。这包括识别过去测试结果中的数据的间隙或收集不足的区域，并基于所识别的间隙或收集不足的区域从多个预定测试曲线中选择所需的测试曲线，包括步进曲线、斜坡曲线和每秒循环曲线中的一个或多个。

该方法还包括将测试曲线应用于子系统，从而控制子系统的状态，包括根据测试曲线激励子系统，并确定子系统对所应用的测试曲线的响应作为附加测试结果。此后，该方法包括使用先前和附加测试结果经由控制器评估子系统的soh，包括当评估的soh小于阈值低健康状态时记录诊断代码。

结合附图和所附权利要求，从以下对用于执行所述公开的实施例和最佳模式的详细描述，本公开的上述和其他特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1a是被配置为提供车辆的一个或多个组成子系统的主动自测试的示例性车辆的示意图。

图1b是图1a中所示的控制器网络的实施例的示意图。

图2是描绘在有和没有本方法的情况下给定组件的数据覆盖范围的增加的代表性信号图。

图3是描述用于图1中所示的车辆内的子系统的主动自测试的示例方法的流程图。

本公开易于进行各种修改和替代形式，并且已经通过附图中的示例示出了一些代表性实施例，并且将在本文中对其进行详细描述。本公开的新颖方面不限于附图中示出的特定形式。而是，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的修改、等同物、组合或替代。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记在若干视图中指代相同的部件，示例性车辆10在图1中示意性地示出。车辆10包括多个子系统，为了简化而示出为示例性转向系统12和制动系统14。车辆10还包括控制器(c1)50，其被编程为执行主动自测试方法100。作为方法100的一部分，控制器50接收车辆健康信息(箭头vhm)作为诊断和预后数据，包括根据所公开的主动自测试方法的转向系统12、制动系统14和/或车辆10的其他子系统的数字健康状态(soh)。方法100的执行，例如图3中描述的示例，主动地实现目标子系统的主动数据收集和评估，如图2所示，从而扩展可用于评估的数据范围，并最终提高soh评估的预测准确性。

可以使用方法100代替在正常日常驾驶条件下被动地收集测试数据。作为操作者机会性地收集诊断数据的这种被动方法随着时间推移执行某些日常驾驶操纵可导致集中在相同的有限范围或操作区域中的诊断和预后数据的收集。例如，被动收集可以收集与某些转向或制动力或序列一致的数据，以排除更激进或更不常见的操纵。相反，控制器50响应于先前接收的车辆健康管理(箭头vhm)信息中检测到的间隙或收集不足的区域和/或响应于操作员请求或修理仓库请求，主动地启动目标子系统的诊断/预后数据收集。这种数据在本文中称为过去测试结果，“过去”包括通过校准数量的先前键开/关驱动循环收集的数据。

所公开的方法的有益结果是自动收集更全面的数据集，用于评估目标子系统的soh和车辆10的整体性能。为了说明简单，下文将描述图1a的转向系统12和制动系统14，而不将方法100限制于具体描述的子系统。在不脱离方法100的预期范围的情况下，其他子系统和组件可以在健康状态的诊断和预测中使用不同的参数。

关于图1中所示的车辆10，转向系统12可以可选地实施为电动机辅助的电子齿条齿轮转向系统。在这样的实施例中，转向系统12包括通过转向柱21联接到齿条22的方向盘20。齿条22的远端通过一组拉杆依次联接到车辆10的前轮24。方向盘20的旋转使前轮24转动，操作者在操作者驱动的车辆10中通过转向辅助电动机25或者在其他实施例中通过液压转向泵辅助转向扭矩施加到车轮20。另一个这样的转向辅助电动机25r可以用在冗余致动器配置中，使得转向电动机25的退化或故障触发转向电动机25r的操作。在车辆10的自主实施例中，转向辅助电动机25可以提供转向扭矩而不伴随车辆10的乘员的动作。

尽管为了简单起见省略，但是齿条22内的一组齿与安装在转向柱21上的旋转小齿轮的配合齿啮合。通过方向盘20的旋转和/或转向辅助电动机25的动作将转向角施加到转向轴21上，小齿轮通过与齿条齿的啮合沿齿条22平移。反过来，该平移使齿条22和联接的前轮24沿相应的转向方向移动。

示例性制动系统14可以包括制动踏板30，当车辆10的操作者希望减速或停止车辆10时，向制动踏板30施加踏板力，或者当车辆10是自主汽车时，可以自主地产生这样的输入。响应于踏板力，可以增加所请求的制动力并且经由助力器31和制动主缸32将其传递到车辆10的拐角，然后用于致动一组制动致动器34，例如用于盘式制动器的卡钳和制动衬块或用于鼓式制动器的活塞和制动蹄。在一些实施例中，车辆10的制动操作可以通过来自再生制动过程中的电机(未示出)的电动机扭矩来辅助，来自这种再生制动过程的能量用于产生电力用于存储或用于为车辆10上的各种部件供电。

控制器50可以被配置为一个或多个数字计算机或微计算机，并且被专门编程以执行方法100的逻辑块，其示例在图3中示出。为此，控制器50配置有足够的硬件以执行所需的逻辑处理，即，具有足够的存储器(m)，处理器(p)和诸如高速时钟的其他硬件，模拟-数字和/或数字-模拟电路、定时器、输入/输出电路和相关设备、信号调节和/或信号缓冲电路。存储器(m)包括足够的有形的非暂时性存储器，例如磁性或光学只读存储器、闪存等，以及随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等。

参见图1b，控制器50可以经由远程信息处理单元52与远程设备通信，例如远程服务器(c2)150，例如云连接维护或代理服务器。远程服务器150可以收集和记录描述车辆10的每个子系统的soh以及车队中的可能的其他车辆的vhm信息(箭头vhm)，其中远程服务器150与控制器50或手机/便携式设备54通信，例如，使用文本消息或警报。因此，作为车辆10的持续诊断和预测操作的一部分，多个部件子系统(comp-a、comp-b、comp-c)，例如但不限于上述转向和制动子系统12和14，与控制器50通过低压can总线进行通信，使得控制器50通知子系统的soh，和/或接收vhm信息(箭头vhm)并计算soh本身。

作为方法100的一部分，控制器50基于vhm信息中的间隙或丢失/收集不足的数据区域生成或接收主动自测试请求(箭头ast-req)，其请求针对目标子系统的特定测试曲线。也就是说，为了准确地预测soh，控制器50理想地在一系列不同的操作条件下收集大范围的子系统性能数据。这种间隙可以通过机会性地收集有限数据而产生，即，当操作者碰巧以某种方式驾驶车辆10或重复相同的驾驶操纵时。控制器50通过主动安排间隙区域中的数据收集来填充数据间隙，然后根据所选择的测试曲线控制所识别的目标子系统的逻辑或动态状态，暂时启动对特定目标子系统的低级/本地化控制，以执行主动自测试过程。

一旦自测试序列完成，控制器50就生成并记录对应于所执行的测试曲线的主动自测试结果(箭头ast-r)，其中记录的附加测试结果指示目标子系统或组件对测试曲线的响应。此后，将附加测试结果添加到子系统的过去测试结果中，以构建更全面的vhm信息集，并提高结果健康状况评估的准确性。

参见图2，其描绘了与两个不同的代表性数据信号(sig.1、sig.2)重合的数据点簇，例如电压、电流、位移、温度等，本方法100试图扩展与正在评估健康状态(soh)的特定子系统有关的可用测试数据的范围。落入区域55中的自测试数据可以被动地收集而不依赖于本方法100，即，在正常驾驶期间可能自然产生的条件下。例如，图1a的制动系统14的测试可以在车辆10在红灯处于静止时自动启动，或者当操作员正在越过弯曲路段或在车道上倒车时，可以通过来自转向辅助电动机的输入来测试转向系统12。

然而，个别驾驶员倾向于随着时间的推移重复某些类型的驾驶行为，例如，在一天的相同时间通过相同的旅行路线上下班往返于工作或学校。一些驾驶员可以例行地执行硬制动操纵，或者显示出在低速地面道路上行驶的偏好，而其他驾驶员可能偏向于更高速的高速公路驾驶，可能需要相对较少的转向或制动。结果，当诊断转向系统12、制动系统14或其他目标子系统的soh时，可以获得相对有限的一组诊断/预测测试数据。

然而，基于由区域55表示的有限数据集准确地预测给定子系统的soh可能导致错误肯定诊断结果。例如，仅在微弱或轻度制动操纵期间收集的vhm信息可以指示制动系统14相对健康，而如果要通过更全面的制动条件集收集额外的诊断或预测测试数据，则可以预测更低的soh，例如在不同的制动组合或序列期间。因此，方法100通过使用基于vhm信息的主动自测试将区域55的范围扩展到更宽的区域56。

方法100可以被编程到图1a和图1b的控制器50中并且用于主动启动转向系统12、制动系统14或其他子系统(例如致动器、传感器、电池、电力电子设备等)的自测试，或者车辆10的整个底盘或推进系统。通过精确地挑选和选择要收集哪些数据以及何时收集数据，控制器50能够在子系统的soh降低到允许的最小阈值以下之前很好地主动诊断潜在的电气或机械问题。

方法100以五个阶段进行：主动自测试触发、选择、评估、执行和分析。响应于vhm信息的接收，可以触发或激活方法100，例如当控制器50或150确定vhm信息中存在数据间隙时，如果要收集这样的数据，则将提高存在的健康状况预测的预测准确性。可以从车辆10远程地收集和分析vhm信息，例如通过图1b的控制器150，其使用车辆远程信息处理单元52，控制器50通过无线网络与控制器150远程通信。

在图1a的车辆10是混合动力电动或电池电动车辆的示例场景中，低加速(“低-g”)制动操纵，例如低于0.2g的制动操纵，当电机以发电模式控制时可能导致电机的再生制动。在这种条件下，可以不使用制动系统14的液压部件。如果这种制动操纵对于车辆10的给定操作者来说相对常见，则这可能导致在低-g操纵期间关于制动系统的真实健康的信息的缺乏。

或者，操作员可以通过在特定时间请求或安排收集来启动附加数据收集，例如在积极制动或转向时。例如，如果操作员在维护环境中难以复制的某些驾驶操纵期间感知到可能的故障，可能是由于它们的瞬态性质，并且不存在相应的vhm信息，则在操纵期间，操作员可以肯定地请求收集vhm信息，例如通过对手机/便携式设备54的触摸输入或控制器50的触摸屏。因此，本方法100的触发阶段可以是基于vhm信息的自动生成的测试启动请求或由操作员的手动请求。

方法100的选择阶段涉及选择一个或多个测试曲线，即，主动自测试过程将遵循的参数。控制器50或操作员可以从多个预定的测试曲线中选择，例如，从显示的列表中选择，该显示的列表又可以预先记录在控制器50的存储器(m)中。示例测试曲线可以包括步进曲线，其中诸如电压或压力的参数立即增加到校准级别并且保持在这样的级别达预定的持续时间，或者斜坡曲线，其中这种曲线以校准的速率线性地增加到预定级别。其他斜坡曲线可以是非线性的。曲线可以包括基于速率的或每秒循环曲线，例如正弦信号或其他时变信号。

示例性自测试曲线可以包括例如快速连续地制动十次或更多次，包括在特定制动序列之后的三个硬制动脉冲。当评估转向系统12时，曲线可以在特定的转向操纵之后模拟变化的车道三次或更多次，或者在保持特定的速度曲线等的同时增加来自泵送电动机的泵速率5秒。这样的测试是在子系统没有用作他用时进行的，例如，通过测试共享主要子系统的一些或所有功能的冗余子系统或通过在车辆10服务或停放时安排特定测试。因此，主动自测试不会影响操作员感知的驾驶性能。

当被自检的子系统是电气子系统时，例如图1a的转向电动机25和/或25r，测试曲线可以表示到电子部件的绕组的命令输入电压或电流，其中输入通过控制电子部件的激发级来控制或调节电子部件的操作状态。使用转向系统14作为示例，图1a和图1b的控制器50可以转换到冗余转向电动机25r，在转向电动机25离线的同时向转向电动机25命令步进信号到稳态电压、缓慢斜坡电压或命令输入转向电动机25的正弦电压，然后在将转向功能的操作返回到转向电动机25之前测量对于健康状况恶化的迹象的旋转响应。

当子系统是液压部件，例如图1的制动系统14的流体泵时，测试曲线可以是部件的命令液压级别，控制器50以类似的方式确定响应。使用的特定测试曲线可能随测试子系统的使用年限、使用情况或其他特质而变化。最佳地，测试曲线将对正在测试的子系统施加最小负载，并且将被设计为暴露尽可能多的故障模式或潜在故障。对于冗余部件的测试，例如设置在图1的车辆10的四个角上的类似配置的制动器或用作转向系统14的冗余部件的另一个转向电动机25，这种测试可能不那么突兀或操作者可察觉，并且可以在不影响驱动器性能的情况下执行。

预主动自测试评估阶段旨在在时间和位置方面优化测试过程，以便不会过度干扰正常驾驶。当车辆10正在进行例行维护或车辆10在使用时，可以安排测试。当使用时，特别是当使用冗余系统或组件时，控制器50可以以操作员不注意的方式执行该过程。一个示例是当车辆10静止时在红灯处自动应用和评估紧急制动器，此时通常不执行这样的测试或者当主要部件主动执行其预期功能时执行冗余部件。

在评估之后，控制器50调用正在测试的组件的低级控制，例如通过从相关联的电子控制单元命令所选择的测试曲线的所需动作用于被测试的子系统。例如，在转向系统14的示例中，这可以包括用预定电压激励转向电动机25或25a，或者在测试制动系统时施加所需的液压力。此后，控制器收集响应数据并执行诊断和预后评估以及相关的控制动作。

参见图3，方法100可以以校准间隔执行，例如在预定数量的点火/接通循环之后，或者基于时间或行程距离的间隔。在示例性实施例中，方法100开始于框102，其中图1的控制器50接收指示给定子系统的健康状态的vhm信息，例如但不限于图1a的转向系统12或制动系统14。vhm信息基于所评估的特定子系统的过去测试结果，例如对输入刺激或测试序列的响应。

控制器50使用所接收的vhm信息确定子系统的退化级别，并且可以将数字健康状态(soh)计算为从0(失败)到1(完全健康)或相应百分比的数字。当被评估的子系统的soh低于阈值时，方法100前进到框104，指示子系统已降级。当soh保持在这样的阈值之上时，即，当未检测到退化时，方法100以的替代方式进行到框105。

框104包括确定子系统的soh是否已经降低到比框102更低的阈值级别下，即，指示需要更积极的测试和评估的阈值。如果是，则方法100前进到框106。否则，方法100前进到框108。

框105响应于确定子系统高于阈值soh而从框102到达框105，框105用于确定是否已经检测到故障或异常，例如，通过现有的诊断和预测算法。也就是说，图1的控制器50确定健康的子系统是否正在经历活动故障。如果是，则方法100前进到框108。当没有检测到这样的故障时，控制器50转而进行到框107。

框106包括设置指示对iii级主动自测试的需要的代码，即，立即和/或相对激进的测试和数据收集序列。作为方法100的一部分，可以执行多个级别的主动自测试，每个级别具有更直接和主动的性质，其中三个这样的级别以升序或强度描述。框106识别要进行iii级测试的特定子系统或组件，然后进行到框110。

在各个框102和105中确定子系统相对健康并且没有伴随检测到的故障之后，从框105到达框107。在这种情况下，方法100可以包括确定是否需要i级(低优先级)主动自测试，例如，基于经过的时间或行进距离。当基于所应用的特定时间/距离标准不需要i级主动自测试时，方法100返回到框102。当控制器50确定需要基于时间或基于距离的i级主动自测试时，方法100进行到框109。

在框108处，控制器50设置ii级(中优先级)主动自测试，其中进行适度的自测试。因此，框106、108和109提供三级主动自测试，其中较低优先级可能发生在操作员安排的或基于时间/距离的间隔或位置，或者当操作员不需要车辆10时，在车辆10的操作期间可能以更高的频率级别自动安排更高优先级。

框109包括在存储器中设置i级(低优先级)主动自测试标志，然后前进到框110。

框110可以包括确定操作员是否同意主动自测试和数据收集。例如，可以通过显示屏提示操作员，其中操作员此后确认该消息以便方法100继续。当操作员提供同意时，框110还可以包括从操作员收集附加输入，例如，操作员希望收集所需健康数据的特定时间或日期，或操作员希望执行的特定测试曲线。可以通过触摸输入到显示屏来选择这样的输入，无论是车辆10/控制器50还是诸如手机或网站的远程设备。当操作员不提供同意时，方法100重复框102，并且当提供这种同意时，方法100前进到框112。

框112包括从多个预定测试曲线中选择测试功能，包括如上所述的步长曲线、斜坡曲线和每秒循环曲线中的一个或多个，其中命令输入的振幅或幅度作为正弦曲线或根据一些其他周期性变化而变化，并且将所选择的测试曲线输出到正在主动自检的组件。然后，方法100通过使用控制器50来测量或以其他方式确定测试子系统对所应用的测试曲线的响应作为附加测试结果，并将其记录在控制器50的存储器(m)中。框112可以响应于附加测试结果结束控制器50在车辆10上执行适当的控制动作，包括在先前和附加测试结果表明测试子系统的soh降低到低于阈值低soh时，可能在存储器(m)或其他地方记录诊断代码。

将附加测试结果与形成最初在框102处接收的vhm信息的基础的先前测试结果相结合，提供了更全面的健康数据，并且因此在随后的迭代中提高了所评估的子系统的soh的预测准确性。因此，方法100通过使用主动目标和预定的诊断和预后数据收集来逐渐提高soh评估工作的准确性，以便填补数据间隙或增强对可用vhm信息基础上的收集不足的数据的收集。

详细描述和附图或图是本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。而是，可以将实施例的一个示例中描述的每个特征与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征组合，从而得到未在文字中或通过参考附图描述的其他实施例。因此，这些其他实施例落在所附权利要求的范围内。