专利名称：用于电动力转向系统的基于摩擦力的健康状态指示器的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于确定电动カ转向系统的健康状态的系统和方法。
背景技术：
电动カ转向(EPS)是液压动カ转向的直接替代，但是在操作过程中显著地消耗更少的能量。液压动カ转向使用机械扭矩传感器来測量由驾驶员施加至方向盘的扭矩。扭矩传感器被联接至阀，而该阀引导液压流体以放大被施加的扭矩。EPS以类似的方式工作，但是电子扭矩传感器被用于测量方向盘扭矩，且电马达被用于施加附加扭矩给转向齿条。任一系统的故障可使得车辆相对难于转向。当用于具有内燃发动机和一个或多个电牵引马达的混合动カ车辆上吋，EPS能力 可特别具有吸引力。混合动カ车辆通常以电动车辆模式(EV)运行至阈值车辆速度。发动机在EV模式(ー个或多个)下关闭。由此，通常由发动机扭矩提供的机械动カ被中断，其排除了使用发动机驱动流体泵的传统液压动カ转向系统的使用。
发明内容
这里公开了ー种用于确定具有轮胎和控制器的车辆中的转向柱安装式电动カ转向(EPS)系统的健康状态(SOH)的方法。使用车载控制器执行本方法，通过使用轮胎动力学模型估计第一自回正扭矩(SAT)值最终确定EPS系统的SOH值。轮胎动力学模型包括在转向操作过程中作用在车辆的轮胎上的侧向カ的线性区域中的模拟动力学。该方法包括使用控制器的扩张状态观察器和EPS系统的名义參数估计第二 SAT值，然后计算第一和第二SAT值之间的差值。计算的差值的趋势或进展在校准时间间隔上被利用控制器监视以由此确定SOH值。该方法包括利用SOH值自动执行适当的控制动作。用于车辆的EPS系统包括方向盘、扭矩传感器、角度传感器、齿条和小齿轮组件、转向马达和具有扩张状态观察器的控制器，该转向马达以ー扭矩水平传递可变马达辅助扭矩给齿条和小齿轮组件，该扭矩水平部分地基于分别来自转向角度和扭矩传感器的转向角度和转向扭矩。控制器被配置为转向上述方法。当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
图I是车辆的示意图，其具有转向柱安装式电动カ转向(EPS)系统和配置为用于确定EPS系统的健康状态(SOH)值的控制器。图2是模拟的转向柱安装式EPS系统的示意图。图3是可由本控制器使用的示例性轮胎动力学模型的示意图。图4是用于控制器的示例性扩张状态观察器部分的示意性流程图；以及图5是描述用于确定图I和2中所示的EPS系统的SOH值的本方法的实施例的流程图。
具体实施例方式參考附图，其中相同的參考标号对应于多个附图中相同或类似的部件，以图I开始，车辆10包括转向柱安装式电动カ转向(EPS)系统20和控制器50。控制器50被示意性地示出为单个単元，但是控制器50的各个元件可被分布于多个特定用途控制器或电控制单元(E⑶S)，例如马达控制单元、转向控制单元等。本控制器50被配置用于确定EPS系统20的健康状态(SOH)值。如这里使用的，术语“S0H”值表示描述EPS系统20的相对于校准的、正常运转的标准的相对健康性的数值。控制器50还被配置用于执行控制动作，该控制动作对于确定的SOH值是适当的，例如通过记录诊断码和/或经由显示器17 (例如显示屏、指示器灯、图标等)显示信息给车辆10的驾驶员。 车辆10包括方向盘12。方向盘12响应于驾驶员转向输入而旋转，其在图I中由双箭头19共同表示。方向盘12被操作地连接至转向柱14,而该转向柱被连接至转向机构16。在一个实施例中，转向机构16是齿条和小齿轮组件，尽管其他转向组件可被根据设计使用。例如通过移动一组前桥(未示出)上的轮胎拉杆18，转向组件16最终将前轮胎25相对于路面27取向，且其为本领域技术人员熟知。扭矩传感器23和可选的转向角度传感器21可被相对于转向柱14定位。扭矩传感器23測量和传输扭矩传感器信号(箭头123)至控制器50。类似地，转向角度传感器21測量和传输转向角度信号(箭头121)至控制器50。控制器50处理信号121、123以及附加车辆运行数据(箭头11)，例如车速、质量等，和确定转向马达32执行本转向操作所需的转向辅助量。控制器50经由马达控制信号(箭头13)与转向马达32通信。通过产生和经由减速齿轮组33(见图2)传送马达扭矩(箭头15)且传送至转向机构16，转向马达32响应该马达控制信号(箭头13)。仍參考图1，控制器50可利用控制器局域网(CAN)、串行总线、数据路由器(ー个或多个)和/或其他适当的网络连接来传输马达控制信号(箭头13)至转向马达32。控制器50的硬件部件可包括ー个或多个数字计算机，其每个都具有微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)电路、和输入/输出电路和设备(1/0)，以及适当的信号调制和缓冲电路。驻留在控制器50中的或可由控制器容易地访问和执行的每组算法或计算机可执行指令(包括执行如下參考图2解释的本方法100所需的算法或计算机指令)可被储存在有形的、非易失性计算机可读储存器54上，且由控制器50的相关联硬件部分按需执行以提供公开的功能。扩张状态观察器52 (还參见图4)被包括为控制器50的软件功能的部分，状态观察器52施加状态空间反馈控制法则，如本领域技术人员熟知的。控制器50还被编程有或可访问轮胎动力学模型56和EPS系统模型58。EPS系统模型58考虑EPS系统20的摩擦力以及转向机构16 (例如齿条和小齿轮组件)和转向马达32的等效惯量和阻尼，下面使用的例子是示意性目的。任意EPS系统中的高摩擦特性是不受欢迎的，因为它们可不利地影响性能。由于由转向马达32提供的扭矩辅助的高水平，摩擦力的増加可不被驾驶员注意到。但是，在扭矩辅助丧失事件中，车辆10将变得难于转向。EPS系统20中的摩擦力可通过测量马达电流和角速度以及通过确定自回正扭矩(SAT)而被估计。由于SAT不能被直接測量，本方法替代地监视SAT值的偏差，其从轮胎侧向力的线性区域中的轮胎动力学模型56 (如下參考图3所述)以及使用状态观察器52且假定转向机构16的标称參数从组合的马达32和转向机构16的动力学得到的SAT估计值获得的。这些不同地确定的SAT值中的偏差的进展则被用于 指示EPS系统20中的摩擦力从标称值的偏差。參考图2，本方法100提供用于转向柱型EPS系统(例如图I的EPS系统20)的基于故障的模型。在这种系统中，转向马达32被连接至转向组件26，该两者都被示意性地示出。转向组件26通过减速齿轮箱33包括图I的转向轴14、图I的用于接收カ矩(Jhw)的方向盘12、以及传感器21和23 (见图I)。辅助扭矩(其在图2中被表示为Ta)被通过减速器(未示出)施加至图I的转向轴14。辅助扭矩(Ta)是马达扭矩和齿轮箱33的齿轮比(n)的乘积，且该扭矩辅助驾驶员转动方向盘12。驾驶员扭矩(Td)和辅助扭矩(Ta)的总和克服来自轮胎25的自回正扭矩(SAT)(在图2中由Tsa表示)以及EPS系统20中的任意摩擦力而旋转转向轴14。图I和2的EPS系统20的操作可由下面的方程表达Jsw^sw ~ ~ ^ts ~ Sw^sw ~ ^sw^sw ~ Tfr,c其中JSW、BSW和Ksw分别是方向盘12的惯量、阻尼和刚度分量，Tts是来自扭矩传感器23的输出，Td是方向盘12上的驾驶员扭矩，0SW是由图I的传感器21感测的转向角度，以及T&,。是转向柱摩擦力(通常可忽略)。扭矩传感器23在这里被模拟为具有线性弹簧和阻尼效应的扭杆，即 Tts = BtsOts +KtsOts其中0 ts是扭矩传感器23的扭杆变形且等于Sts= 0sw_0p其中epi小齿轮角度，且其与被转向车轮的角度成比例，即存在于车辆10的纵向轴线的投影和车轮平面与路面27的交线之间的角度。转向马达32的运动方程可被表达为JmOm + BmOm = TmTm = Kti
厂La- + Rai = v- KeOm其中Jm和Bm是转向马达32的相应惯量和阻尼系数，! 是如上所述的马达扭矩，Ra和La是转向马达32的相应电阻和电感，i是电枢电流，V是电压，且Kt和も是相应的扭矩常数和反向EMF，所有数值都属于转向马达32的特性。图I的控制器50可包括马达控制単元，其使用比例积分(PI)控制功能，如本领域所知道的。马达控制単元使用控制器50的任意转向控制単元部分的输出作为所需扭矩的參考电流，即
权利要求
1.一种用于车辆的电动力转向(EPS)系统,包括 方向盘，其配置为接收一组驾驶员转向输入，包括转向扭矩和转向角度； 扭矩传感器，其配置为测量转向扭矩； 角度传感器，其配置为测量转向角度； 齿条和小齿轮组件； 转向马达，其可操作用于以一扭矩水平传递可变马达辅助扭矩给齿条和小齿轮组件，该扭矩水平部分地依赖于转向角度和转向扭矩；和控制器，其具有扩张状态观察器； 其中该控制器被配置用于 使用轮胎动力学模型估计第一自回正扭矩(SAT)值，其中轮胎动力学模型包括在作用在轮胎上的侧向力的线性区域中的模拟的动力学； 使用扩张状态观测器和EPS系统的标称参数估计第二 SAT值； 计算第一 SAT值和第二 SAT值之间的差值； 利用控制器监视计算的差值在校准时间间隔上的进展以由此确定SOH值；和 利用SOH值自动执行控制动作。
2.如权利要求I所述的EPS系统，其中所述控制器可操作用于利用可调增益计算SOH值为0和I之间的数值。
3.如权利要求2所述的EPS系统，其中自动执行控制动作包括以下至少之一记录诊断码和在车辆内显示图标或消息。
4.一种车辆,包括 方向盘； 轮胎，其能响应由方向盘接收的驾驶员输入而转向； 电动力转向(EPS)系统，其具有齿轮组和转向马达，其中EPS系统被配置为提供马达辅助扭矩给齿轮组以由此辅助轮胎的转向；和 控制器，其配置为执行来自有形/非暂时性储存器的一组指令，包括 使用轮胎动力学模型估计第一自回正扭矩(SAT)值，其中该轮胎动力学模型包括在作用在轮胎上的侧向力的线性区域中的模拟的动力学； 使用扩张状态观测器和EPS系统的标称参数估计第二 SAT值； 计算第一 SAT值和第二 SAT值之间的差值； 利用控制器监视计算的差值在校准时间间隔上的进展以由此确定SOH值；和 用SOH值自动执行控制动作。
5.如权利要求4所述的车辆，其中所述齿轮组是齿条和小齿轮组件。
6.如权利要求4所述的车辆，其中所述控制器配置为利用可调增益计算SOH值为0和I之间的数值。
7.如权利要求4所述的车辆，其中所述控制器通过以下至少之一自动执行控制动作记录诊断码和在车辆内显示图标或消息。
全文摘要
一种用于确定车辆中的电动力转向(EPS)系统的健康状态(SOH)值的方法包括使用论坛动力学模型估计第一自回正扭矩(SAT)，其包括在作用在车辆轮胎上的侧向力的线性区域中的模拟的动力学。该方法还包括使用扩张状态观察器和EPS系统的名义参数估计第二SAT值，和计算第一和第二SAT值之间的差值。控制器使用控制器监视计算的差值在校准时间间隔上的进展，以由此确定SOH值，和使用SOH值自动执行控制动作。车辆的EPS系统包括方向盘，扭矩和角度传感器，齿条和小齿轮组件，转向马达和控制器。还公开具有该相同控制器的车辆。
文档编号B62D5/04GK102730055SQ20121009122
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者Y.A.戈内姆 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司