电机驱动动力系统的故障检测装置及其方法与流程

本公开涉及电机驱动动力系统(Motor Drive Power System，MDPS，电动助力转向系统)的故障检测装置。更具体地，本公开涉及通过监测车辆的整体状况确定MDPS的故障及故障类型的检测装置和检测方法。

背景技术：

由于车载部件数字化，有关车辆的功能安全性的关注有所增加，并且有关车辆的功能安全性的国际标准ISO26262吸引了车辆相关的制造商的注意。

关于电机驱动动力系统(MDPS)，已经做出了更多的努力以提供满足ISO26262的转向装置。由于在MDPS中可能出现限制，存在转向过度和方向错误。转向过度指的是与转向角度相比车身过度转弯的现象，并且表示当后轮因向外滑动失去抓地力时会出现的现象。此外，方向错误指的是车身在与方向盘的转向角度不同的方向上行驶的现象，并且表示车辆在不同于驾驶员要求的转弯方向上行驶的现象。

图1和图2示出了在车辆转弯期间的转向过度和方向错误。

在附图中，车辆开始行驶，并且开始转弯。此外，当在MDPS中发生故障时，车辆不能正常拐弯，并且在异常路线上行驶。

因此，当在行驶期间MDPS中发生故障时，车辆不能根据用户的要求转弯并且向道路内或向道路外打转。

作为相关技术，韩国专利申请号10-2012-0092310(在下文中，是指文献1)公开了一种即使当车辆的后轮转向装置发生故障时通过使用车辆的前轮转向装置使车辆的前轮在与后轮相同的方向上转向而确保车辆的直线性的技术。

然而，由于在文献1中未公开在早期阶段检测到车辆的电子转向装置故障并且阻断电流施加于电机以使得能够手动操作转向装置的技术，当转向装置发生故障时不能保持车辆的驾驶性能。

此外，并未提供由于MDPS的故障需要重置并且重新运转转向装置，以及防止发生故障的方法。

在此背景技术部分中所公开的信息仅是用于增强对本发明的总体背景的理解，并且不应当被视为对该信息构成本领域技术人员已经知晓的现有技术的承认或任何形式的启示。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供一种早期检测电机驱动动力系统(MDPS)的故障的装置和方法并且提供一种在不向MDPS添加单独的功能的情况下通过维象地确定车辆的整体状况并且确定MDPS是否出故障能够执行自动防故障功能的技术。

本发明的各个方面旨在提供一种当MDPS中出故障时通过阻断电流施加于MDPS的电机使得能够手动操作MDPS的方法。

本发明的各个方面旨在提供一种当所述MDPS出故障时通过重置并且重新启动所述MDPS防止故障发生的方法。

在一个方面中，本发明提供一种电机驱动动力系统(MDPS)的故障检测方法，包括：确定当车辆转弯时车辆速度是否等于或大于第一预设值；执行转向扭矩和电机扭矩的乘法运算，并且当车辆速度等于或大于第一预设值时确定预设时间内的积分计算的积累值是否等于或大于第二预设值；确定电机扭矩是否等于或大于第三预设值；根据车辆速度和转向角度确定偏航角速度变化率(yaw rate change rate，横摆角速度变化率)并且确定偏航角速度变化率是否等于或大于第四预设值；以及当积累值等于或大于第二预设值时、当电机扭矩等于或大于第三预设值时、并且当偏航角速度变化率等于或大于第四预设值时，确定MDPS出故障，以及当积累值不等于或不大于第二预设值时、当电机扭矩不等于或不大于第三预设值时，或者当偏航角速度变化率不等于或不大于第四预设值时，确定MDPS正常运转。

在一个示例性实施方式中，当确定MDPS出故障时，故障检测方法可以进一步包括确定故障类型，其中，确定故障类型包括：确定转向角度和偏航角速度变化率的符号是否彼此相同；以及当转向角度和偏航角速度变化率的符号彼此相同时，确定MDPS的故障是转向过度，当转向角度和偏航角速度变化率的符号彼此不相同时，确定MDPS的故障是方向错误。

在另一个示例性实施方式中，当确定MDPS出故障时，故障检测方法可以进一步包括阻断施加于MDPS的电机的电流。

在又一个示例性实施方式中，在阻断施加于电机的电流之后，故障检测方法可以进一步包括重置并且重新启动MDPS。

在又一个示例性实施方式中，连续重复确定过程。

还在又一个示例性实施方式中，在车辆速度是否等于或大于第一预设值的确定中，故障检测方法可以包括使用转向角度的输入和转向扭矩确定车辆转弯。

在另一示例性实施方式中，通过基于转向角度的输入和车辆速度估计偏航角速度、差分所估计的偏航角速度并且使用低通滤波器来计算偏航角速度变化率。

在另一方面中，本发明提供一种电机驱动动力系统(MDPS)的故障检测装置，包括：先决条件判定模块，根据车辆的转向扭矩和转向角度的输入判定车辆是否转弯，并且当车辆速度等于或大于第一预设值时，发送判定MDPS是否出故障的命令；以及故障判定模块，接收来自先决条件判定模块的判定MDPS是否出故障的命令以判定MDPS是否出故障，其中，故障判定模块包括：基于积分的检测模块，执行转向扭矩和电机扭矩的乘法运算并且确定预设时间内的积分计算的积累值是否等于或大于第二预设值；基于电机扭矩的检测模块，确定电机扭矩是否等于或大于第三预设值；以及基于偏航角速度变化率的检测模块，根据车辆速度和转向角度确定偏航角速度变化率并且确定偏航角速度变化率是否等于或大于第四预设值，并且当全部满足基于积分的检测模块、基于电机扭矩的检测模块、以及基于偏航角速度变化率的检测模块的条件时，确定MDPS出故障。

在一个示例性实施方式中，当故障判定模块判定MDPS出故障时，故障检测装置可以进一步包括故障类型判定模块，故障类型判定模块判定转向角度和偏航角速度变化率的符号是否彼此相同；当转向角度和偏航角速度变化率的符号彼此相同时，判定MDPS的故障为转向过度；并且当转向角度和偏航角速度变化率的符号彼此不相同时，判定MDPS的故障为方向错误。

在另一个示例性实施方式中，当故障判定模块判定MDPS出故障时，故障检测装置可以进一步包括：电机控制模块，阻断施加于MDPS的电机的电流。

在又一个示例性实施方式中，当电机控制模块阻断施加于MDPS的电机的电流时，故障检测装置可以重置并且重新启动MDPS。

在又一示例性实施方式中，通过基于转向角度的输入和车辆速度估计偏航角速度、并且通过差分所估计的偏航角速度以应用于低通滤波器来计算偏航角速度变化率。

本发明示例性实施例的其它方面在下文讨论。

本发明的方法和装置具有其他的特征和优点，这些其他的特征和优点将通过结合在本文中的附图和下文的具体实施方式部分而变得显而易见或者将在附图和具体实施方式部分中进行更详细地阐述，并且这些附图和具体实施方式部分一起用于解释本发明的一些原理。

附图说明

图1是示出了当在电机驱动动力系统(MDPS)中发生故障时车辆的转向过度模拟条件的示图，

图2是示出了当MDPS中发生故障时车辆的方向错误模拟条件的示图，

图3是示出了根据本发明示例性实施方式的MDPS的故障检测装置的框图，

图4是示出了根据本发明示例性实施方式的构成故障判定模块的模块的框图，

图5是示出了根据本发明示例性实施方式的MDPS的故障检测方法的流程图，

图6是示出了根据本发明示例性实施方式的使用MDPS的故障检测方法确定故障的流程图，以及

图7是示出了当确定MDPS出故障时确定故障类型的过程的流程图。

附图中阐述的参考标号包括如下文进一步讨论的以下元件的引用：

应理解的是，附图无需按比例绘制，而是呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化表示。在此公开的包括诸如特定尺寸、定向、位置以及形状的本发明的具体设计特征将部分地由具体预期应用和使用环境来确定。

在图中，贯穿附图的几幅图，参考标号指代本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

现在将更详细地参照本发明的各种实施方式，在附图中示出了且在下文中描述了其实例。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是将被理解的是，本说明并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。

应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的(vehicular)”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种船只和舰船的船舶；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，来源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中提及，混合动力车辆是具有至少两种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。

本发明的上述和其它特征在下文讨论。

在下文中，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施方式。本发明的实施方式可以改成各种形式，并且本发明的范围不应当限于以下示例性实施方式。提供这些实施方式以向本领域普通技术人员更完整地说明本发明。

当在车辆行驶期间操作电机驱动动力系统(MDPS)的方向盘时，可以根据方向盘的角度变化或者扭矩变化驱动MDPS内部的电机，并且因此能够改变车辆的行驶方向。在MDPS中，当驾驶员操作驾驶员的手紧握的方向盘时，扭矩传感器可以感测驾驶员的操作，并且电子控制单元(ECU)向MDPS内部的电机发出与方向盘的转向方向和扭矩对应的命令。因此，电机可以操作以移动车辆前轮的轴，并且因此可以改变车辆的行驶方向。

然而，作为与车辆行驶有着直接关系的部件的MDPS可能与安全性有直接关系。近年来，关于车辆的功能安全性的国际标准ISO26262受到关注。

本发明可以提供分析MDPS的功能和故障并且早期检测MDPS的故障以防止意外的技术，该技术满足国际标准。

因此，本发明提供MDPS的故障检测装置和检测方法，并且涉及使用电机执行与方向盘对应的前轮轴的运动的MDPS。

图1是示出了根据本发明示例性实施方式的在MDPS中发生故障时车辆的转向过度模拟的示图。

如在图1中示出的，当驾驶员试图使车辆转弯时，在与驾驶员的转向方向相同的方向上可能产生电机扭矩，并且与转向角度相比，车身可能会过度转弯。

在转向过度的情况下，由于驾驶员的转向装置的旋转扭矩被恒定地保持并且在与驾驶员的转向方向相同的方向上产生电机扭矩，可能在相同的方向上产生驾驶员的转向扭矩和电机扭矩。

图2示出了根据本发明示例性实施方式的在MDPS中发生故障时车辆的方向错误模拟。

与转向过度的情况不同，在与驾驶员的转向方向相反的方向上产生电机扭矩，可以在彼此相反的方向上产生驾驶员的转向扭矩和电机扭矩。

图3是示出了根据本发明示例性实施方式的MDPS的故障检测装置的示图。

根据本发明示例性实施方式在确定故障之前，先决条件判定模块10可被配置为判定车辆是否转弯并且将车辆速度与预设值进行比较以判定实际的车辆速度是否大于该预设值。

可以根据车辆速度、转向角度、以及转向扭矩执行检测逻辑来确定车辆的转弯行驶。此外，当确定车辆执行转弯行驶时，确定车辆速度是否等于或大于第一预设值。当转弯行驶的车辆的车辆速度等于或大于第一预设值时，可以发送故障判定命令。

如上所述，可以通过确定车辆的MDPS的故障检测需要更敏感地工作所处的速度点随机选择第一预设值。由于低速行驶可忽视的MDPS的故障会严重影响高速行驶的行驶安全性，可以通过调节第一预设值确定故障检测灵敏度。

图4是示出了故障判定模块11的配置的框图。

接收车辆的故障判定命令并且判定车辆故障的故障判定模块11可以包括基于积分的检测模块21、基于电机扭矩的检测模块22、以及基于偏航角速度变化率的检测模块23。基于积分的检测模块21可以执行转向扭矩和电机扭矩的乘法运算以确定预设时间内累计的积累值是否等于或大于第二预设值。基于电机扭矩的检测模块22可以确定电机扭矩是否等于或大于第三预设值。基于偏航角速度变化率的检测模块23可以根据车辆速度和转向角度确定偏航角速度变化率是否等于或大于第四预设值。

如上所述，首先，故障判定模块11可以包括基于积分的检测模块21。通常，当MDPS正常运转时，转向扭矩和电机扭矩可具有彼此相反的符号。然而，当MDPS出故障时，转向扭矩和电机扭矩可具有相同的符号。

因此，可以计算转向扭矩和电机扭矩的乘积，并且可以累计预设时间内所计算的转向扭矩和电机扭矩的乘积以计算积累值。因此，由于基于积分的检测模块21可以执行累计电机扭矩和转向扭矩的乘积，可以容易设置检测时间。

在这个实施方式中，可以确定所计算的积累值是否等于或大于第二预设值。当所计算的积累值是否等于或大于第二预设值时，可以确定MDPS出故障。

通过将某个时间内累计的积累值与第二预设值进行比较确定MDPS的故障的原因可能是因为在MDPS的运转期间即使车辆暂时在错误路线上行驶当MDPS立即返回至正常状态时，没必要采取措施，诸如，通过确定MDPS出故障阻断到电机的电流。

然而，当积累值等于或大于第二预设值时，由于MDPS的故障，车辆在故障路线上持续行驶长达某个时间，需要进行测量。因此，可以确定MDPS出故障，并且可以通过电机控制模块13执行自动防故障处理，诸如，阻断到电机的电流。

其次，故障判定模块11可以进一步包括基于电机扭矩的检测模块22。当电机扭矩等于或大于第三预设值时，可以确定MDPS出故障。

如上所述，当电机扭矩等于或小于第三预设值时，即使当车辆的MDPS出故障时，根据驾驶员要求的行驶方向与车辆的转弯方向之间的差值是微小的。因此，不需要执行单独的自动防故障处理，并且当MDPS的电机扭矩等于或大于第三预设值，可以确定MDPS出故障。

第三，故障判定模块11可以进一步包括基于偏航角速度变化率的检测模块23。根据本发明示例性实施方式的基于积分的检测模块21可以不使用偏航角速度传感器，并且可以通过偏航角速度变化率计算模块14根据转向角度和车辆速度估计并且使用偏航角速度值。

因此，本发明可以不通过偏航角速度传感器使用车辆的控制系统的信息。相反，可以通过所估计的偏航角速度执行根据诸如车辆的转向角度和车辆速度的因素估计偏航角速度并且计算偏航角速度变化率的过程。当所计算的偏航角速度变化率等于或大于第四预设值时，可以确定MDPS出故障。如上所述，偏航角速度变化率计算模块14可以根据诸如输入到车辆中的转向角度和车辆速度的因素估计偏航角速度。当计算所估计的偏航角速度变化率时，能够唯象地确定车辆的整体状况。即，当使用偏航角速度传感器确定MDPS的故障时，由于偏航角速度传感器本身的延迟很难会立即感测到故障。因此，在这个实施方式中，由于基于转向角度和车辆速度估计偏航角速度值，可以根据车辆的行驶状态迅速感测到MDPS是否出故障。

可以根据以下等式1估计计算变化的偏航角速度所需的所估计的偏航角速度。

这里，Vx表示车辆速度，L表示轮距，Kus表示转向不足常数，g表示重力，以及δf表示转向角度。

如上所述，在检测车辆的MDPS的故障中，当满足有关基于积分的检测模块21、基于电机扭矩的检测模块22、以及基于角速度变化率的检测模块23的所有条件时，可以确定MDPS出故障。

图5是示出了根据本发明示例性实施方式的MDPS的故障检测方法的流程图。

根据MDPS的故障检测方法，可以接收车辆速度(S110)，然后可以确定车辆转弯(S120)。在车辆转弯的确定中，可以使用所输入的转向角度和转向扭矩。当确定车辆转弯时，可以确定车辆速度是否等于或大于第一预设值(S130)。当车辆速度等于或大于第一预设值时，可以确定MDPS是否出故障(S140)。此外，可以通过故障类型判定模块12判定故障类型(S150)，并且当车辆速度小于第一预设值时，可以完成逻辑。

当通过MDPS是否出故障的确定而确定MDPS出故障时，可以应用自动防故障逻辑以在发生故障时执行安全状态模式，并且可以切断施加于电机的电流(S160)。由于重置并且重新启动未被提供电流的电机，还可以确保MDPS正确地运转。

在图6中，在故障判定的执行中，可以执行转向扭矩和电机扭矩的乘法运算(S210)，并且可以通过累计预设时间内的计算值计算积累值(S220)。此后，可以确定积累值是否等于或大于第二预设值(S230)。可以通过基于积分的检测模块21执行累计。

此外，同时利用积分计算处理，可以确定电机扭矩等于或大于第三预设值(S240)，并且可以根据车辆速度和转向角度确定偏航角速度变化率以确定偏航角速度变化率是否等于或大于第四预设值(S250)。

可通过基于电机扭矩的检测模块22执行电机扭矩的计算并且可以通过基于角速度变化率的检测模块23执行根据车辆速度和转向角度确定偏航角速度变化率。

此外，可以估计车辆的偏航角速度以计算偏航角速度变化率，并且可以根据车辆速度和转向角度估计偏航角速度。可以通过偏航角速度变化率计算模块14执行偏航角速度变化率。

如上所述，当电机扭矩条件、通过电机扭矩和转向扭矩的乘法运算的积分积累值条件、以及偏航角速度变化率条件全部满足时(S260)，可以确定MDPS出故障(S270)。

图7是示出了当确定MDPS出故障时确定故障类型的过程的流程图。

如在图7中示出的，可以确定MDPS是否出故障(S310)。当确定MDPS出故障时，可以计算转向角度和偏航角速度变化率的乘积，并且可以确定计算值的符号(S320)。

当计算值的符号为正时，可以确定MDPS的故障是转向过度(S330)。另一方面，当计算值的符号为负时，可以确定MDPS的故障是方向错误(S340)。

然而，当确定MDPS没有出故障时，可以推迟MDPS故障类型的判定。

如上所述，根据本发明示例性实施方式的MDPS的故障检测装置和方法具有以下效果。

第一，可以通过有效地检测MDPS的故障处理紧急状况。

第二，本发明具有在不向MDPS添加单独的功能的情况下通过唯象地确定车辆的整体状况并且确定MDPS是否出故障执行自动防故障功能的效果。

第三，当检测到MDPS的故障时通过阻断施加于MDPS的电机的电流可以手动操作MDPS。

第四，当检测到MDPS的故障时，通过阻断施加于MDPS的电机的电流并且同时重置并重新启动MDPS，MDPS可以正确地运转。

为了便于所附权利要求中的说明和准确限定，参考如图中所显示的这些特征的位置，使用术语“上部”、“下部”、“内部”和“外部”来描述示例性实施方式的特征。

已出于例证和描述的目的呈现了本发明的具体示例性实施方式的前文描述。它们并非旨在是穷尽的或者将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然地，根据上述教导，许多变形和修改也是可能的。选择并描述示例性实施方式是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够做出并利用本发明的各个示例性实施方式及其各种替代和修改。旨在由所附权利要求及其等同物来限定本发明的范围。