CN109263714A - 动力转向组件的自诊断方法 - Google Patents

动力转向组件的自诊断方法 Download PDF

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Abstract

一种动力转向组件包括转向单元和马达。控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，存储器上记录有用于为组件执行自诊断方法的指令。如果满足多个启用条件，则通过对马达的命令使转向单元从原始位置旋转通过多个角度。使转向单元首先在向前的方向上旋转直至预定的最大角度，其次在相反的方向上旋转直到预定义的最大角度的负值，并且再次在向前的方向上旋转返回到原始位置。控制器被配置为获得表征马达在多个角度处的转矩的马达转矩数据。至少部分地基于马达转矩数据和预定基线数据来控制组件。

Description

动力转向组件的自诊断方法
技术领域
本公开总体涉及动力转向组件和动力转向组件的自诊断方法。
背景技术
操作者可以借助于诸如方向盘的转向单元来控制诸如车辆的运输设备的方向。转向单元可以机械地或电子地连接到车轮。许多设备包括二次***以产生通过转向齿轮组件传递的力。附加的力被用于控制转向单元并且可以由电动马达产生。
发明内容
一种动力转向组件包括转向单元和操作性地连接到转向单元的马达。控制器操作性地连接到马达并且包括处理器和有形的非暂时性存储器，存储器上记录了用于为组件执行自诊断方法的指令。转向单元被配置为基于控制器对马达的命令由马达进行旋转。处理器执行指令使控制器确定是否满足一个或多个启用条件。
如果满足启用条件，则使得转向单元经由对马达的命令从原始位置旋转通过多个角度。使转向单元首先在向前的方向上旋转直至预定的最大角度，其次在相反的方向上旋转直到预定义的最大角度的负值，并且再次在向前的方向上旋转返回到原始位置。控制器被配置为以多个角度获得马达的马达转矩数据(表征马达转矩)。至少部分地基于马达转矩数据和预定基线数据来控制组件。在一个示例中，预定义的最大角度是约2度。在另一个示例中，预定义的最大角度在360度以上。
所述方法包括将马达转矩数据与预定基线数据进行比较，包括确定面积因数是否超过第一预定义阈值。如果面积因子超过第一预定义阈值，则将多个标志中的第一标志设置为真。面积因子可以至少部分地基于相应区域[A1,A2,A3,A4]和[BA1,BA2,BA3,BA4]。这里，在第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，相应区域[A1,A2,A3,A4]分别在预定基线数据和马达转矩数据之间。在第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，相应区域[BA1,BA2,BA3,BA4]分别在预定基线数据，垂直轴和水平轴之间。
控制器可以被配置为确定宽度因子是否超过第二预定义阈值。如果宽度因子超过第二预定义阈值，则将多个标志中的第二标志设置为真。宽度因子(WF)可以至少部分地基于角度(θ)处的基线数据的基线宽度(BW)与角度(θ)处的马达转矩数据的宽度(W)之间的差。
所述方法包括将马达转矩数据与预定基线数据进行比较，包括确定斜率因子是否超过第三预定义阈值。如果斜率因子超过第三预定义阈值，则将多个标志中的第三标志设置为真。斜率因数(SF)可以至少部分地基于马达转矩数据的第一部分(Ri)的相应斜率(S)与基线数据的对应的第二部分(BRi)之间的差。第一部分(Ri)和对应的第二部分(BRi)在相同的角度范围上延伸。
控制器可以被配置为确定不对称因子是否超过第四预定义阈值。如果不对称因子超过第四预定义阈值，则将多个标志中的第四标志设置为真。不对称因子(ASF)可以至少部分地基于马达转矩数据的转矩(T)和翻转的马达转矩数据的转矩(TF)之间的差，每个都在角度(θ)下。翻转的马达转矩数据表示围绕原点旋转180度之后或围绕垂直轴和水平轴中的至少一个镜像的马达转矩数据。
控制组件的操作可以包括：如果多个标志中的至少一个标志为真，则经由控制器生成诊断报告。控制器也可以被配置为启动替代操作模式。
从以下结合附图对用于执行本公开的最佳模式的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
图1是具有控制器的动力转向组件的示意图；
图2是可由图1的控制器执行的方法的示意性流程图；
图3是可用于图2的方法中的示例循环图和示例基线图的示意图，其描绘了面积因子和宽度因子；
图4是描绘了斜率因子的图3的循环图和基线图；并且
图5是描绘不对称因子的另一个循环图和翻转的循环图的示意图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示意性地示出动力转向组件10。组件10可以是设备11的一部分。设备11可以是移动平台，诸如但不限于标准乘用车、越野车、轻型卡车、重型汽车、ATV、小型货车、公交车、摆渡车、自行车、机器人、农具、体育相关设备、船、飞机和火车。设备11可以采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代的部件和设施。参照图1，组件10包括转向单元12和操作性连接至转向单元12的马达14。转向单元12被配置为转向设备11。转向单元12可以是方向盘或一些其他类型的转向***。控制器C操作性地连接到转向单元12和马达14或与转向单元12和马达14电子通信。转向单元12被配置为基于控制器C对马达14的命令由马达14旋转。
参照图1，控制器C包括至少一个处理器P和至少一个存储器M(或非暂时性有形计算机可读存储介质)，其上记录有用于执行图2所示的方法100的指令，用于控制组件10的操作。存储器M可以存储控制器可执行指令集，并且处理器P可以执行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。
图1的控制器C具体编程为执行方法100的步骤，并且可以接收来自各种传感器的输入，包括但不限于转向单元位置传感器16，转向单元转矩传感器18，马达位置传感器20，马达转矩传感器22和马达电流传感器24。也可以使用查找表。传感器可以基于分解器、光学编码器、霍尔效应设备或本领域技术人员可用的各种其他技术。
方法100允许组件监测其性能并将其与量化最佳性能的预定数据进行比较。对于没有人类驾驶员的自动驾驶汽车来说，这是一项独特的技术优势。方法100能够检测组件10中的松散机械部件、间隙和其他问题。
现在参照图2，图2示出了存储在图1的控制器C上并可由其执行的方法100的流程图。方法100不需要以本文列举的特定顺序应用。此外，应该理解，可以省略一些步骤。方法100的开始和结束在图1中分别用“S”和“E”表示。
方法100可以从框102开始，其中控制器C被配置为或编程为确定是否满足一个或多个启用条件。启用条件的示例包括设备11的点火被循环打开并且设备11的速度为零。另一个启用条件可以是转向单元12上没有手。另一个启用条件可以是在达到一定的里程数后或者在设备11被维修之后执行方法100。另一个启用条件可以是方法100每24小时执行一次，所以如果方法100已经在最近24小时内执行，则不满足启用条件。方法100可以使用本领域技术人员可用的传感器或方法来确定是否满足启用条件。
如果满足一个或多个启用条件中的每一个启用条件，则方法100前进到框104。如图1所示，在框104中，控制器C被配置为使转向单元12从原始位置B经由对马达14的命令旋转通过多个角度(θ)。使得转向单元12首先在向前方向上(由第一路径A1示出)旋转直到预定义的最大角度(θm)，其次在相反方向上(由第二路径A2示出)旋转直到预定义的最大角度的负值(-θm)，以及再次在向前方向上(由第三路径A3示出)旋转返回到原始位置B。转向单元12可以被配置为以预定义的速率移动到命令角度。应该注意，正向可以是顺时针或逆时针。相反的方向与正向相反。转向单元12可以通过第一、第二和第三路径(A1、A2、A3)重复旋转预定以的时间段。如上所述，启用条件之一可以是在转向单元12上没有手。这可以通过手动开/关传感器或检测算法来监测。
预定义的最大角度(θm)可以被选择为覆盖转向单元12的整个行程范围。在一个实施例中，预定义的最大角度(θm)在360度以上。例如，预定义的最大角度(θm)可以是约540度。在另一个实施例中，预定义的最大角度(θm)被选择为相对较小，例如在约2度内。
在图2的框106中，控制器C被配置为以多个角度(θ)获得表征马达14的马达转矩的马达转矩数据。可以基于转向单元12的位置、马达14的位置以及马达转矩和马达电流中的至少一个获得马达转矩数据。控制器C可以从转向单元位置传感器16接收转向单元位置。马达转矩和马达电流可以分别从马达转矩传感器22和马达电流传感器24接收。可以采用其他估计或建模方法来获得转向单元12的位置和马达转矩。
在图2的框108中，控制器C被配置为将马达转矩数据与预定基线数据进行比较。预定基线数据表征马达14在多个角度(θ)处的预期或最佳转矩。可以在理想的条件下在测试单元、实验室或其他方式与设备11一起生成预定的基线数据。马达转矩数据和预定的基线数据可以以多种格式或数据储存库存储或表示。在一个实施例中，马达转矩数据和预定基线数据被存储在查找表中。在另一个实施例中，马达转矩数据被显示为图表，在本文被称为循环图40，并且基线数据被显示为基线图30。参照图3-4，示出了基线图30的示例。参照图3-5，示出了循环图40的示例。循环图40(参见图3)具有上部42和下部44。基线图30(参见图3)具有上部32和下部34。
图2的框108包括子框110至117(包含)。在图2的框110中，控制器C被配置为确定循环图40的面积因子(ARF)是否超过第一预定义阈值(T1)。第一至第四预定义阈值(T1、T2、T3、T4)(下面描述)可以是与固定值相比的物理值或百分比偏差。在框111中，如果面积因子(ARF)超过第一预定义阈值(T1)，则将多个标志(F1)中的第一标志设置为真。面积因子(ARF)可以至少部分基于第一比率[A1/BA1]和第二比率[A4/BA4]。如图3所示，A1和A4分别是在第一象限(右上)和第四象限(左下)中的基线图30和循环图40之间的区域。如图3所示，BA1和BA4分别是在第一象限(右上)和第四象限(左下)中的基线图30、垂直轴(T)和水平轴(θ)之间的区域。在一个实施例中，面积因子(AF)被定义为第一比率和第二比率的总和，使得：ARF＝[A1/BA1+A4/BA4]。在另一个实施例中，面积因子(AF)被定义为：ARF＝[A1+A4]/[BA1+BA4]。面积因子(AF)也可以扩展到所有的四个象限，面积因子定义为：
ARF＝[A1+A2+A3+A4]/[BA1+BA2+BA3+BA4]。
这里，A2和A3分别是第二象限(左上)和第三象限(右下)中的基线图30和循环图40之间的区域。另外，BA2和BA3分别是在第二象限(左上)和第三象限(右下)中的基线图30、垂直轴(T)和水平轴(θ)之间的区域。应该理解，这些区域可以包括多个不连续部分，例如图3中的区域A2和A3每个包括两个部分。
在图2的框112中，控制器C被配置为确定循环图40的宽度因子(WF)是否超过第二预定义阈值(T2)。在框113中，如果宽度因子(WF)超过第二预定义阈值(T2)，则将多个标志(F2)中的第二标志设置为真。参照图3，宽度因子(WF)可以至少部分地基于在角度(θ)处的基线图30的基线宽度(BW)与角度(θ)处的循环图40的宽度(W)之间的差θ。在一个实施例中，宽度因子(WF)被定义为在预定义的最大角度和最大角度的负值(-θm，+θm)之间的选定角度范围(θ1，θ2，…θn)上的差|BW(θ)-W(θ)|的总和，使得
可选地，可以采用加权因子(Wi)。
在图2的框114中，控制器C被配置为确定循环图40的斜率因子(SF)是否超过第三预定义阈值(T3)。在框115中，如果斜率因子(SF)超过第三预定义阈值(T3)，则将多个标志(F3)中的第三标志设置为真。斜率因子(SF)可以至少部分地基于循环图40的第一部分(Ri，诸如图4中所示的R1、R2、R3、R4、R5、R6)的相应斜率(S)和基线图30的对应的第二部分(BRi，诸如图4中所示的BR1、BR2、BR3、BR4、BR5、BR6)之间的差，其中第一部分(Ri)和对应的第二部分(BRi)在相同的角度范围上延伸。对于图4所示的示例，(R1，BR1)和(R6，BR6)在角度范围(θ2，θ3)上延伸，而(R2，BR2)和(R5，BR5)在角度范围(-θ1，θ1)上延伸。另外，(R3，BR3)和(R4，BR4)在范围(-θ3，-θ2)上延伸。在一个实施例中，斜率因子(SF)被定义为在多个部分(i)上的差|S(Ri)-S(BRi)|的总和，使得：
部分(i＝1...n)的数量可以基于当前的应用来选择。可选地，可以采用加权因子(Wi)。
在图2的框116中，控制器C被配置为确定循环图40的不对称因子(ASF)是否超过第四预定义阈值(T4)。在框117中，如果不对称因子(ASF)超过第四预定义阈值(T4)，则将多个标志(F4)中的第四标志设置为真。不对称因子(ASF)可以至少部分基于循环图40在角度(θ)处的转矩(T)和翻转的循环图50(参见图5)在角度(θ)处的转矩(TF)之间的差。参照图5，翻转的循环图50具有上部52和下部54。参照图5，翻转的循环图50表示围绕原点旋转180度之后或围绕垂直轴和水平轴中的一个或两者镜像的循环图40。在一个实施例中，不对称因子(ASF)被设置为原始循环图40(其被视为基线)和翻转的循环图50的面积因子(ARF)。不对称因子(ASF)被定义为：
在图2的框118中，控制器C被配置为至少部分地基于马达转矩数据和基线数据的比较来控制组件10(参见框108)。这可以例如通过比较循环图40和基线图30来完成。在一个实施例中，如果多个标志中的至少一个为真，则控制器C可以被配置为生成指示上述各种因素的诊断报告。诊断报告可以通过WIFI或其他连接以无线方式发送到远程设备(例如图1中的远程服务器60)。可以采用其他方法，包括但不限于***的有线服务工具。在一个示例中，设备11是自动车辆并且远程服务器60被配置为管理其操作。如果多个标志中的至少两个为真，则控制器C可以被配置为向远程服务器60发送消息，推荐对设备11进行手动检查。控制器C还可以被配置为启动设备11的替代操作模式，诸如“跛行回家模式”。
第一至第四预定义阈值(T1、T2、T3、T4)可以是与固定值相比的物理值或百分比偏差，并且可以基于当前的应用来选择。作为非限制性示例，第一阈值T1可以被设置为约10％。第二阈值T2可以设置为约0.5Nm。第三阈值T3可以设置为约0.5Nm/度。第四阈值T4可以设置为约10％。控制器C(以及方法100的执行)通过确定组件10的动作过程来改进设备11的功能。图1的控制器C可以是设备11的其他控制器的整体部分，或者操作性地连接到设备11的其他控制器的单独模块。
控制器C包括计算机可读介质(也被称为处理器可读介质)，该计算机可读介质包括参与提供数据(例如，指令)的非暂时性(例如，有形)介质，该数据可以通过计算机(例如，通过计算机的处理器)读取。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这样的指令可以通过一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦合到计算机的处理器的***总线的导线。一些形式的计算机可读介质包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、其他磁介质、CD-ROM、DVD、其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、其他存储器芯片或盒式磁带或计算机可读取的其他介质。
本文描述的查找表、数据库、数据存储库或其他数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括分层数据库、文件***中的一组文件、专用格式的应用程序数据库、关系数据库管理***(RDBMS)等。每个这样的数据存储可以被包括在采用计算机操作***(诸如上面提到的那些之一)的计算设备中，并且可以经由网络以一种或多种各种方式访问。文件***可以从计算机操作***访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。RDBMS除了用于创建、存储、编辑和执行存储过程的语言之外，还可以采用结构化查询语言(SQL)，比如上面提到的PL/SQL语言。
详细描述和图或附图是对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公开内容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及的各种实施例的特性不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，实施例的一个示例中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他所需特征组合，得到没有通过文字或者通过参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种动力转向组件，包括：
转向单元和操作性地连接到所述转向单元的马达；
与所述马达通信并且包括处理器和有形的非暂时性存储器的控制器，在所述存储器上记录有用于执行方法的指令；
其中所述转向单元被配置为基于所述控制器对所述马达的命令由所述马达进行旋转；
其中由所述处理器执行所述指令使得所述控制器：
确定是否满足一个或多个启用条件；
如果满足所述一个或多个启用条件中的每个启用条件，则经由对所述马达的所述命令使所述转向单元从原始位置旋转通过多个角度，使所述转向单元首先在向前方向上旋转直到预定义的最大角度，其次在相反方向上旋转直到预定义的最大角度的负值，并且以及再次在向前方向上旋转返回到原始位置；
获得以所述多个角度表征所述马达的相应马达转矩的马达转矩数据；以及
至少部分地基于所述马达转矩数据和预定基线数据来控制所述组件。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述预定义的最大角度在360度以上。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述预定义的最大角度小于10度。
4.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述控制器被配置为将所述马达转矩数据与所述预定基线数据进行比较，包括确定面积因数是否超过第一预定义阈值；
所述面积因子至少部分基于相应区域[A1,A2,A3,A4]和[BA1,BA2,BA3,BA4]；
在第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，所述相应区域[A1,A2,A3,A4]分别在所述预定基线数据和所述马达转矩数据之间；以及
在第一象限、第二象限、第三象限和第四象限中，所述相应区域[BA1,BA2,BA3,BA4]分别在所述预定基线数据、垂直轴和水平轴之间。
5.根据权利要求4所述的组件，其中：
所述控制器被配置为如果所述面积因子超过所述第一预定义阈值则将多个标志中的第一标志设置为真。
6.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述控制器被配置为将所述马达转矩数据与所述预定基线数据进行比较，包括确定宽度因子是否超过第二预定义阈值；以及
所述宽度因子(WF)至少部分地基于角度(θ)处的所述预定基线数据的基线宽度(BW)与所述角度(θ)处的所述马达转矩数据的宽度(W)之间的差。
7.根据权利要求6所述的组件，其中：
所述控制器被配置为如果所述宽度因子超过所述第二预定义阈值，则将所述多个标志中的第二标志设置为真。
8.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述控制器被配置为将所述马达转矩数据与所述预定基线数据进行比较，包括确定斜率因子是否超过第三预定义阈值；
所述斜率因子(SF)至少部分基于所述马达转矩数据的第一部分(Ri)的相应斜率(S)与所述预定基线数据的对应的第二部分(BRi)之间的差；以及
所述第一部分(Ri)和所述对应的第二部分(BRi)在相同的角度范围上延伸。
9.根据权利要求8所述的组件，其中：
所述控制器被配置为如果所述斜率因子超过所述第三预定义阈值则将多个标志中的第三标志设置为真。
10.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述控制器被配置为将所述马达转矩数据与所述预定基线数据进行比较，包括确定不对称因数是否超过第四预定义阈值；
所述不对称因子(ASF)至少部分地基于在角度(θ)下的所述马达转矩数据的转矩(T)和在所述角度(θ)下的翻转的马达转矩数据的转矩(TF)之间的差；并且
所述翻转的马达转矩数据表示围绕原点旋转180度之后或围绕垂直轴和水平轴中的至少一个镜像的所述马达转矩数据。
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