CN111886554A - 用于诊断在输入或输出侧使用离散值或离散的值类的功能特征的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于诊断具有输入或输出信号的功能特征的方法，输入或输出信号具有离散值或离散的值类，离散值或离散的值类是诊断功能特征的可观察变量，其中，要被诊断的信号(13)是输入或输出信号，输入或输出信号具有基数为N的值或值类，其中，设置了N个错误计数器，并且方法包括以下步骤：根据错误计数器(16、17)的信号的和提供和信号(18)；如果值或值类是错误的，则递增被分配给错误的值或错误的类的错误计数器(16、17)的信号；如果值或类是正确的，则递减被分配给值或类的错误计数器(16、17)的信号；如果和信号(18)超过预定义的限制值(33)，则输出功能特征的错误消息。

Description

用于诊断在输入或输出侧使用离散值或离散的值类的功能特 征的方法
本发明涉及用于诊断具有根据权利要求1的前序所述的特征的功能特征的方法；具有诊断功能特征的用于马达的安全开关装置，该诊断功能特征被创建为执行上述方法；以及具有伺服马达的用于机动车的机电式机动车转向***和线控式转向***，该伺服马达具有这样的安全开关装置。
在与汽车行业中诊断功能的安全和软件实现有关的应用中，在车辆运行时可能产生错误。因此，有必要进行测量以便检测错误并且恰当地应对检测到的错误。在机动车转向***中使用的电动马达的情况下，为错误的检测而设置的时间的量已经趋于非常小。因此，在存在指示没有严重错误的不稳定信号的情况下，出故障的电动马达也将被关闭。这种行为是不期望的。
因此，本发明的目的是提出用于诊断功能特征的改进的、特别是稳定的方法。
该目的通过以下实现：用于诊断具有根据权利要求1所述的特征的功能特征的方法；具有诊断功能特征的用于马达的安全开关装置，该诊断功能特征被创建为执行上述方法；以及具有伺服马达的用于机动车的机电式机动车转向***和线控式转向***，该伺服马达具有这样的安全开关装置。在从属权利要求中阐述了本发明的有利发展。
因此，提供用于诊断具有输入或输出信号的功能特征的方法，输入或输出信号具有离散值或离散的值类，离散值或离散的值类是诊断功能特征的可观察量，其中，要被诊断的信号是输入或输出信号，并且其中，值或值类具有基数N，并且设置了N个错误计数器。方法包括以下步骤：
·根据错误计数器的信号的和提供和信号；
·如果值或值类是错误的，则递增被分配给错误的值或错误的类的错误计数器的信号；
·如果值或类是正确的，则递减被分配给值或类的错误计数器的信号；
·如果和信号超过预先创建的限制值，则输出功能特征的错误消息。
方法使得功能特征能够管理不稳定的输入或输出信号。错误的检测对于瞬时错误是稳定的。在功能特征被认为是错误的之前，通过允许一定量的相关信号的错误值或类来实现功能特征的稳定性。
在此，持续错误的值或值类的错误检测时间等于普通诊断应用的错误检测时间，普通诊断应用的基数为1，基于单个错误的发生进行错误检测。
优选地，输入值或输入类的分布与输出信号的值或输出类的分布不一致。
类优选地被限定成使得功能特征的功能对其具有相同作用的输入值或输出值被分组至类中。
优选地，信号的递增和/或递减随着时间连续地发生，特别是线性地发生。
替选地，可以在遇到正确值时将错误计数器的信号直接设置为0。
值或值类数量优选地较小，并且特别地，基数小于4。
在优选的实施方式中，功能特征包括马达的安全开关装置，其中优选地，要被诊断的信号是安全开关装置的输出信号。
有利地，安全开关装置检查马达的角速度，并且防止马达的控制回路中的开关元件在高于允许的限制值的角速度处关断或者防止其在低于允许的限制值的角速度处闭合。在此，基数优选地为2，并且值再次产生允许限制值的超过或允许限制值的未达到。如果输入值的概率密度函数在值的整个范围内为正，则***错误具有有限的被检测到的概率，即使错误仅在输入值的少见组合中发生也是如此。
还可以提供以下步骤：
·测量角速度并且检查安全开关装置的输出信号的值；
·如果输出信号的值是错误的，则递增被分配给错误的值的错误计数器的信号；
·如果值是正确的，则递减被分配给值的错误计数器的信号。
开关元件优选地是继电器或MOSFET。开关元件可以是一个或更多个逆变器的部分以及/或者由一个或更多个控制装置操作。
优选的是，在马达的控制回路中设置彼此独立地测量角速度的主控制器和另外的微控制器，其中特别地，主控制器检查作为安全开关装置的部分的另外的微控制器。
还提供有具有诊断功能特征的用于马达的安全开关装置，其中，诊断功能特征被创建为执行以上描述的方法。
此外，提供了具有伺服马达的用于机动车的机电式机动车转向***和线控式转向***，伺服马达具有这样的安全开关装置。
在下文中将通过附图的方式更详细地描述本发明的优选的实施方式。在附图中，相同类型或具有相同作用的部件将使用相同的附图标记来描述，其中：
图1示出了机电式机动车伺服转向***的示意性表示，以及；
图2示出了用于安全开关装置的根据本发明的具有错误检测的机电式机动车伺服转向***的马达的角速度的时间序列的表示。
在图1中，示意性地表示了机电式机动车伺服转向***1，其具有以不可旋转的方式耦接至上转向轴3的方向盘2。驾驶员经由方向盘2将合适的扭矩引入转向轴3中作为转向命令。然后，经由上转向轴3和下转向轴4，扭矩被传递至转向小齿轮5。小齿轮5以常见的方式与齿条6的齿段啮合。齿条6安装在转向***壳体中，以沿其纵轴方向可移动。齿条6在其自由端处经由没有示出的球接头连接至横拉杆7。横拉杆7本身各自经由转向节以常见的方式连接至机动车辆的转向轮8。方向盘2的旋转经由转向轴3与小齿轮5的组合而导致齿条6纵向位移，并且因此导致转向轮8的枢转。转向轮8经由道路80经历与相反地作用于转向移动的反作用。因此，为了使轮8枢转，方向盘2处需要强迫施加相应扭矩的力。设置伺服单元10的电动马达9，以便在该转向移动中辅助驾驶员。
上转向轴3和下转向轴4经由未示出的主轴以旋转弹性的方式耦接在一起。扭矩传感器单元11捕获上转向轴3相对于下转向轴4的扭动，作为手动地施加在转向轴3或方向盘2处的扭矩的测量。取决于由扭矩传感器单元11测量的扭矩111，伺服单元10为驾驶员提供转向辅助。在此，伺服单元10可以耦接至转向轴3、转向小齿轮5或齿条6中的任一者，作为附加动力辅助装置10、100、101。各个附加动力辅助10、100、101将附加动力力矩输送至转向轴3、转向小齿轮5中和/或输送至齿条6中，由此驾驶员在转向操作中得到帮助。图1中表示的三个不同的附加动力辅助装置10、100、101示出了它们布置的替选的位置。通常，所示出的位置中只有单独一个位置由附加动力辅助占用。伺服单元10具有用于计算转向辅助的电子控制单元12。电动马达9具有多个相绕组供使用。电动马达的相绕组由控制单元12控制。至少一个开关元件被分配至相绕组中的每一个。电子开关优选地设置为开关元件，通常是由半导体材料制成的电子开关。合适的半导体部件的选择源于期望的开关行为。所使用的半导体部件优选地是MOSFET；然而，在具有大于50伏的较高电压的情况下，可以采用其他部件例如IGBT。在控制回路中，电动马达9的控制可以由测量的角速度来支配。例如，角速度可以由RPS传感器来测量。
提供了安全开关装置，安全开关装置检查马达的角速度，并且防止控制回路中的开关元件在角速度过高时关断且从而遭受损伤。另外，提供了诊断功能特征，用于检测安全开关装置的故障。安全开关装置被设计成如果诊断功能特征检测到故障则不关断开关元件。
另外的微控制器被集成在开关元件的控制回路中，微控制器独立于主控制器测量马达的角速度，并且使关于关断开关元件的请求延迟，直到可以执行开关元件的安全关断。作为诊断功能特征的部分，主控制器监视另外的微控制器。主控制器测量马达的角速度，并且接收另外的微控制器的作为表示马达的角速度是高于还是低于开关元件的安全关断的限制值的1比特的信息。期望的是，功能特征尽可能地稳定，也就是说，仅检测潜在错误。对于这种情况：另外的微控制器的输出值具有小的基数、只有两个值、“高于”和“低于”，并且在正常情况的条件下是“低于”，特别重要的是，在诊断功能特征中将所有的错误的“低于”值考虑在内。
诊断功能特征被设计成使信号“去抖动”(debounce)。这意味着确实检测到了另外的微控制器的不稳定以及因此包含错误的信号，但是这没有导致检测到安全开关装置中的错误，直到出现一定量的错误或引起***错误。
在图2中，表示了具有诊断功能特征的安全开关装置的信号时间序列的示例。开关元件可以是由一个或更多个控制装置操作的继电器或MOSFET。开关元件是一个或更多个逆变器的部分。从上往下看，图2在第一个线条中示出了相对于时间绘制的马达9的实际角速度13。输入用于开关元件的关断的允许限制值作为阈值14。在第二个线条中，表示了另外的微控制器的输出信号15。微控制器输出值1和0，其中，如果角速度超过了允许限制值，则值等于1。作为诊断功能特征的部分，检查另外的微控制器的输出信号。设置了两个错误计数器，在线条三和线条四中表示了错误计数器的信号16、17。由于主控制器独立于另外的微控制器测量角速度，因此，如果角速度低于限制值14且另外的微控制器输出值1，则第一错误计数器检测到微控制器的错误输出值。另一方面，如果角速度高于限制值14且微控制器输出值0，则第二错误计数器检测到微控制器的错误输出值。当由错误计数器检测到错误时，连续地递增这些值。如果微控制器再次输出正确的值，则错误计数器被重置为0。第六个线条示出了错误计数器16、17的信号的输出信号18的和。在最后的线条中表示了诊断功能特征的输出信号19。如果没有出现错误，则输出信号为0；如果检测到错误，则为1。仅当检测到错误时，安全开关装置才受错误的影响，并且开关元件将不再关断。
在以下中，描述了图2中所示的角速度的时间序列以及具有诊断功能特征的安全开关装置的反应。
在初始范围20中，角速度增加，直到其高于允许限制值14。另外的微控制器没有检测到超过限制值14，并且将角速度的信号认为是允许的。诊断功能特征检测另外的微控制器的错误，并且递增第二错误计数器。然而，没有检测到错误存在，且诊断功能特征的和信号保持为0。
在时间序列的第二范围21中，角速度保持为高于允许限制值14。微控制器检测到角速度高于允许限制值14，并且正确地输出值1。因此，第二错误计数器被重置为0。随后，在第三范围22中，角速度下降为低于限制值。另外的微控制器没有检测到变化，并且继续错误地输出值1。因此，递增第一错误计数器。微处理器再次输出正确的值之后(范围23)，第一错误计数器重置为0。在以下中，在另一范围24中，另外的微处理器的瞬态错误发生，错误由第一错误计数器检测到。之后，第一错误计数器被重置为0(范围25)。一段时间后，另外的微处理器具有永久错误；其不再指示存在过高的角速度。这不由诊断功能特征检测，直到角速度超过了允许限制值14。在这种情况下，递增第二错误计数器(范围26)。由于当超过允许限制值时微处理器根本不再输出正确的输出信号，因此第二错误计数器的信号不再重置为0，并且每当角速度超过允许的限制值时，不断地递增第二错误计数器的信号(范围27、32)。接近时间序列的结束处，微处理器的输出信号中产生短暂的瞬态错误(范围28)。短暂的瞬态错误由第一错误计数器检测到，因此递增第一错误计数器的信号。在微处理器不再示出该错误(范围29)之后，第一错误计数器重置为0。一段时间后，错误计数器的和信号中预先创建的限制值——也称为“去抖动限制”33——被超过，这触发了安全开关装置的错误的检测，并且防止出于安全原因关断开关元件。
当发生相应的错误时，连续发生错误计数器的递增。优选地，错误计数器的信号随时间线性地增加。
本发明不限于机电式转向***。例如，也可以用于线控转向式转向***的电动马达。

Claims (18)

1.一种用于诊断具有输入或输出信号的功能特征的方法，所述输入或输出信号具有离散值或离散的值类，所述离散值或离散的值类是诊断功能特征的可观察量，其中，要被诊断的信号(13)是所述输入或输出信号，并且其中，所述值或所述值类具有基数N，其特征在于，设置了N个错误计数器，并且所述方法具有以下步骤：
·根据所述错误计数器(16、17)的信号的和提供和信号(18)；
·如果值或值类是错误的，则递增被分配给所述错误的值或错误的类的所述错误计数器(16、17)的信号；
·如果所述值或所述类是正确的，则递减被分配给所述值或所述类的所述错误计数器(16、17)的信号；
·如果所述和信号(18)超过预先创建的限制值(33)，则输出所述功能特征的错误消息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入值或输入类的分布与所述输出信号的值或输出类的分布不一致。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功能特征中的功能对其具有相同作用的输入值或输出值被分组至类中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述错误计数器(16、17)的信号的所述递增和/或所述递减随着时间连续地发生。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述错误计数器(16、17)的信号的所述递增和/或所述递减线性地发生。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述错误计数器(16、17)的信号被直接地递减至0。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述功能特征包括马达(9)的安全开关装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，要被诊断的信号(13)是所述安全开关装置的所述输出信号。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述安全开关装置检查所述马达(9)的角速度，并且防止所述马达(9)的控制回路中的开关元件在超过允许限制值(14)的角速度处切换。
10.根据前述权利要求8和9中任一项所述的方法，其特征在于，所述基数至少为二，并且所述值再次产生所述允许限制值(14)的超过。
11.根据前述权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，还提供以下步骤：
·测量所述角速度并且检查所述安全开关装置的所述输出信号的值(13)；
·如果所述输出信号的值是错误的，则递增被分配给所述错误的值的所述错误计数器的信号(16、17)；
·如果所述值是正确的，则递减被分配给所述值的所述错误计数器的信号(16、17)。
12.根据前述权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述开关元件是继电器或MOSFET。
13.根据前述权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述开关元件是一个或更多个逆变器的部分。
14.根据前述权利要求8至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述开关元件由一个或更多个控制装置操作。
15.根据前述权利要求8至14中任一项所述的方法，其特征在于，在在所述马达的所述控制回路中设置彼此独立地测量所述角速度的主控制器和另外的微控制器。
16.一种具有诊断功能特征的用于马达(9)的安全开关装置，所述诊断功能特征被创建为执行如权利要求1至15中任一项所述的方法。
17.一种具有伺服马达的机电式机动车转向***，所述伺服马达具有根据权利要求16所述的安全开关装置。
18.一种用于具有伺服马达的机动车的线控式转向***，所述伺服马达具有根据权利要求16所述的安全开关装置。
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