车辆中电动助力转向系统的预测性故障减轻的系统及方法
阅读说明：本技术 车辆中电动助力转向系统的预测性故障减轻的系统及方法 (System and method for predictive fault mitigation for electric power steering systems in vehicles ) 是由 W-c·林 X·杜 B·N·西斯卡耶 于 2019-05-22 设计创作，主要内容包括：一种控制具有电动助力转向系统的车辆的方法包括产生多个可能路线。需要转向扭矩在可用扭矩范围内的所述多个可能路线中的每一者被识别为系统兼容路线。需要所述电动助力转向系统的电动马达的角位置在整个路线上的所有时间索引都在可用马达位置范围内的多个可能路线中的每一者也在被识别为系统兼容路线。所述识别的系统兼容路线中的一者基于至少一个选择标准来选择并被指定为有效路线。然后控制所述电动助力转向系统以沿所述有效路线操纵所述车辆。当所述车辆沿所述有效路线移动时,监控所述电动助力转向系统以识别其能力的劣化。(A method of controlling a vehicle having an electric power steering system includes generating a plurality of possible routes. Each of the plurality of possible routes requiring steering torque within the available torque range is identified as a system compatible route. Each of a plurality of possible routes requiring angular positions of an electric motor of the electric power steering system to be within an available range of motor positions at all time indices across the route is also being identified as a system compatible route. One of the identified system-compatible routes is selected based on at least one selection criterion and designated as a valid route. The electric power steering system is then controlled to steer the vehicle along the efficient route. Monitoring the electric power steering system to identify a degradation in its ability as the vehicle moves along the active route.)
引言
本发明总体上涉及一种控制具有电动助力转向系统的车辆的方法。
一些车辆配备有电动助力转向系统，所述电动助力转向系统可以由计算装置控制以提供半自主和/或全自主车辆转向。电动助力转向系统使用电动马达向轴提供扭矩以帮助操作者转动车辆的方向盘。电动助力转向系统可以由计算装置控制以自动地将扭矩施加到转向系统以实现半自主和/或全自主车辆操作。
某些因素可能会降低电动助力转向系统的功能性。例如，电池电压低、转向摩擦和/或转向阻力的增加，或电动助力转向系统的电路中的电阻的增加可以降低或限制电动助力转向系统的能力。当车辆在其中计算装置在最少或没有来自操作人员的输入的情况下主动地控制电动助力转向系统的半自主或全自主条件下操作时，计算装置应当将电动助力转向控制在其可用能力以内。
发明内容
提供了一种控制具有电动助力转向系统的车辆的方法。所述方法包括计算装置产生多个可能路线。所述可能路线可以包括使所述车辆在当前位置与目的地之间横穿，或者在即将到来的时间间隔中执行一个或多个操纵。所述计算装置还可以将需要执行可能路线的可变转向扭矩在整个所述可能路线上的所有时间索引处都在可用扭矩范围内的可能路线的多个可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。应当明白，所述转向扭矩以及可能的所述可用扭矩范围在每个可能路线中不断变化。所述计算装置还将需要所述电动助力转向系统的电动马达在所考虑的整个路线上的所有时间索引处的可变角位置都在整个可能路线上的所有时间索引处的可用马达位置范围内的多个可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。应当明白，所述可用电动马达位置范围可以在每个可能的路线中改变。然后，所述计算装置基于至少一个选择标准来选择所识别的系统兼容路线中的一者，并将所述系统兼容路线中的选定路线指定为有效路线。然后，所述计算装置可以控制所述车辆的所述电动助力转向系统以沿所述有效路线操纵所述车辆。
在控制所述车辆的所述方法的一方面，所述计算装置计算来自所述电动马达的所述绕组的可用扭矩。每个绕组可以包括三相绕组，其与输出轴和其他绕组组合可以被认为是三相无刷DC马达。例如，在具有第一绕组和第二绕组的电动马达中，所述计算装置计算来自所述电动助力转向系统的所述电动马达的所述第一绕组的可用扭矩，并计算来自所述电动马达的所述第二绕组的可用扭矩。然后，所述计算装置可以将来自所述第一绕组的所述可用扭矩和来自所述第二绕组的所述可用扭矩求和以定义总扭矩限制。所述可用扭矩范围可以被定义为等于或大于所述总扭矩限制的负值的范围，并且等于或小于所述总扭矩限制的正值。应当明白，所述总扭矩限制的所述负值可以被认为是沿顺时针或逆时针方向中的一者的转向输入，并且所述总扭矩限制的所述正值可以被认为是沿所述顺时针和逆时针方向中的另一者的转向输入。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，所述计算装置可以通过分别求解所述第一绕组和所述第二绕组的扭矩方程计算来自所述第一绕组的所述可用扭矩并计算来自所述第二绕组的所述可用扭矩。所述三相电动马达的每个绕组可以被建模为等效DC马达。所述扭矩方程是：
在所述扭矩方程中，T可用是所述可用扭矩，Kt是所述电动助力转向系统的所述电动马达的马达常数，VB是来自为所述电动助力转向系统供电的能源 (例如，电池)的电压，VCmin是所述电动助力转向系统的最小电路电压，低于所述最小电路电压，所述电动助力转向系统将停止操作并复位，并且 RC是所述能源与所述电动助力转向系统之间的电路中的电阻。在转让给本申请的申请人的第15/840,270号美国专利申请中更详细地描述了扭矩方程。在转让给本申请的申请人的第15/333216号美国专利申请中更详细地描述了对所述能源与所述电动助力转向系统之间的所述电路中的所述电阻RC的估计。
在另一个实施例中，所述计算装置可以通过分别求解所述第一绕组和所述第二绕组的功率方程计算来自所述第一绕组的所述可用扭矩并计算来自所述第二绕组的所述可用扭矩。所述功率方程是：
在所述功率方程中，VB是来自为所述电动助力转向系统供电的能源(例如，电池)的电压，VCmin是所述电动助力转向系统的最小电路电压，低于所述最小电路电压，所述电动助力转向系统将停止操作并复位，RC是所述能源与所述电动助力转向系统之间的电路中的电阻，Kt是所述电动助力转向系统的所述电动马达的马达常数，T可用是时间索引k处的可用扭矩，RM是所述电动助力转向系统的所述电动马达的电阻，ω是所述电动马达的转速，k 是所述时间索引，并且ε是所述电动助力转向系统的电力损耗，所述电力损耗在所述电动马达以高效率操作时可以忽略或者在所述电动马达的效率已知时可以进行估计。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，所述计算装置可以根据转向系统动力学方程来计算所述多个可能路线中的每一者的所述转向扭矩。所述转向系统动力学方程是：
在所述转向系统动力学方程中，sign(ω)是所述电动助力转向系统的电动马达的转速，其中“正负号”被定义为所述转速(ω)的正值或负值，
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，所述计算装置可以通过将从所述转向系统动力学方程计算的所述多个可能路线中的每一者的所述转向扭矩与所述总扭矩限制的负值和所述总扭矩限制的正值之间的范围进行比较来识别需要执行可能路线所需的可变转向扭矩在整个路线上的所有时间索引处都在所述可用扭矩范围内的所述多个可能的路线中的每一者。如上所述，所述总扭矩限制的所述负值可以被认为是沿顺时针或逆时针方向中的一者的转向输入，并且所述总扭矩限制的所述正值可以被认为是沿所述顺时针和逆时针方向中的另一者的转向输入。如果确定所述可能路线中的至少一者的所需转向扭矩等于或大于所述总扭矩限制的所述负值并且等于或小于所述总扭矩限制的所述正值，则所述计算装置可以确定所述转向扭矩在所述可用扭矩范围内。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，所述计算装置可以包括确定所述电动马达在整个可能路线中的所有时间索引处的所述角位置是否都在整个路线的所有时间索引处的可用马达位置范围内包括求解第一转向系统位置方程、第二转向位置方程和第三转向系统位置方程。可以求解所述第一转向系统位置方程、所述第二转向位置方程和所述第三转向位置方程以提供所述电动马达的可用角位置的范围。所述第一转向系统位置方程根据所述电动马达在时间索引(k)处的所述角位置大于所述电动马达在紧接前一时间索引(k-1)处的所述角位置提供所述电动马达在时间索引(k+1) 处的所述角位置。所述第一转向系统位置方程是：
在所述第一转向系统位置方程中，θ是所述电动马达的所述角位置，k是增量时间索引，B是所述电动助力转向系统的阻尼值，Δt是离散时间段，J 是所述电动助力转向系统中的惯性量，T极限是所述电动助力转向系统的总扭矩限制，Cfr是所述电动马达的摩擦系数，并且SAT是所述电动助力转向系统的自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第一转向系统位置方程的变量的值。
所述第二转向系统位置方程根据所述电动马达在时间索引(k)处的所述角位置小于所述电动马达在所述紧接前一时间索引(k-1)处的所述角位置提供所述电动马达在时间索引(k+1)处的所述角位置。所述第二转向系统位置方程是：
在所述第二转向系统位置方程中，θ是所述电动马达的所述角位置，k是增量时间索引，B是所述电动助力转向系统的所述阻尼值，Δt是所述离散时间段，J是所述电动助力转向系统中的所述惯性量，T极限是所述电动助力转向系统的所述总扭矩限制，Cfr是所述电动马达的所述摩擦系数，并且 SAT是所述电动助力转向系统的所述自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第二转向系统位置方程的变量的值。
所述第三转向系统位置方程根据所述电动马达在时间索引(k)处的所述角位置等于所述电动马达在所述紧接前一时间索引(k-1)处的所述角位置提供所述电动马达在时间索引(k+1)处的所述角位置。所述第三转向系统位置方程是：
在所述第三转向系统位置方程中，θ是所述电动马达的所述角位置，k是增量时间索引，B是所述电动助力转向系统的所述阻尼值，Δt是所述离散时间段，J是所述电动助力转向系统中的所述惯性量，T极限是所述电动助力转向系统的所述总扭矩限制，Cfr是所述电动马达的所述摩擦系数，并且 SAT是所述电动助力转向系统的所述自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第三转向系统位置方程的变量的值。
在控制所述车辆的所述方法的一方面，所述计算装置使用来选择所述有效路线的所述至少一个选择标准可以包括但不限于估计的燃料经济性和/或每个系统兼容路线的使用、每个系统兼容路线的路线距离、每个系统兼容路线的路线行驶时间以及在每个系统兼容路线上遇到的优选道路类型中的至少一者。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，当所述多个可能路线都未被识别为所述系统兼容路线时，所述计算装置可以发出请求车辆维护的通知。另外，当所述多个可能路线都未被识别为所述系统兼容路线时，如果不存在操作者手动操纵所述车辆，则所述计算装置可以自动停放所述车辆。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，一旦指定了所述有效路线，所述计算装置就可以将所述电动助力转向系统的所述电动马达的每个相应绕组的计数器设定为零。例如，在具有第一绕组和第二绕组的电动马达中，所述计算装置可以将第一绕组计数器设定为零，并且可以将第二绕组计数器设定为零。另外，所述计算装置还可以将系统级故障计数器设定为零。然后，当所述车辆沿所述有效路线操纵时，所述计算装置可以确定或计算来自所述电动马达的所述第一绕组的当前扭矩，并确定或计算来自所述电动马达的所述第二绕组的当前扭矩。当从所述第一绕组输出的所述当前扭矩在针对所述第一绕组计算的扭矩极限的预定余量内时，所述计算装置将所述第一绕组计数器递增值1。当从所述第二绕组输出的所述当前扭矩在针对所述第二绕组计算的扭矩极限的预定余量内时，所述计算装置将所述第二绕组计数器递增值1。所述计算装置然后将所述第一绕组计数器与扭矩计数器阈值进行比较以确定所述第一绕组计数器是否等于或小于所述扭矩计数器阈值，或者所述第一绕组计数器是否大于所述扭矩计数器阈值。类似地，所述计算装置将所述第二绕组计数器与所述扭矩计数器阈值进行比较以确定所述第二绕组计数器是否等于或小于所述扭矩计数器阈值，或者所述第二绕组计数器是否大于所述扭矩计数器阈值。当所述第一绕组计数器或所述第二绕组计数器大于所述扭矩计数器阈值时，所述计算装置然后可以由于所述能源的电压弱或低(例如，电池弱)或所述电动助力转向系统中的电阻增加而发出请求车辆维护的通知。
在控制所述车辆的所述方法的另一方面，所述计算装置可以在沿所述有效路线操纵所述车辆时确定所述电动马达的当前角位置。当所述电动马达的所述当前角位置在所述时间索引处在所述电动转向系统的位置极限的预定义位置余量内时，所述计算装置将所述系统级故障计数器递增值1。所述电动助力转向系统的所述位置极限可以由上述第一转向系统位置方程、第二转向位置方程和第三转向系统位置方程定义。然后，计算装置可以将所述系统级故障计数器与系统级故障计数器阈值进行比较，以确定所述系统级故障计数器是否等于或小于所述系统级故障计数器阈值，或者所述系统级故障计数器是否大于所述系统级故障计数器阈值。当所述系统级故障计数器大于所述系统级故障计数器阈值时，所述计算装置可以由于所述转向系统的所述机械部件的摩擦或阻力增加、所述马达功率电路中的电阻增加或弱电源(例如，弱电池)而发出请求车辆维护的通知。
因此，上述方法使得所述计算装置能够确定所述车辆的可能路线是否在所述电动助力转向系统的当前能力范围内，并且从在所述电动助力转向系统的能力内的那些可能路线中选择所述有效路线，即，所述系统兼容路线。另外，上述方法使得所述计算装置能够识别在所述车辆沿所述有效路线移动时所述电动助力转向系统中的劣化，所述劣化可能随着时间的推移而使转向能力劣化。从所述第一转向系统位置方程、所述第二转向系统位置方程和所述第三转向系统位置方程计算的结果可以被传送到所述计算装置的路径规划模块，并且用于基于由这些方程的结果建立的所述电动助力转向系统的限制而“即时”规划未来路线。
从用于实行结合附图取得的本教导的最佳模式的以下详细描述，上述特征和优点以及本教导的其他特征和优点容易地显而易见。
附图说明
图1是车辆的电动助力转向系统的示意图。
图2是表示选择车辆的有效路线的方法的流程图。
图3是表示识别在沿有效路线操纵时车辆的电动助力转向系统中的故障的方法的流程图。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语用于描述性地用于附图，而不是表示对由所附权利要求定义的本发明范围的限制。此外，在本文可以依据功能和/或逻辑块部件和各个处理步骤来描述教导。应当认识到，此类框部件可以由被配置为执行指定功能的多个硬件、软件和/或固件部件构成。
参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同的部件，电动助力转向系统通常在图1中以20示出。电动助力转向系统20可以通过本领域技术人员理解的合适方式配置。参考图1，电动助力转向系统20可以包括例如电动马达22，其可操作以将扭矩施加到轴24。轴24连接到车辆的转向系统(未示出)。如本领域所理解的，轴24的旋转操作转向系统。转向系统的细节与本发明的教导无关，因此本文不再详细描述。
参考图1，电动马达22从能源26接收电力，所述能源诸如但不限于电池。在图1中所示和本文中所述的示例性实施例中，电动马达22包括第一绕组28和单独的第二绕组30。电动马达22的第一绕组28和第二绕组30都联接到轴24并且可操作以使轴移动。虽然本文中描述的示例性实施例涉及具有第一绕组28和第二绕组30的电动马达22，但是应当明白，本文提供的教导可以应用于具有带有一个或多个绕组的马达的系统。每个绕组可以包括三相绕组，其与轴24和其他绕组组合可以被认为是三相无刷DC马达。第一绕组28和第二绕组30可独立地操作和控制以便各自向轴24施加扭矩。在图1中所示和本文中所述的示例性实施例中，第一绕组28和第二绕组30中的每一者从能源26接收功率。在其他实施例中，电动助力转向组件包括多个能源26，使得第一绕组28和第二绕组30各自从相应的专用能源26接收功率。能源26的具体类型和配置与本发明的教导无关，将为本领域技术人员所理解的，因此本文不再详细描述。
电动助力转向系统20包括第一系统电阻32和第二系统电阻34。第一系统电阻32是能源26与电动马达22的第一绕组28之间的电路中的电阻。第二系统电阻34是能源26与电动马达22的第二绕组30之间的电路中的电阻。电动马达22包括第一电动马达电阻36和第二电动马达电阻38。第一电动马达电阻36是用于操作第一绕组28的电动马达22中的电阻，而第二电动马达电阻38是用于操作第二绕组30的电动马达22中的电阻。
包括本文描述的示例性实施例的第一绕组28和第二绕组30的电动助力转向系统20由计算装置40控制。计算装置40可以替代地被称为控制器、车辆控制器、控制模块、计算机、自主驾驶系统控制器等。计算装置 40可以包括一个或多个不同的装置，并且在本文中一般用于包括用于控制电动助力转向系统20的不同部件的操作以及执行控制下面更详细描述的电动助力转向系统20的方法的不同装置。例如，参考图1，如本文所使用的计算装置40包括路径规划模块42、监督控制器44、第一控制单元46 和第二控制单元48。路径规划模块42可以计算车辆的不同可能路线。监督控制器44可以实施下面将更详细地描述的用于控制电动助力转向系统 20的转向控制算法50。第一控制单元46和第二控制单元48可以由监督控制器44控制，并且可以从其中接收控制信号。第一控制单元46控制电动马达22的第一绕组28的操作，而第二控制单元48控制电动马达22的第二绕组30的操作。应当明，计算装置40可以包括多于或少于图1中示出并且本文中描述的示例性装置，并且计算装置40不应当限于图1中示出并且本文中描述的特定架构。
计算装置40可操作以控制电动助力转向系统20的操作。计算装置40 可以包括计算机和/或处理器，并且包括用于管理和控制电动助力转向系统 20的操作的软件、硬件、存储器、算法、连接、传感器等。因而，控制具有电动助力转向系统20的车辆的方法(下面将更详细地描述)可以被体现为可在计算装置40上操作的程序或算法。应当明白，计算装置40可以包括能够分析来自各种传感器的数据、比较数据、做出控制电动助力转向系统20的操作所需的决定并执行用于控制电动助力转向系统20操作的所需任务的装置并且执行本文描述的方法的。
计算装置40包括有形非暂时性存储器52，其上记录有计算机可执行指令，包括转向控制算法50。计算装置40还包括处理器54，其可操作以执行转向控制算法50以确定沿着操纵车辆的有效路线，以及监控电动助力转向系统20的状态以确保电动助力转向系统20正常操作并且一旦发起就能够完成有效路线。
计算装置40可以被体现为一个或多个数字计算机或主机，每个数字计算机或主机具有一个或多个处理器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、光驱、磁力驱动器等、高速时钟、模数转换(A/D)电路、数模转换(D/A)电路、所需输入/输出(I/O)电路、I/O装置和通信接口，以及信号调节和缓冲电子装置。
计算机可读存储器可以包括参与提供数据或计算机可读指令的非暂时性/有形介质。存储器可以是非易失性的或易失性的。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他持久存储器。示例性易失性存储器可以包括可以构成主存储器的动态随机访问存储器(DRAM)。用于存储器的实施例的其他示例包括软盘、软磁盘或硬盘、磁带或其他磁介质、CD-ROM、 DVD和/或其他光学介质，以及诸如快闪存储器等其他可能的存储器装置。
如上所述，计算装置40的处理器54执行转向控制算法50以执行控制车辆的方法，更具体地，执行控制车辆的电动助力转向系统20的方法。参考图2，所述方法包括产生多个可能路线。产生可能路线的步骤通常由图2中的框102指示。所述可能路线可以包括使所述车辆在当前位置与目的地之间横穿，或者在即将到来的时间间隔中执行一个或多个操纵。可能路线包括车辆的当前位置与车辆的目的地之间的最可能的期望路线，或者在即将到来的时间间隔中最可能或期望的操纵。可以由计算装置40以合适的方式产生可能路线，诸如本领域技术人员理解的。例如，计算装置40 可以使用车辆和目的地的GPS位置以及保存在计算装置40的存储器中的地图，以产生车辆可以在当前位置与目的地之间行进的可能路线。可能路线可以包括单个路线或多个路线。计算装置40产生可能路线的具体方式与本发明的教导无关，因此本文不再详细描述。
然后，计算装置确定可能路线中的至少一者是否为系统兼容路线。确定可能路线中的至少一者是否为系统兼容路线的步骤通常由图2中的框 104指示。计算装置40将需要在整个路线中的所有时间索引(k-1、k、k+1、 k+2、...、k+n)内的转向扭矩在整个路线的所有索引(k-1、k、k+1、k+2、...、 k+n)处的可用扭矩范围内或者需要电动助力转向系统20的电动马达22 在整个路线上的所有时间索引处的角位置在整个路线上的所有时间索引处的可用马达位置内的多个可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。识别系统兼容路线的步骤通常由图2中的框106指示。如本文所使用的，术语系统兼容路线包括电动助力转向系统能够执行的可能路线。系统兼容路线包括需要来自电动马达22以完成相应的可能路线的相应转向扭矩在可用扭矩范围内或者需要电动马达22在整个路线中的所有时间索引处的相应角位置在可用马达位置范围内的可能路线。所述系统兼容路线可以包括多个可能路线。例如，在一些实施例中，可能路线中没有一个可以被识别为系统兼容路线。在其他实施例中，可能的路线可以被识别为系统兼容路线。在其他实施例中，可能路线的一部分可以被识别为系统兼容路线。
如上所述，计算装置40将需要用于执行相应可能路线的转向扭矩在电动助力转向系统20的可用扭矩范围内的可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。为此，计算装置40计算电动助力转向系统20的可用扭矩范围。计算装置40通过首先计算来自电动马达22的每个绕组(例如，本文所述的示例性实施例的第一绕组28和第二绕组30)的可用扭矩来计算可用扭矩范围，然后对来自电动马达22的每个绕组的可用扭矩求和。换句话说，计算装置40计算来自电动助力转向系统20的电动马达22的第一绕组28的可用扭矩，并且还计算来自电动助力转向系统20的电动马达22 的第二绕组30的可用扭矩。然后，计算装置40将来自第一绕组28的可用扭矩和来自第二绕组30的可用扭矩求和以定义总扭矩限制。可用扭矩范围是具有等于或大于总扭矩限制的负值的下限和等于或小于总扭矩限制的正值的上限的范围。应当明白，所述总扭矩限制的所述负值可以被认为是沿顺时针或逆时针方向中的一者的转向输入，并且所述总扭矩限制的所述正值可以被认为是沿所述顺时针和逆时针方向中的另一者的转向输入。
来自第一绕组28的可用扭矩和来自第二绕组30的可用扭矩可以分别通过求解扭矩方程(方程1)来计算。三相电动马达22的每个绕组可以被建模为等效DC马达。扭矩方程(方程1)定义如下：
在扭矩方程中，T可用是可用扭矩，Kt是电动助力转向系统20的电动马达 22的马达常数，VB是来自为电动助力转向系统20供电的能源26(例如，电池)的电压，VCmin是电动助力转向系统20的最小电路电压，低于所述最小电路电压，电动助力转向系统20将停止操作并复位，并且RC是能源 26与电动助力转向系统20之间的电路中的电阻。在转让给本申请的申请人的第15/840,270号美国专利申请中更详细地描述了扭矩方程。在转让给本申请的申请人的第15/333,216号美国专利申请中更详细地描述了对能源 26与电动助力转向系统20之间的电路中的电阻RC的估计。应当明白，计算装置40求解电动马达22的每个绕组的扭矩方程。例如，在本文描述的示例性实施例中，计算装置40将求解扭矩方程两次，一次针对第一绕组 28以计算来自第一绕组28的可用扭矩，并且一次针对第二绕组30以计算来自第二绕组30的可用扭矩，由此为电动马达22的每个绕组提供扭矩值。然后将每个绕组的这些单独的扭矩值相加在一起以定义电动马达22的总扭矩限制。如上所述，可用扭矩范围是等于或大于总扭矩限制的负值并且等于或小于总扭矩限制的正值的范围。
在另一个实施例中，计算装置40可以通过分别求解第一绕组28和第二绕组30的功率方程(方程2)来分别计算来自第一绕组28的可用扭矩并计算来自第二绕组30的可用扭矩。功率方程(方程2)定义如下：
在功率方程中，VB是来自为电动助力转向系统20供电的能源26(例如，电池)的电压，VCmin是电动助力转向系统20的最小电路电压，低于所述最小电路电压，电动助力转向系统20将停止操作并复位，RC是能源26与电动助力转向系统20之间的电路中的电阻，Kt是电动助力转向系统20的电动马达22的马达常数，T可用是时间索引k处的可用扭矩，RM是电动助力转向系统20的电动马达22的电阻，ω是电动马达22的转速，k是时间索引，并且ε是电动助力转向系统20的电力损耗，所述电力损耗在电动马达以高效率操作时可以忽略或者在电动马达的效率已知时可以进行估计。
计算装置40还根据转向系统动力学方程来计算多个可能路线中的每一者的转向扭矩，然后将其与可用扭矩范围进行比较。可以根据转向系统动力学方程(方程3)来计算每个可能路线的转向扭矩。转向系统动力学方程(方程3)定义如下：
在转向系统动力学方程中，sign(ω)是电动助力转向系统20的电动马达22 的转速，其中“正负号”被定义为转速(ω)的正值或负值，
识别需要转向扭矩在可用扭矩范围内的多个可能路线中的每一者的步骤包括确定沿所述多个可能路线中的每一者的从转向系统动力学方程计算的转向扭矩是否等于或大于总扭矩限制的负值并且等于或小于总扭矩限制的正值。如果计算装置40确定相应可能路线的转向扭矩小于总扭矩限制的负值，或者大于总扭矩限制的正值，则计算装置40未将相应可能的路线识别为系统兼容路线，因为相应可能路线不在可用扭矩范围内。然而，如果计算装置40确定用于相应可能路线的转向扭矩等于或大于总扭矩限制的负值并且等于或小于总扭矩限制的正值，则计算装置40确实将相应可能路线识别为系统兼容路线，因为相应可能路线在可用扭矩范围内。计算装置40将每个相应可能路线的转向扭矩与可用扭矩范围进行比较，以确定相应可能路线是否在可用扭矩范围内，因此确定是否为系统兼容路线。
如上所述，如果沿相应可能路线的转向扭矩在可用扭矩范围内，则可以将可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。另外，如上所述，如果电动马达22在所述路线中的所有时间索引处的角位置在可用马达位置范围内，则可以将可能路线中的每一者识别为系统兼容路线。计算装置40可以通过求解下面详细描述的第一转向系统位置方程(方程4)、第二转向位置方程(方程5)和第三转向系统位置方程(方程6)来确定电动马达22 在整个路线上的所有时间索引处的角位置是否在多个可能路线中的每一者的可用马达位置范围内。
第一转向系统位置方程(方程4)根据电动马达22在时间索引(k) 处的角位置大于电动马达22在紧接前一时间索引(k-1)处的角位置提供电动马达22在时间索引(k+1)处的角位置。第一转向系统位置方程(方程4)定义如下：
在第一转向位置方程(方程4)中，θ是电动马达22的角位置，k是增量时间索引，B是电动助力转向系统20的阻尼值，Δt是离散时间段，J是电动助力转向系统20中的惯性量，T极限是电动助力转向系统20的总扭矩限制，Cfr是电动马达22的摩擦系数，并且SAT是电动助力转向系统20的自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第一转向系统位置方程的变量的值。
第二转向系统位置方程(方程5)根据电动马达22在时间索引(k) 处的角位置小于电动马达22在紧接前一时间索引(k-1)处的角位置提供电动马达22在时间索引(k+1)处的角位置。第二转向系统位置方程(方程5)定义如下：
在所述第二转向系统位置方程(方程5)中，θ是电动马达22的所述角位置，k是增量时间索引，B是电动助力转向系统20的所述阻尼值，Δt是离散时间段，J是电动助力转向系统20中的惯性量，T极限是电动助力转向系统20的总扭矩限制，Cfr是电动马达22的摩擦系数，并且SAT是电动助力转向系统20的自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第二转向系统位置方程的变量的值。
第三转向系统位置方程(方程6)提供电动马达22在时间索引(k+1) 处的角位置，其等于电动马达22在紧接前一时间索引(k-1)处的角位置。第三转向系统位置方程(方程6)定义如下：
在所述第三转向系统位置方程(方程6)中，θ是电动马达22的所述角位置，k是增量时间索引，B是电动助力转向系统20的所述阻尼值，Δt是离散时间段，J是电动助力转向系统20中的惯性量，T极限是电动助力转向系统20的总扭矩限制，Cfr是电动马达22的摩擦系数，并且SAT是电动助力转向系统20的自位扭矩值。在所述电动马达的任何齿轮减速之后考虑所述第三转向系统位置方程的变量的值。
如果用于相应可能路线的电动马达22的角位置对于整个可能路线的所有时间索引满足第一转向系统位置方程(方程4)、第二转向系统位置方程(方程5)和第三转向系统位置方程(方程6)中的每一者，则计算装置40将相应可能路线识别为系统兼容路线。然而，如果用于相应可能路线的电动马达22的角位置对于整个相应可能路线的时间索引中的至少一者不能满足第一转向系统位置方程(方程4)、第二转向系统位置方程(方程5)和第三转向系统位置方程(方程6)中的每一者，则计算装置40不将相应路线识别为系统兼容路线。
如果计算装置40不能将可能路线识别中的至少一者识别为系统兼容路线，即，没有系统兼容路线，则计算装置40可以发出请求车辆维护的通知。发出没有可能路线是系统兼容路线的通知的步骤通常由图2中的框 108指示。计算装置40可以通过合适的方式发出通知，所述方式诸如但不限于警告灯闪烁、向车辆的乘员显示消息、将通信传输到远程位置等。另外，当没有可能路线被识别为系统兼容路线时，计算装置40可以自动将车辆停放在合适位置，或者将对车辆的控制转移到操作人员。
一旦计算装置40识别出系统兼容路线，计算装置40就可以选择所识别的系统兼容路线中的一者，并将系统兼容路线中的选定路线指定为有效路线。选择有效路线的步骤通常由图2中的框110指示。计算装置40可以基于至少一个预定义选择标准来从所识别的系统兼容路线中选择有效路线。所述选择标准可以包括但不限于从相应系统兼容路线可获得的车辆的估计最高燃料经济性、从相应系统兼容路线可获得的最短相应路线距离、从相应系统兼容路线可获得的最短路线行驶时间以及沿相应系统兼容路线横穿的优选道路类型中的至少一者。应当明白，对有效路线的选择可以基于多个选择标准，并且可以对不同选择标准的重要性进行加权以使一个标准优于另一个标准。
一旦选择了有效路线，计算装置40就可以控制车辆的电动助力转向系统20以沿有效路线操纵车辆。沿有效路线操纵车辆的步骤通常由图2 中的框112指示。应当明白，计算装置40还可以控制其他车辆系统以沿有效路线移动车辆，所述车辆系统包括但不限于动力传动系统、制动系统、导航系统等。计算装置40控制电动助力转向系统20以沿有效路线移动车辆的方式为本领域技术人员所理解，与本发明的教导无关，因此本文不再详细描述。
可以实施上述方法以选择电动助力转向系统20能够执行的有效路线。当车辆沿选定的有效路线行驶时，可以实施附加步骤以监控电动助力转向系统20的状态，并且如果需要则采取校正动作。
参考图3，当有效路线被指定或者由路径规划模块42即时产生时，所述方法还可以包括计算装置40将用于电动马达22的每个绕组的绕组计数器设定为零。例如，在本文所述的示例性实施例中，在电动马达22包括第一绕组28和第二绕组30的情况下，计算装置40将第一绕组计数器设定为零并将第二绕组计数器设定为零。另外，计算装置40将系统级故障计数器设定为零。将绕组计数器和系统级故障计数器设定为零的步骤通常由图3中的框130指示。第一绕组计数器、第二绕组计数器和系统级故障计数器是存储在计算装置40的存储器52中的计数器，即值。第一绕组计数器、第二绕组计数器和系统级故障计数器中的每一者可以如下所述递增，以跟踪电动助力转向系统20的状况。虽然本文描述的示例性实施例描述了第一绕组计数器和第二绕组计数器，但是应当明白，如果电动助力转向系统20的电动马达22包括多于示例性的两个绕组，则计算装置40将跟踪相应数量的绕组计数器。例如，如果电动马达22被配置为包括三个绕组，则计算装置40将存储并跟踪三个绕组计数器，即，用于电动马达22 的每个绕组的相应绕组计数器。
对于沿有效路线操纵车辆时的每个增量时间索引(k)，计算装置40 确定电动马达的每个相应绕组的扭矩极限。计算电动马达的每个相应绕组的扭矩极限的步骤通常由图3中的框132指示。因此，计算装置40计算电动马达22的第一绕组28的扭矩极限和电动马达22的第二绕组30的扭矩极限。例如，可以从上述方程1或2计算每个相应绕组的扭矩极限。
对于每个增量时间索引(k)，计算装置40然后控制电动助力转向系统 20，使得从每个绕组输出的扭矩小于在框132中计算的其相应扭矩极限。控制电动助力转向系统20的步骤通常由图3中的框133指示。应当明白，计算装置40控制电动助力转向系统遵循有效路线。有效路线可以包括兼容路线中的选定路线，或者可以替代地包括即时产生的路线。
为了将动力转向系统20控制在相应绕组的计算的扭矩极限内，计算装置40可以通过合适的方式计算绕组中的每一者的电流或输出扭矩。例如，绕组中的每一者的电流或输出扭矩可以根据扭矩方程T＝KI来计算，其中T是来自绕组的电流扭矩，K是等效DC马达的马达常数，并且I是等效DC马达的马达电流。替代地，可以使用一个或多个传感器和相关算法来测量和/或感测绕组中的每一者的电流或输出扭矩。电动马达22的每个绕组的电流或输出扭矩可以通过本文未具体描述的一些其他方式来计算和/或确定。
当来自第一绕组28的相应时间索引(k)处的当前可用扭矩在第一绕组28的预定扭矩余量内时，计算装置40将第一绕组计数器递增值1。预定义扭矩余量可以包括每个相应绕组的扭矩限制的值、系数、百分比或范围。扭矩余量建立具有略小于总扭矩限制的下端和等于总扭矩限制的上端的范围。扭矩余量可以考虑当前扭矩的绝对值，或者可以分别包括正扭矩值和负扭矩值的正范围和负范围。类似地，当来自第二绕组30的相应时间索引(k)处的当前可用扭矩在第二绕组30的预定义扭矩余量内时，计算装置40将第二绕组计数器递增值1。计算装置40针对每次发生将第一绕组计数器和第二绕组计数器递增，其中来自相应绕组的相应时间索引(k) 处的当前可用扭矩在相应绕组的预定义扭矩余量内。将绕组计数器递增的步骤通常由图3中的框134指示。
计算装置40然后将第一绕组计数器与扭矩计数器阈值进行比较以确定第一绕组计数器是否等于或小于扭矩计数器阈值，或者第一绕组计数器是否大于扭矩计数器阈值。类似地，计算装置40将第二绕组计数器与扭矩计数器阈值进行比较以确定第二绕组计数器是否等于或小于扭矩计数器阈值，或者第二绕组计数器是否大于扭矩计数器阈值。确定相应绕组计数器是否大于扭矩计数器阈值的步骤通常由图3中的框136指示。当第一绕组计数器或第二绕组计数器大于扭矩计数器阈值(通常在138处指示) 时，计算装置40可以由于来自能源26的弱电压或低电压或电动助力转向系统20中的电阻增加而发出请求车辆维护的通知。由于电压低或电阻增加而发出车辆维护的通知的步骤通常由图3中的框140指示。计算装置40 可以通过合适的方式发出通知，所述方式诸如但不限于警告灯闪烁、向车辆的乘员显示消息、将通信传输到远程位置等。另外，当第一绕组时计数器或第二绕组计数器大于扭矩计数器阈值时，计算装置40可以使用劣化的能力策略控制电动助力转向系统20，自动将车辆停放在合适的位置，或者可以将对车辆的控制转移到操作人员。
当来自电动马达22的当前扭矩接近总扭矩限制时，指示电动马达22 接近其扭矩容量，并且进一步劣化可能阻止电动马达22能够提供用于沿有效路线操纵车辆的所需扭矩。其中电动马达22的绕组中的一者的当前扭矩在扭矩余量内的发生次数经由它们相应的绕组计数器来跟踪以识别哪个绕组可能有故障。随着每个相应绕组计数器的值增加，绕组故障的可能性增加。扭矩计数器阈值被设定为指示可能有故障的水平。
另外，当车辆沿有效路线操纵时，计算装置40确定电动马达22在当前时间索引(k)处的当前角位置。计算电动马达22沿有效路线的当前角位置的步骤通常由图3中的框142指示。当电动马达22在当前时间索引 (k)处的当前角位置在电动助力转向系统20的位置极限的预定义位置余量内时，计算装置40将系统级故障计数器递增值1。将系统级故障计数器递增的步骤通常由图3中的框144指示。可以使用上述第一转向系统位置方程(方程4)、第二转向位置方程(方程5)和第三转向系统位置方程(方程6)来定义或计算电动助力转向系统20在时间索引(k+1)处的位置极限。计算装置40使用从时间索引(k)处的位置极限可获得的信息计算电动助力转向系统20在时间索引(k+1)处的位置极限。位置余量可以包括位置极限的值、系数、百分比或范围。位置余量建立具有略小于位置极限的下端和等于位置极限的上端的范围。位置余量可以包括分别用于正位置值和负位置值的正范围和负范围。正位置值可以与顺时针转向输入或逆时针转向输入相关联，而负位置值可以与顺时针转向输入和逆时针转向输入中的另一者相关联。当电动马达22在相应时间索引(k)处的当前角位置在位置极限的预定义位置余量内时，计算装置40将系统级故障计数器递增值1。计算装置40针对每次发生将系统级故障计数器递增，其中电动马达22在相应时间索引(k)处的当前角位置在预定义位置余量内。
然后，计算装置40可以将系统级故障计数器与系统级故障计数器阈值进行比较，以确定系统级故障计数器是否等于或小于系统级故障计数器阈值，或者系统级故障计数器是否大于系统级故障计数器阈值。确定系统级故障计数器是否大于系统级故障计数器阈值的步骤通常由图3中的框 146指示。当系统级故障计数器大于系统级故障计数器阈值时(通常在148 处指示)，计算装置40可以由于转向系统的机械部件中的摩擦和/或阻力增加、马达功率电路中的电阻增加或弱电源(例如，弱电池)而发出请求车辆维护的通知。由于转向系统的机械部件中的阻力增加而发出通知的步骤通常由图3中的框150指示。计算装置40可以通过合适的方式发出通知，所述方式诸如但不限于警告灯闪烁、向车辆的乘员显示消息、将通信传输到远程位置等。另外，当系统级故障计数器大于系统级计数器阈值时，计算装置40可以使用劣化的能力策略控制电动助力转向系统20，自动将车辆停放在合适的位置，或者可以将对车辆的控制转移到操作人员。
当电动马达22在时间索引(k)处的当前角位置接近位置极限时，指示电动马达22接近其行程极限，并且进一步劣化可能阻止电动马达22能够提供用于沿有效路线操纵车辆的所需移动。经由系统级故障计数器跟踪电动马达22的当前角位置在位置余量内的发生次数。随着系统级故障计数器的值增加，电动助力转向系统20中的故障的可能性增加。系统级故障计数器阈值被设定为指示可能有故障的级别。
另外，从第一转向系统位置方程(方程4)、第二转向系统位置方程(方程5)和第三转向系统位置方程(方程6)计算的结果可以被传送到计算装置40的路径规划模块42，并且用于基于由这些转向位置方程的结果建立的电动助力转向系统20的限制而对下一个时间间隔(k+1)“即时”规划未来路线。为此，路径规划模块42可以基于电动助力转向系统20的当前操作能力来规划未来路线和/或车辆操纵。将从转向系统位置方程计算的结果传送到路径规划模块的步骤通常由图3中的框152指示。
详述和图式或图支持并且描述本发明，但是本发明的范围仅仅是由权利要求书定义。虽然已详细描述了用于执行本教导的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求中定义的本发明的各种替代设计和实施例。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：转向系统