CN106956717A - 检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法，主要包括：方向盘转角传感器、马达旋转位置解角器及中央控制单元，通过中央控制单元读取方向盘转角传感器的方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置解角器算出方向盘角度估测值，比较方向盘转动角度讯号的实际值与方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于容许误差值，如大于该容许误差值则利用方向盘角度估测值替代已失效的方向盘转动角度讯号作为该中央控制单元进行后续控制使用，以维持驾驶者的操作手感。

Description

检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法

技术领域

本发明涉及车辆电动助力转向系统，特别是涉及一种检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法。

背景技术

目前汽车制造商多会于汽车方向盘安装方向盘转角传感器(steering angle sensor,SAS)，用来量测驾驶者转动方向盘的角度及角速度，该方向盘转角传感器除了用来获得驾驶者转动方向盘角度的信息外，进一步将信息提供至中央控制单元，以作为车辆转向系统及转向作动的参考信息。

汽车的方向盘角度传感器一般安装在转向柱管的转向轴上，当驾驶员转动方向盘带动转向轴转动时，方向盘角度传感器感测到转向轴转动的方向以及转动的角度，作为电动助力转向系统(Electric Power Steering,EPS)中的中央控制单元(Electronic Control Unit，ECU)的输入信号之一，ECU根据输入的转矩和车速信号通过合理运算获得所需助力的大小和方向，并向电动机发送控制信号，电动机根据控制信号输出相应的转矩，并经由减速机构和齿轮齿条传递到转向横拉杆，完成助力转向。

EPS的中央控制单元(ECU)获取到这些信息之后，通过计算后判断汽车可正常安全行驶和驾驶者操纵汽车转向意图的转矩差距，然后，由ECU发出指令，调整电动机的辅助力，从而修正汽车驾驶人转向所需施力的轻重程度，提升汽车的行驶安全。

而EPS必须设置方向盘转角传感器，方向盘转角传感器用于将方向盘转角转换为一个可以代表驾驶员期望的行驶方向的信号，EPS通过计算方向盘转角的大小和转角变化速率来识别驾驶员的操作意图，但是当方向盘转角传感器突然发生损坏，ESP的中央控制单元将无法确定驾驶员的操作汽车的转向方向，而影响驾驶员操作方向盘的手感。

参阅美国专利号US8849498B2、US20080039996A1、CN100519301C，其主要技术是比较马达旋转方向和方向盘转向角度方向是否一致，若为一致则表示方向盘角度讯号正常，若不一致，则再比较马达旋转方向和方向盘扭矩方向是否一致，若为一致则回到最上层再重新步骤流程，若不一致则判定方向盘转向角度讯号失效，并将失效信息分享至其它控制模块。

前述公开专利技术，虽然可以做到检测方向盘转向角度讯号是否正常或失效，但检测的方式不论是比较马达旋转方向和方向盘转向角度方向是否一致，或比较马达旋转方向和方向盘扭矩方向是否一致，都是采用方向作为判定方向，然而仅依靠方向作为判定基准，因变量过多并无法达到精确判定，容易造成判定失误，且前述公开技术仅揭露如何判定方向盘转向角度讯号失效，并无可以替代方向盘转向角度讯号的技术手段，因此当方向盘转动角度讯号突然失效时会造成控制系统无法使用角度讯号而丧失其它功能，以及影响驾驶员操作方向盘的操作手感。

以及日本专利JP2014054890，其主要是利用方向盘转向转角、车辆横摆率、横向加速度这三种讯号判断角度传感器是否异常，若传感器显示异常，则在不同车速下，通过方向盘扭矩与角度讯号是否对应在所设定的合理范围值内，并进行错误次数的计数，当错误次数达到预设的计数设定值，则判定方向盘角度讯号失效。

前述公开专利技术，同样是揭露检测方向盘转向角度讯号是否正常或失效，但缺点是必需增加传感器(车辆横摆率、横向加速度)，除提高成本外，并且在一般的车辆电动助力转向系统中，车辆横摆及横向加速度等传感器的信息通常是由外部讯号取得，在车辆行驶过程这两种讯号实际上无法取得，导致无法达到检测目的，除此之外前述公开技术同样仅揭露如何判定方向盘转向角度讯号失效，并无可以替代方向盘转向角度讯号的技术手段，因此当方向盘转动角度讯号突然失效时会造成控制系统无法使用角度讯号而丧失其它功能，以及影响驾驶员操作方向盘的操作手感。

因此，如何改善当方向盘转动角度讯号失效时，不会连带造成控制系统无法使用方向盘转动角度讯号而丧失其它功能，以及影响驾驶员操作方向盘的操作手感即为本发明首要研发课题。

发明内容

本发明提供一种检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法，其主要目的是当方向盘转动角度讯号失效时，通过方向盘角度估测值作为替代讯号送至中央控制单元，避免因突然丧失该方向盘转动角度讯号而影响方向盘的操作手感。

本发明提供一种检测方向盘转角传感器故障之系统及其方法，其次要目的是读取方向盘转角传感器的方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置解角器算出方向盘角度估测值。

为达前述目的，本发明提供的检测方向盘转角传感器故障的系统及其方法，主要包括：方向盘转角传感器、马达旋转位置解角器及中央控制单元，通过该中央控制单元读取该方向盘转角传感器的方向盘转动角度讯号的初始值，并利用该马达旋转位置解角器算出方向盘角度估测值，比较方向盘转动角度讯号的实际值与该方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于容许误差值，如大于该容许误差值则利用该方向盘角度估测值替代已失效的方向盘转动角度讯号作为该中央控制单元进行后续控制使用，以维持驾驶者的操作手感。

附图说明

图1为本发明的车辆电动助力转向系统结构示意图。

图2为本发明的检测方向盘转角传感器故障的系统方块图。

图3为本发明的检测方向盘转角传感器故障的方法流程图。

图4为本发明的一种马达旋转位置讯号变化图。

图5为本发明的另一种马达旋转位置讯号变化图。

图6为本发明的方向盘角度估测值与方向盘转动角度讯号的实际值的关系曲线图。

附图中符号标记说明：

1为方向盘；2为轮胎；10为方向盘转角传感器；20为中央控制单元；30为扭矩传感器；40为车速传感器；50为马达；60为马达旋转位置解角器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明公开一种检测方向盘转角传感器故障的系统，该系统包括：

方向盘转角传感器10，与车辆的方向盘1连结，用以取得方向盘转动角度讯号并传送至中央控制单元20；

扭矩传感器30，与方向盘转角传感器10连结，用以侦侧方向盘转动的输入轴与轴出轴间的相对位移讯号并传送至中央控制单元20；

车速传感器40，用以接受车速讯号并传送至中央控制单元20；

马达50，通过减速机构3、车辆横拉杆4与轮胎2连接，接受中央控制单元20所输出的控制电流并提供平滑转向的辅助动力给予横拉杆4带动轮胎2转向；

马达旋转位置解角器60，输出马达旋转位置讯号至中央控制单元20用以控制该马达50；以及

中央控制单元20，读取方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置讯号计算出方向盘角度估测值。

于本发明的实施例，中央控制单元20检测方向盘转角传感器10的方向盘转动角度讯号是否异常，如方向盘转动角度讯号检测为正常者，中央控制单元20便读取方向盘转动角度讯号的初始值，以及马达旋转位置解角器60的马达旋转位置讯号，计算出方向盘角度估测值；

因此当方向盘转动角度讯号失效时，可通过该方向盘角度估测值作为替代讯号送至中央控制单元20，令中央控制单元20作为辅助补偿逻辑的计算，避免因突然丧失该方向盘转动角度讯号而影响方向盘的操作手感。

其中，方向盘角度估测值是由以下计算式得知：

上述计算式各参数的定义：θ：马达旋转位置解角器的讯号；θ_delay：马达旋转位置解角器延迟取样时间的讯号；θ_init：马达旋转位置解角器的初值；θ_add：马达旋转位置解角器的变化量；P：位置解角器转一圈(360度)的数值(ex:count＝3*4095)；Sr：线角传动比；L：螺杆导程；Gr：皮带轮减速比；r：总减速比；angle_init：方向盘转角传感器的初值；angle_est：方向盘角度估测值；

于本发明第一实施例，如图4所示，显示马达旋转位置讯号θ_init变化至θ(递增的情况，表示方向盘为正转)，经过两次溢位i＝2，代入符合i>0的计算式，计算马达旋转位置解角器的变化量θ_add。

另，于本发明第二实施例，如图5所示，显示马达旋转位置讯号θ_init变化至θ(递减的情况，表示方向盘为逆转)，经过两次溢位i＝-2，代入符合i<0的计算式，即可计算马达旋转位置解角器的变化量θ_add。

以及，参阅图6所示，显示方向盘角度估测值与方向盘转动角度讯号的实际值经上述计算式所得到的关系曲线图。依据图6，显示出方向盘角度估测值为3112，方向盘转动角度讯号的实际值为2997，如将其换算成两者间角度值的差异仅约5度左右(3112-2997＝115，115*180/4095＝5.054)，由此可知方向盘角度估测值与方向盘转动角度讯号的实际值之间的差异十分微小，因此当该方向盘转动角度讯号失效时，确实可通过该方向盘角度估测值作为替代讯号送至该中央控制单元20，令该中央控制单元20以作为辅助补偿逻辑的计算，避免因突然丧失该方向盘转动角度讯号而影响方向盘的操作手感。

再如图2、3所示，本发明的一种检测方向盘转角传感器故障的方法，其步骤为：

S1、检测方向盘转动角度讯号是否异常，如检测结果异常直接进入S7步骤，反之如检测结果正常则进入S2步骤；

S2、读取该方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置讯号计算出方向盘角度估测值；

S3、比较方向盘转动角度讯号的实际值与该方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于容许误差值(于本发明实施例，该容许误差值为预设以±10度内为最佳值)，如小于该容许误差值则进入S6步骤，如大于该容许误差值，则进入S4步骤；

S4、角度失效模式，进入角度失效模式表示所述方向盘转角传感器的方向盘转动角度讯号失效，进入S5步骤；以及

S5、利用该方向盘角度估测值作为该方向盘转动角度讯号的替代讯号，避免在驾驶过程因该方向盘转动角度讯号失去讯号而影响方向盘的操作手感；

S6、一般模式，进入一般模式是表示判断出该方向盘转动角度讯号的实际值与该方向盘角度估测值两者间的误差值小于该容许误差值，继续使用该方向盘转动角度讯号的实际值；

S7、方向盘转动角度讯号异常，是表示该方向盘转动角度讯号在起始侦测时即出现异常，因此当进入此步骤时，车辆无法启动，避免在驾驶过程因该方向盘转动角度讯号异常影响行驶安全。

换言之，本发明最主要的技术手段是通过方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置讯号计算出方向盘角度估测值，并比较方向盘转动角度讯号的实际值与方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于预设的容许误差值(±10度内)，如小于则表示方向盘转动角度讯号正常，反之若大于±10度，则否则表示方向盘转动角度为讯号失效，下一步将方向盘角度估测值替代已失效的方向盘转动角度讯号，以前述实施例中方向盘角度估测值angle_est不论在递增(方向盘正转)或是递减(方向盘逆转)，并参考表三计算出方向盘角度估测值与方向盘转动角度讯号的实际值之间的差异十分微小，因此利用该方向盘角度估测值为该方向盘转动角度讯号的替代讯号给予中央控制单元20确实可以作为辅助补偿逻辑的计算，避免因突然丧失该方向盘转动角度讯号而影响方向盘的操作手感。

由此，本发明相较公知技术具有下列优点：

一、本发明使用来监控方向盘转角原有的马达旋转位置解角器，属于在一般的车辆电动助力转向系统中为控制马达就必须使用的传感器，并无额外增加传感器成本的问题。

二、所计算出的方向盘角度估测值与方向盘转动角度讯号的实际值差异十分微小，显示本发明的方向盘角度估测值确实有一定精确度，因此当方向盘转动角度讯号因此当号失效时，可以用来替代方向盘转动角度讯使用，避免部分功能丧失的可能，且尽可能维持驾驶者的手感。

综上所述，上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测方向盘转角传感器故障的系统，用于车辆电动助力转向系统中，其特征在于，所述检测方向盘转角传感器故障的系统包括：

方向盘转角传感器，用以取得方向盘转动角度讯号并传送至中央控制单元；

马达，用以接受所述中央控制单元所输出的控制电流并提供平滑转向的助动力给予横拉杆带动车辆转向；以及

马达旋转位置解角器，输出马达旋转位置讯号至所述中央控制单元，并用以控制所述马达；

其中，所述中央控制单元读取所述方向盘转动角度讯号的初始值，并利用所述马达旋转位置讯号计算出方向盘角度估测值，并比较方向盘转动角度讯号的实际值与所述方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于容许误差值，如大于者，则表示所述方向盘转动角度讯号失效，则通过所述方向盘角度估测值作为替代讯号送至所述中央控制单元。

2.根据权利要求1所述的检测方向盘转角传感器故障的系统，其特征在于，所述方向盘角度估测值为所述方向盘转角传感器的初始值加上所述马达旋转位置解角器的变化量。

3.根据权利要求2所述的检测方向盘转角传感器故障的系统，其特征在于，当马达旋转位置讯号呈现递增的情况，所述马达旋转位置解角器的变化量由以下计算式得知：

θ_add＝[(4095-θ_init)+(i-1)*4095+θ]/r/p；

θ_add：马达旋转位置解角器的变化量；

θ：马达旋转位置解角器讯号；

θ_init：马达旋转位置解角器的初始值；

r：总减速比；

P：马达旋转位置解角器旋转一圈(360度)的数值。

4.根据权利要求2所述的检测方向盘转角传感器故障的系统，其特征在于，当马达旋转位置讯号呈现递减的情况，所述马达旋转位置解角器的变化量由以下计算式得知：

θ_add＝[(0-θ_init)+(i+1)*4095+(θ-4095)]/r/p；

θ_add：马达旋转位置解角器的变化量；

θ：马达旋转位置解角器讯号；

θ_init：马达旋转位置解角器的初始值；

r：总减速比；

P：马达旋转位置解角器旋转一圈(360度)的数值。

5.根据权利要求1所述的检测方向盘转角传感器故障的系统，其特征在于，所述容许误差值以±10度内为最佳值。

6.根据权利要求1所述的检测方向盘转角传感器故障的系统，其特征在于，所述检测方向盘转角传感器故障的系统还包括扭矩传感器及车速传感器，所述扭矩传感器用以侦测方向盘转动的输入轴与轴出轴间的相对位移讯号并传送至所述中央控制单元；所述车速传感器用以接收车速讯号并传送至所述中央控制单元。

7.一种检测方向盘转角传感器故障的方法，其特征在于，所述检测方向盘转角传感器故障的方法的步骤为：

S1、检测方向盘转动角度讯号是否异常，如检测结果正常则进入S2步骤；

S2、读取所述方向盘转动角度讯号的初始值，并利用马达旋转位置讯号计算出方向盘角度估测值；

S3、比较所述方向盘转动角度讯号的实际值与所述方向盘角度估测值两者间的误差值是否小于容许误差值，如大于所述容许误差值，则进入S4步骤；

S4、角度失效模式，进入角度失效模式表示所述方向盘转角传感器的方向盘转动角度讯号失效，进入S5步骤；以及

S5、利用所述方向盘角度估测值作为所述方向盘转动角度讯号的替代讯号。

8.根据权利要求7所述的检测方向盘转角传感器故障的方法，其特征在于，在S3步骤中，若判断所述方向盘转动角度讯号的实际值与所述方向盘角度估测值两者间的误差值小于所述容许误差值时，进入S6步骤：一般模式，进入一般模式是判断所述方向盘转动角度讯号的实际值与所述方向盘角度估测值两者间的误差值小于所述容许误差值，继续使用所述方向盘转动角度讯号的实际值。

9.根据权利要求7所述的检测方向盘转角传感器故障的方法，在S1步骤中，若检测所述方向盘转动角度讯号为异常，进入S7步骤：所述方向盘转动角度讯号异常，表示所述方向盘转动角度讯号在起始侦测时即出现异常，因此当进入此步骤时，是显示车辆异常提醒驾驶人，避免在驾驶过程因所述方向盘转动角度讯号异常影响行驶安全。

10.根据权利要求7所述的检测方向盘转角传感器故障的方法，其特征在于，所述容许误差值以±10度内为最佳值。