檢測方向盤轉角傳感器故障的系統及其方法與流程

2023-08-10 06:19:01

本發明涉及車輛電動助力轉向系統，特別是涉及一種檢測方向盤轉角傳感器故障的系統及其方法。

背景技術：

目前汽車製造商多會於汽車方向盤安裝方向盤轉角傳感器(steeringanglesensor,sas)，用來量測駕駛者轉動方向盤的角度及角速度，該方向盤轉角傳感器除了用來獲得駕駛者轉動方向盤角度的信息外，進一步將信息提供至中央控制單元，以作為車輛轉向系統及轉向作動的參考信息。

汽車的方向盤角度傳感器一般安裝在轉向柱管的轉向軸上，當駕駛員轉動方向盤帶動轉向軸轉動時，方向盤角度傳感器感測到轉向軸轉動的方向以及轉動的角度，作為電動助力轉向系統(electricpowersteering,eps)中的中央控制單元(electroniccontrolunit，ecu)的輸入信號之一，ecu根據輸入的轉矩和車速信號通過合理運算獲得所需助力的大小和方向，並向電動機發送控制信號，電動機根據控制信號輸出相應的轉矩，並經由減速機構和齒輪齒條傳遞到轉向橫拉杆，完成助力轉向。

eps的中央控制單元(ecu)獲取到這些信息之後，通過計算後判斷汽車可正常安全行駛和駕駛者操縱汽車轉向意圖的轉矩差距，然後，由ecu發出指令，調整電動機的輔助力，從而修正汽車駕駛人轉向所需施力的輕重程度，提升汽車的行駛安全。

而eps必須設置方向盤轉角傳感器，方向盤轉角傳感器用於將方向盤轉角轉換為一個可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號，eps通過計算方向盤轉角的大小和轉角變化速率來識別駕駛員的操作意圖，但是當方向盤轉角傳感器突然發生損壞，esp的中央控制單元將無法確定駕駛員的操作汽車的轉向方向，而影響駕駛員操作方向盤的手感。

參閱美國專利號us8849498b2、us20080039996a1、cn100519301c，其主要技術是比較馬達旋轉方向和方向盤轉向角度方向是否一致，若為一致則表示方向盤角度訊號正常，若不一致，則再比較馬達旋轉方向和方向盤扭矩方向是否一致，若為一致則回到最上層再重新步驟流程，若不一致則判定方向盤轉向角度訊號失效，並將失效信息分享至其它控制模塊。

前述公開專利技術，雖然可以做到檢測方向盤轉向角度訊號是否正常或失效，但檢測的方式不論是比較馬達旋轉方向和方向盤轉向角度方向是否一致，或比較馬達旋轉方向和方向 盤扭矩方向是否一致，都是採用方向作為判定方向，然而僅依靠方向作為判定基準，因變量過多並無法達到精確判定，容易造成判定失誤，且前述公開技術僅揭露如何判定方向盤轉向角度訊號失效，並無可以替代方向盤轉向角度訊號的技術手段，因此當方向盤轉動角度訊號突然失效時會造成控制系統無法使用角度訊號而喪失其它功能，以及影響駕駛員操作方向盤的操作手感。

以及日本專利jp2014054890，其主要是利用方向盤轉向轉角、車輛橫擺率、橫向加速度這三種訊號判斷角度傳感器是否異常，若傳感器顯示異常，則在不同車速下，通過方向盤扭矩與角度訊號是否對應在所設定的合理範圍值內，並進行錯誤次數的計數，當錯誤次數達到預設的計數設定值，則判定方向盤角度訊號失效。

前述公開專利技術，同樣是揭露檢測方向盤轉向角度訊號是否正常或失效，但缺點是必需增加傳感器(車輛橫擺率、橫向加速度)，除提高成本外，並且在一般的車輛電動助力轉向系統中，車輛橫擺及橫向加速度等傳感器的信息通常是由外部訊號取得，在車輛行駛過程這兩種訊號實際上無法取得，導致無法達到檢測目的，除此之外前述公開技術同樣僅揭露如何判定方向盤轉向角度訊號失效，並無可以替代方向盤轉向角度訊號的技術手段，因此當方向盤轉動角度訊號突然失效時會造成控制系統無法使用角度訊號而喪失其它功能，以及影響駕駛員操作方向盤的操作手感。

因此，如何改善當方向盤轉動角度訊號失效時，不會連帶造成控制系統無法使用方向盤轉動角度訊號而喪失其它功能，以及影響駕駛員操作方向盤的操作手感即為本發明首要研發課題。

技術實現要素：

本發明提供一種檢測方向盤轉角傳感器故障的系統及其方法，其主要目的是當方向盤轉動角度訊號失效時，通過方向盤角度估測值作為替代訊號送至中央控制單元，避免因突然喪失該方向盤轉動角度訊號而影響方向盤的操作手感。

本發明提供一種檢測方向盤轉角傳感器故障之系統及其方法，其次要目的是讀取方向盤轉角傳感器的方向盤轉動角度訊號的初始值，並利用馬達旋轉位置解角器算出方向盤角度估測值。

為達前述目的，本發明提供的檢測方向盤轉角傳感器故障的系統及其方法，主要包括：方向盤轉角傳感器、馬達旋轉位置解角器及中央控制單元，通過該中央控制單元讀取該方向盤轉角傳感器的方向盤轉動角度訊號的初始值，並利用該馬達旋轉位置解角器算出方向盤角 度估測值，比較方向盤轉動角度訊號的實際值與該方向盤角度估測值兩者間的誤差值是否小於容許誤差值，如大於該容許誤差值則利用該方向盤角度估測值替代已失效的方向盤轉動角度訊號作為該中央控制單元進行後續控制使用，以維持駕駛者的操作手感。

附圖說明

圖1為本發明的車輛電動助力轉向系統結構示意圖。

圖2為本發明的檢測方向盤轉角傳感器故障的系統方塊圖。

圖3為本發明的檢測方向盤轉角傳感器故障的方法流程圖。

圖4為本發明的一種馬達旋轉位置訊號變化圖。

圖5為本發明的另一種馬達旋轉位置訊號變化圖。

圖6為本發明的方向盤角度估測值與方向盤轉動角度訊號的實際值的關係曲線圖。

附圖中符號標記說明：

1為方向盤；2為輪胎；10為方向盤轉角傳感器；20為中央控制單元；30為扭矩傳感器；40為車速傳感器；50為馬達；60為馬達旋轉位置解角器。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1所示，本發明公開一種檢測方向盤轉角傳感器故障的系統，該系統包括：

方向盤轉角傳感器10，與車輛的方向盤1連結，用以取得方向盤轉動角度訊號並傳送至中央控制單元20；

扭矩傳感器30，與方向盤轉角傳感器10連結，用以偵側方向盤轉動的輸入軸與軸出軸間的相對位移訊號並傳送至中央控制單元20；

車速傳感器40，用以接受車速訊號並傳送至中央控制單元20；

馬達50，通過減速機構3、車輛橫拉杆4與輪胎2連接，接受中央控制單元20所輸出的控制電流並提供平滑轉向的輔助動力給予橫拉杆4帶動輪胎2轉向；

馬達旋轉位置解角器60，輸出馬達旋轉位置訊號至中央控制單元20用以控制該馬達50；以及

中央控制單元20，讀取方向盤轉動角度訊號的初始值，並利用馬達旋轉位置訊號計算出 方向盤角度估測值。

於本發明的實施例，中央控制單元20檢測方向盤轉角傳感器10的方向盤轉動角度訊號是否異常，如方向盤轉動角度訊號檢測為正常者，中央控制單元20便讀取方向盤轉動角度訊號的初始值，以及馬達旋轉位置解角器60的馬達旋轉位置訊號，計算出方向盤角度估測值；

因此當方向盤轉動角度訊號失效時，可通過該方向盤角度估測值作為替代訊號送至中央控制單元20，令中央控制單元20作為輔助補償邏輯的計算，避免因突然喪失該方向盤轉動角度訊號而影響方向盤的操作手感。

其中，方向盤角度估測值是由以下計算式得知：

上述計算式各參數的定義：θ：馬達旋轉位置解角器的訊號；θ_delay：馬達旋轉位置解角器延遲取樣時間的訊號；θ_init：馬達旋轉位置解角器的初值；θ_add：馬達旋轉位置解角器的變化量；p：位置解角器轉一圈(360度)的數值(ex:count＝3*4095)；sr：線角傳動比；l：螺杆導程；gr：皮帶輪減速比；r：總減速比；angle_init：方向盤轉角傳感器的初值；angle_est：方向盤角度估測值；

於本發明第一實施例，如圖4所示，顯示馬達旋轉位置訊號θ_init變化至θ(遞增的情況，表示方向盤為正轉)，經過兩次溢位i＝2，代入符合i>0的計算式，計算馬達旋轉位置解角器的變化量θ_add。

另，於本發明第二實施例，如圖5所示，顯示馬達旋轉位置訊號θ_init變化至θ(遞減的情況，表示方向盤為逆轉)，經過兩次溢位i＝-2，代入符合i<0的計算式，即可計算馬達旋轉 位置解角器的變化量θ_add。

以及，參閱圖6所示，顯示方向盤角度估測值與方向盤轉動角度訊號的實際值經上述計算式所得到的關係曲線圖。依據圖6，顯示出方向盤角度估測值為3112，方向盤轉動角度訊號的實際值為2997，如將其換算成兩者間角度值的差異僅約5度左右(3112-2997＝115，115*180/4095＝5.054)，由此可知方向盤角度估測值與方向盤轉動角度訊號的實際值之間的差異十分微小，因此當該方向盤轉動角度訊號失效時，確實可通過該方向盤角度估測值作為替代訊號送至該中央控制單元20，令該中央控制單元20以作為輔助補償邏輯的計算，避免因突然喪失該方向盤轉動角度訊號而影響方向盤的操作手感。

再如圖2、3所示，本發明的一種檢測方向盤轉角傳感器故障的方法，其步驟為：

s1、檢測方向盤轉動角度訊號是否異常，如檢測結果異常直接進入s7步驟，反之如檢測結果正常則進入s2步驟；

s2、讀取該方向盤轉動角度訊號的初始值，並利用馬達旋轉位置訊號計算出方向盤角度估測值；

s3、比較方向盤轉動角度訊號的實際值與該方向盤角度估測值兩者間的誤差值是否小於容許誤差值(於本發明實施例，該容許誤差值為預設以±10度內為最佳值)，如小於該容許誤差值則進入s6步驟，如大於該容許誤差值，則進入s4步驟；

s4、角度失效模式，進入角度失效模式表示所述方向盤轉角傳感器的方向盤轉動角度訊號失效，進入s5步驟；以及

s5、利用該方向盤角度估測值作為該方向盤轉動角度訊號的替代訊號，避免在駕駛過程因該方向盤轉動角度訊號失去訊號而影響方向盤的操作手感；

s6、一般模式，進入一般模式是表示判斷出該方向盤轉動角度訊號的實際值與該方向盤角度估測值兩者間的誤差值小於該容許誤差值，繼續使用該方向盤轉動角度訊號的實際值；

s7、方向盤轉動角度訊號異常，是表示該方向盤轉動角度訊號在起始偵測時即出現異常，因此當進入此步驟時，車輛無法啟動，避免在駕駛過程因該方向盤轉動角度訊號異常影響行駛安全。

換言之，本發明最主要的技術手段是通過方向盤轉動角度訊號的初始值，並利用馬達旋轉位置訊號計算出方向盤角度估測值，並比較方向盤轉動角度訊號的實際值與方向盤角度估測值兩者間的誤差值是否小於預設的容許誤差值(±10度內)，如小於則表示方向盤轉動角度訊號正常，反之若大於±10度，則否則表示方向盤轉動角度為訊號失效，下一步將方向盤角度估測值替代已失效的方向盤轉動角度訊號，以前述實施例中方向盤角度估測值angle_est不 論在遞增(方向盤正轉)或是遞減(方向盤逆轉)，並參考表三計算出方向盤角度估測值與方向盤轉動角度訊號的實際值之間的差異十分微小，因此利用該方向盤角度估測值為該方向盤轉動角度訊號的替代訊號給予中央控制單元20確實可以作為輔助補償邏輯的計算，避免因突然喪失該方向盤轉動角度訊號而影響方向盤的操作手感。

由此，本發明相較公知技術具有下列優點：

一、本發明使用來監控方向盤轉角原有的馬達旋轉位置解角器，屬於在一般的車輛電動助力轉向系統中為控制馬達就必須使用的傳感器，並無額外增加傳感器成本的問題。

二、所計算出的方向盤角度估測值與方向盤轉動角度訊號的實際值差異十分微小，顯示本發明的方向盤角度估測值確實有一定精確度，因此當方向盤轉動角度訊號因此當號失效時，可以用來替代方向盤轉動角度訊使用，避免部分功能喪失的可能，且儘可能維持駕駛者的手感。

綜上所述，上述各實施例及附圖僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，皆應包含在本發明的保護範圍內。