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CN114375271B - 用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法 - Google Patents

用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法 Download PDF

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CN114375271B CN202080064334.9A CN202080064334A CN114375271B CN 114375271 B CN114375271 B CN 114375271B CN 202080064334 A CN202080064334 A CN 202080064334A CN 114375271 B CN114375271 B CN 114375271B
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Abstract

本发明的主题是一种用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法,包括:‑步骤(S1),自动确定连续施加的第一系列校正方向盘角度,以迫使车辆遵循平行于交通车道的第一直线部分的路径行驶;‑步骤(S2),根据第一系列的校正方向盘角度自动检测影响车辆的一对转向车轮的故障的存在;并且可选地:‑步骤(S3),估计与检测到的故障相关的故障类型,步骤(S4),识别受故障影响的所述对车轮的转向车轮;以及‑步骤(S5),生成警告消息以引起机动车辆的驾驶员的注意,所述消息包括估计的故障类型和被识别为具有故障的车轮。

Description

用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法
技术领域
本发明总体涉及与机动车辆的车轮相关的故障的检测,更具体地,涉及允许在车辆驾驶情况下检测这种故障的方法。
如稍后将出现的,与车轮相关的故障被理解为与车轮或其轴的状态相关的任何故障。
背景技术
众所周知,机动车辆的车轮中的故障,比如轮胎定位或漏气中的故障,可能是轮胎过早磨损的原因,而且还会在驾驶车辆的阶段期间引起与稳定性或控制以及转向系统磨损相关的问题。与车轮相关的故障也可能是机动车辆过度消耗燃料的原因。
此外,越来越多的机动车辆配备有部分自动化系统或高级驾驶员辅助系统,特别是代替驾驶员执行车辆侧向控制的系统。特别地,已知所谓的交通车道保持或引导系统,其使得可以确定交通车道,特别是通过检测地面上的标记线,然后作用于机动车辆的转向系统,以允许其遵循根据交通车道的路径。在实践中,对于将车辆保持在其交通车道上的功能,这种系统实时估计校正方向盘角度,其被应用以使车辆能够遵循平行于交通车道的预定路径。因此,应当理解,车轮定位或轮胎漏气故障会在稳定性、安全性和行为方面对这些辅助系统在车辆侧向控制中的性能产生负面影响。
然而,这种故障通常仅在机动车辆的维护检查期间被检测和纠正。因此,定位程序是汽车维护中的标准程序,在此过程中,将机动车辆放置在配备有专用设备的检查台或平台上,使得可以检测任何定位故障,通常通过精确测量车轮定位中涉及的不同角度,特别是:
-外倾角,对应于车轮倾斜与竖直方向形成的角度,
-外前束/内前束角,对应于车轮方向和车辆纵向轴线之间的差异,
-以及主销后倾角,对应于从侧面看时在车轮的竖直轴线和枢转轴线之间形成的角度,也就是说在纵向方向上测量。
然后调整这些角度,使车辆的车轮相互平行并垂直于路面。
从前述可知,需要能够在车辆的驾驶阶段期间尽可能快地检测与车轮相关的故障的存在,以便警告驾驶员需要快速执行维护操作。
文献US2013/0253767公开了一种方法和系统,用于通过使用安装在机动车辆上的侧向控制辅助系统来自诊断与车辆相关的可能故障,并且用于相应地警告驾驶员。更具体地,侧向控制辅助系统通常包括路径生成器和转向控制器,路径生成器能够生成车辆的期望路径,使得车辆保持在交通车道中,转向控制器能够向转向构件提供转向校正以遵循期望路径。该系统还包括用于预测车辆主动遵循的路径的路径预测器和对由转向校正产生的车辆的预期路径进行建模的虚拟动力学模块。如果预测路径和预期路径显示出反映可能故障的太大差异,则诊断系统被激活以识别可能故障的原因是否与环境条件(例如强风)、转向系统的部件中的机械故障(例如与车轮或角度传感器的定位相关的故障)或者与用于检测交通车道的传感器的定位相关的故障相关。然而,在该系统中,不可能精确地确定车辆的一对转向车轮的两个左轮或右轮中的哪一个实际上有故障,也不可能指定故障的类型是与轮胎漏气有关还是与车轮定位故障有关。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的局限性。
更具体地,本发明的主题是一种用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法,包括:
-第一步骤,自动确定在基本直线交通车道的第一部分上驾驶所述机动车辆的第一时间窗口期间连续应用的第一系列校正方向盘角度,应用所述校正方向盘角度使得所述车辆遵循平行于所述第一交通车道部分的路径;
-步骤,根据第一系列的校正方向盘角度自动检测影响机动车辆的一对转向车轮的故障的存在;并且可选地,
-步骤,估计与已经检测到其存在的故障相关的故障类型;
-步骤,识别受所述故障影响的所述对车轮的转向车轮;以及
-步骤,生成警告消息以引起机动车辆的驾驶员的注意,所述消息包括估计的故障类型和被识别为具有故障的车轮。
根据特定实施例:
-自动检测步骤可以包括步骤,计算第一系列的校正方向盘角度的平均值和标准偏差;
-然后可以根据在自动检测步骤中计算的平均值的符号来识别受所述故障影响的转向车轮;
-估计故障类型的步骤优选包括步骤,计算所述第一系列的校正方向盘角度的时间导数,基于时间导数的平均值相对于零的比较来估计故障类型;
-在另一可能实施例中,该方法在自动检测步骤检测到存在故障之后包括第二步骤,自动确定在曲线轮廓的第二交通车道部分上驾驶所述机动车辆的第二时间窗口期间连续应用的第二系列校正方向盘角度,所述校正方向盘角度被应用以使所述车辆遵循平行于所述第二交通车道部分的路径,以及步骤,计算第二系列的校正方向盘角度的平均值;
-然后根据对第二系列的校正角度计算的平均值的符号来识别受所述故障影响的转向车轮;
-估计故障类型的步骤可以包括步骤,计算所述第二系列的校正方向盘角度的时间导数,基于所述时间导数相对于零的比较来估计故障类型;
-在另一实施例中,该方法可以还包括去激活车载驾驶员辅助系统的步骤,所述车载驾驶员辅助系统能够在所述车载驾驶员辅助系统的激活阶段期间命令机动车辆的路径的侧向控制;
-所述去激活是例如基于所估计的故障类型来触发的;
-在所述车载驾驶员辅助系统的激活阶段期间,由所述车载驾驶员辅助系统优选传递所应用的校正方向盘角度。
附图说明
考虑到下面参考附图给出的描述,将更好地理解本发明,其中:
-图1示出了根据本发明的用于检测与车辆车轮相关的故障的方法的可能实施方式的机动车辆车载系统的功能框图;
-图2示出了车轮有故障的机动车辆所遵循的路径的示例;
-图3示出了根据本发明的检测方法的第一实施例可以实施的步骤;
-图4示出了根据本发明的检测方法的另一实施例可以实施的步骤。
具体实施方式
现在将具体参照图1描述根据本发明的用于检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法的可能实施方式模式,图1示出了在机动车辆1的非限制背景下的功能框图,机动车辆1装备有能够命令机动车辆路径的侧向控制的驾驶员辅助系统2。
为了将机动车辆1保持在它所占据的交通车道上,侧向控制驾驶员辅助系统2通常具有一个或多个传感器20,其检测将使得可以确定该交通车道的某些特征,比如交通车道的宽度、其相对于车辆的定向以及其曲率,以便估计和遵循交通车道的模型(通常是通过遵循交通车道的中心形成的路径)。所使用的传感器例如是相机、激光雷达传感器、雷达或者虚拟传感器,或者更一般地是能够检测地面上的标记线的任何类型的传感器。虚拟传感器的示例是软件,该软件将读取由车辆的其他传感器获取的数据,该软件将在此基础上确定诸如其他汽车或安全围栏的物体的位置,并且将由此推断出交通车道相对于车辆的位置。根据由一个或多个传感器20传递的信息,侧向控制系统2的电子模块21估计地面上的标记线,在使用能够检测地面上的标记线的多个传感器的情况下,可能通过数据融合。系统2还具有在参考标记22下分组的一定量的信息,比如机动车辆1的速度和/或加速度,以及由车载导航系统比如GPS系统和/或车载高清地图提供的车辆位置。基于所有这些信息,电子侧向控制模块23产生并向用于控制机动车辆1的转向柱的系统3传输要应用的校正方向盘角度,使得机动车辆1自动遵循平行于交通车道的路径,通常是该交通车道的中心线。系统3然后直接将角度校正应用于它接收的方向盘。换句话说,控制车辆转向车轮的车辆方向盘根据其接收的校正角度值自动转动。
本发明的原理基于的事实在于,与机动车辆的转向车轮相关的故障的主要症状是车辆将倾向于向右或向左漂移。当机动车辆在直线道路部分上驾驶时,这种漂移更加明显。在这些条件下,侧向控制辅助系统2在被激活时将检测这些漂移,并因此产生比转向车轮没有故障的车辆应该产生的更多的校正方向盘角度。这在图2中示意性地示出,图2示出了在直线交通车道部分6上驾驶的机动车辆1的多个连续位置。在该图中注意到,机动车辆1向右漂移两次(如实线箭头所示),而它应该跟随该直线交通车道部分6的中心7。在这种情况下,电子侧向控制模块23将在每次检测到漂移时传递校正方向盘角度,使得机动车辆1能够重新回到道路部分的中心(如虚线中的两个箭头所示)。
根据本发明的用于检测与机动车辆的转向车轮相关的故障的方法是基于对校正方向盘角度的分析,这将使得不仅可以在车辆处于驾驶情况下自动检测故障的存在,而且可以估计故障类型并识别两个左或右转向车轮中的哪一个受故障影响,如将在后面详细描述。
图3示出了根据本发明第一可能实施例的用于检测与机动车辆1的一对转向车轮的右轮和/或左轮相关的故障的方法的步骤。
该方法的第一步骤S1包括自动确定第一系列校正方向盘角度,当机动车辆1在第一基本直线交通车道部分上行驶时,在驾驶机动车辆1的第一时间窗口期间连续应用第一系列校正方向盘角度,以迫使机动车辆1遵循平行于该第一交通车道部分的路径。
如前所述,校正角度在这里由电子侧向控制模块23自动确定,因此可被直接传递用于处理至模块4以检测与车轮相关的故障(见图1)。辅助系统2还能够根据由电子模块21传递的信息以及与地图和车辆的速度和/或加速度相关的信息22来识别出当机动车辆在直线道路部分上时该第一系列的校正方向盘角度被很好地确定。触发步骤S1之前的条件可以是验证机动车辆1正在基本直线道路部分上驾驶,例如通过验证道路的曲率半径没有超过某个曲率阈值,并且该道路部分将保持足够长的直线以使得可以收集一系列校正角度。例如,为了给出具体的概念,如果车辆以小于50km/h的速度移动,道路部分必须在约200米上是基本直线的,或者如果车辆以50到100km/h之间的速度移动则在约400米上,以便能够在约15秒的时间窗口内观察校正方向盘角度和校正频率的变化。
然后,第一系列的校正方向盘角度由模块4处理,用于在步骤S2期间检测与车轮相关的故障,以便自动检测影响机动车辆的一对转向车轮的故障的存在。为此,在步骤S20期间,模块4可以计算与第一系列校正方向盘角度相关的平均值和标准偏差。如果{SW_angle1,SW_angle2,...SW_angleN}用于表示第一系列中包含的一组n个校正方向盘角度值,然后根据以下关系确定平均值和标准偏差σ:
通过将平均值和标准偏差σ的线性组合与辅助系统2的已知不确定度ε进行比较来自动检测故障的存在。例如,如图1的步骤S21所示,如果满足以下关系,则故障检测模块4自动检测到故障的存在:
反映了校正方向盘角度平均偏离值大于系统的已知不确定度的事实。
如果在这一阶段没有检测到故障,可以在以后的日期,例如一周以后,对步骤S1和S2的自动迭代进行重新编程。
否则,该方法继续进行步骤S3,估计与已经在步骤S2中检测到其存在的故障相关的故障类型,并且继续进行步骤S4,识别受该故障影响的一对车轮中的转向车轮。应该注意的是,在这个阶段,虽然步骤S4在图3中被示为在步骤S3之后,但两个步骤S3和S4的顺序可以颠倒。这些步骤S3、S4也可以替代地并行进行。
为了进行到估计故障类型的步骤S3,故障检测模块4通过例如在计算步骤S30期间根据以下关系计算第一系列的校正方向盘角度在每个时刻的时间导数dSWi来分析在步骤S1中确定的校正方向盘角度的变化率:
dSW={dSW1,dSW2,...dSWN-1}
然后,可以基于时间导数dSWi的平均相对于零的比较(步骤S31)来估计故障类型。更准确地,如果时间导数dSWi的平均/>等于零(对应于第一系列的校正方向盘角度的恒定变化率),则故障检测模块4推断故障类型是转向车轮之一的轮胎漏气(在步骤S31中执行的测试的左分支)。否则,故障检测模块4推断出故障类型涉及定位问题,更准确地说,涉及转向车轮之一的负外倾角(车轮向车辆倾斜)(在步骤S31中执行的测试的右分支)。
就其本身而言,根据在自动检测的步骤S2中计算的平均的符号来识别受故障影响的转向车轮。更准确地,如果平均/>的符号为正,则受故障影响的车轮是左转向车轮(在步骤S41中执行的测试的右分支)。相反,如果平均/>的符号为正,则受故障影响的车轮是右转向车轮(在步骤S41中执行的测试的左分支)。
在步骤S3和S4结束时,检测模块4可以生成警告消息(步骤S5)以引起机动车辆驾驶员的注意,该消息有利地包括估计的故障类型和被识别为具有故障的车轮。该消息被发送用于在位于机动车辆1的乘客车厢中的用户界面5上的声音和/或视觉广播(见图1)。
模块4还可以根据检测到的故障类型决定去激活侧向控制辅助系统2,如图1中虚线命令所示。特别地,如果故障类型是转向车轮之一的轮胎漏气,则可能希望去激活由侧向控制提供的功能,因为轮胎漏气会伪造系统2使用的传感器20的校准,并因此伪造自动路径控制。另一方面,与负外倾角相关的故障对侧向控制辅助系统2的性能影响较小,从而在这种情况下没有必要去激活系统2。作为变型,一旦检测到与车轮相关的故障的存在,系统2的侧向控制可被去激活。
图4示出了根据本发明第二可能实施例的用于检测与机动车辆1的一对转向车轮的右轮和/或左轮相关的故障的方法的步骤。
该方法开始于与参考图3描述的步骤相同的步骤S1和S2,即使故障检测模块4能够从机动车辆1在第一基本直线交通车道部分上移动时收集的第一系列校正方向盘角度中检测故障存在的步骤。
然而,图4的方法与图3中描述的方法的不同之处在于,如果在步骤S2结束时,模块4已经检测到故障的存在,则图4的方法包括第二测量循环,其是在机动车辆1在第二弯曲交通车道部分上移动时的该时间执行的,不同于基本直的第一交通车道部分。图4因此示出了在步骤S2之后的新步骤S6,自动确定在驾驶机动车辆1的第二时间窗口期间连续应用的第二系列校正方向盘角度,同时机动车辆1在具有弯曲轮廓的交通车道部分上行驶,校正方向盘角度被应用以使所述车辆遵循平行于该第二弯曲交通车道部分的路径。
如前所述,这里的校正角度由电子侧向控制模块23自动确定,因此可被直接传递用于处理至模块4,以检测与车轮相关的故障(见图1)。辅助系统2还能够从电子模块21的信息和与地图以及车辆的速度和/或加速度相关的信息22中识别出当机动车辆处于道路的弯曲部分时该第二系列的校正方向盘角度被很好地确定。触发步骤S6之前的条件可以是验证机动车辆1行驶的道路部分确实具有弯曲轮廓。例如,可以检查道路该部分的曲率半径是否大于预定曲率阈值,例如设定为1000米,并且道路该部分将保持足够长的弯曲,从而可以收集一系列校正角度。
然后以类似于上述步骤S3和S4的方式确定故障类型和具有故障的车轮的识别,除了由故障检测模块4执行的计算现在使用第二系列的校正方向盘角度。
更具体地,在步骤S7期间,模块4可以计算第二系列的校正方向盘角度的平均。如果{SW_angle1,SW_angle2,...SW_angleP}表示包含在第二系列中的校正方向盘角度的一组p值,则根据以下关系确定平均
该方法继续进行步骤S8,估计与在步骤S2中检测到其存在的故障相关的故障类型,并通过步骤S9识别受该故障影响的一对车轮中的转向车轮。此外这里,尽管步骤S9在图3中被示为步骤S8的后续步骤,但两个步骤S8和S9的顺序可以颠倒。这些步骤S8、S9可以替代地并行执行。
这些步骤S8和S9非常类似于图3的实施例的步骤S3和S4
因此,为了进行到步骤S8以估计故障类型,故障检测模块4通过例如根据以下关系式在计算的步骤S80期间计算在第二系列的校正方向盘角度的每个时刻的时间导数dSWi来分析在步骤S6中确定的校正方向盘角度的变化率:
dSW={dSW1,dSW2,...dSWP-1}
然后可以基于时间导数dSWi的平均相对于零的比较(步骤S81)来估计故障类型。更准确地,如果时间导数dSWi的平均/>等于零(对应于第二系列的校正方向盘角度的恒定变化率),则故障检测模块4推断故障类型是转向车轮之一的轮胎漏气(步骤S81中执行的测试的左分支)。否则,故障检测模块4推断故障类型涉及定位问题,更准确地,涉及转向车轮之一的正外倾角(车轮向车辆外侧倾斜)(步骤S81中执行的测试的右分支)。
就其本身而言,根据在步骤S7中计算的平均的符号来识别受故障影响的转向车轮。更准确地,如果平均/>的符号为正,则受故障影响的车轮是左转向车轮(在步骤S91中执行的测试的右分支)。相反,如果平均/>的符号为正,则受故障影响的车轮是右转向车轮(在步骤S91中执行的测试的左分支)。
如图3的情况,在步骤S8和S9结束时,找到步骤S5,在该步骤S5期间,检测模块4将产生警告消息,以引起机动车辆驾驶员的注意,该消息有利地包括在步骤S8中估计的故障类型,以及在步骤S9中识别为具有故障的车轮,该消息被发送以在位于机动车辆1的乘客车厢中的用户界面5上的声音和/或视觉广播(参见图1)。
一旦检测到故障的存在,或者根据检测到的故障类型,模块4还可以决定去激活侧向控制辅助系统2,如图1中虚线命令所示。特别地,如果故障类型是转向车轮之一的轮胎漏气,则可能希望去激活由侧向控制提供的功能,因为轮胎漏气会伪造系统2使用的传感器20的校准,并因此伪造自动路径控制。
前两种方法已被描述为替代方法,仅包括共同的步骤S1和S2。在未示出的变型中,也可以规定将这两种方法结合起来。例如,在图3所示的方法的步骤S2中的检测之后,可以规定还启动另外的步骤S3和S4,并且一旦机动车辆1在弯曲轮廓的交通车道部分上驾驶,就执行关于图4的方法描述的步骤S6至S9。
在机动车辆1装备有侧向控制辅助系统2的非限制性情况下(图1的情况),已经描述了其步骤在图3和图4中示出的两种方法或它们的组合。在这种情况下的优点是双重的:一方面,通过直接使用用于侧向控制的校正方向盘角度的测量,可以精确地识别在车辆驾驶情况下具有故障的车轮,另一方面,例如根据故障类型或者一旦检测到存在故障,可以决定去激活与侧向控制相关的功能。
然而,本发明的原理甚至可以应用于机动车辆没有配备这种侧向控制辅助系统的情况。在这种情况下,可以规定驾驶员可以在驾驶时例如经由用户界面5有意地进入诊断模式,并且由故障检测模块4使用的校正方向盘角度是由驾驶员直接应用于车辆方向盘以使其车辆重新位于交通车道的直线部分中心上并且由方向盘角度传感器测量的方向盘角度。

Claims (9)

1.一种用于在驾驶情况下检测与机动车辆的车轮相关的故障的方法,包括:
-第一步骤(S1),自动确定在基本直线的第一交通车道部分上驾驶所述机动车辆的第一时间窗口期间连续应用的第一系列的校正方向盘角度,应用所述第一系列的校正方向盘角度使得所述机动车辆遵循平行于所述第一交通车道部分的路径;
-自动检测步骤(S2),根据所述第一系列的校正方向盘角度自动检测影响机动车辆的一对转向车轮的故障的存在;
-估计步骤(S3;S8),估计与已经检测到其存在的故障相关的故障类型;
-步骤(S4;S9),识别受所述故障影响的所述一对转向车轮的转向车轮;
-步骤(S5),生成警告消息以引起机动车辆的驾驶员的注意,所述消息包括估计的故障类型和被识别为具有故障的车轮;
-在自动检测步骤(S2)检测到存在故障之后,包括第二步骤(S6),自动确定在曲线轮廓的第二交通车道部分上驾驶所述机动车辆的第二时间窗口期间连续应用的第二系列的校正方向盘角度,所述第二系列的校正方向盘角度被应用以使所述机动车辆遵循平行于所述第二交通车道部分的路径,以及步骤(S7),计算所述第二系列的校正方向盘角度的平均值。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,自动检测步骤(S2)包括步骤(S20),计算第一系列的校正方向盘角度的平均值和标准偏差。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,根据在自动检测步骤(S2)中计算的平均值的符号来识别(S4)受所述故障影响的转向车轮。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,估计步骤(S3)包括步骤(S30),计算所述第一系列的校正方向盘角度的时间导数,基于时间导数的平均值相对于零的比较(S31)来估计故障类型。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,根据对第二系列的校正角度计算(S7)的平均值的符号来识别(S9)受所述故障影响的转向车轮。
6.如权利要求1和5中任一项所述的方法,其特征在于,估计步骤(S8)包括步骤(S80),计算所述第二系列的校正方向盘角度的时间导数,基于所述时间导数相对于零的比较(S81)来估计故障类型。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括去激活车载驾驶员辅助系统(2)的步骤,所述车载驾驶员辅助系统能够在所述车载驾驶员辅助系统的激活阶段期间命令机动车辆(1)的路径的侧向控制。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述去激活是基于所估计的故障类型来触发的。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述车载驾驶员辅助系统(2)的激活阶段期间,由所述车载驾驶员辅助系统(2)传递所应用的校正方向盘角度。
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