考虑侧风干扰的ESC系统执行器故障诊断

发布时间：2020-09-24 16:00

　　汽车安全性是指汽车在行驶中避免事故且保障行人和乘员安全的性能,一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。在道路交通事故中,汽车本身的安全性能是不可忽视的因素。汽车安全性能好,往往可以避免事故的发生或减少伤亡的程度。车辆稳定控制系统(ESC)是一种主动安全系统,它可以有效地提高车辆运行的稳定性,防止侧滑及甩尾等情况的发生,在一定程度上保证了人的安全。当ESC系统出现故障,车辆稳定性很难保证,如果不及时诊断出故障就会造成严重的后果。因此近年来ESC系统的故障诊断成为人们研究的重点。本文研究受国家重点研发项目——电动汽车智能辅助驾驶技术研发及产业化项目(项目号2016YFB0101102)资金的支持。首先,为实现车辆故障诊断并考虑后续的容错控制,本文在七自由度车辆模型的基础上引入执行器故障和侧风干扰,考虑到目前通用的车辆稳定控制的分层算法,本文选择车辆所受的纵向合力、侧向合力和横摆合力矩作为系统的虚拟输入。为略去容错控制中复杂的下层力矩分配,本文将描述液压执行器故障的信息的轮胎力引入七自由度车辆模型。通过对车辆的气动力学分析,将侧风产生的气动阻力、侧向力和横摆力矩引入七自由度整车模型。其次,本文研究特殊侧风情况下的ESC系统执行器故障诊断,为实现干扰解耦的故障诊断算法设计,通过求取系统的最大可观测空间,选取微分同胚变换方式,实现对系统的变换,得到的子系统可以看作是只受故障和已知输入影响的系统。为获取故障信息,在子系统基础上,本文将故障值作为增广状态建立增广系统。利用李雅普诺夫方法对增广的子系统设计非线性故障诊断观测器,实现单一执行器的故障诊断,利用Matlab/Simulink搭建模型及故障诊断观测器,仿真结果表明,在无故障情况以及执行器发生缓变故障和突变故障情况下,故障诊断算法能够对故障进行检测与隔离。最后,因为针对特殊侧风情况下提出的故障诊断算法在实际工程中应用具有局限性,本文针对一般侧风干扰情况设计ESC系统执行器故障诊断算法。考虑到带有侧风干扰和执行器故障的七自由度整车模型的非线性性质,用于干扰故障同时存在的故障诊断非线性观测器设计方法复杂多样且条件苛刻,本文对模型进行线性化。为实现全状态的线性化,文中采用基于微分几何的反馈线性化方法,即利用微分同胚映射进行坐标变换,引入状态反馈。通过分析发现线性化后的系统中故障与干扰存在耦合。为得到故障信息,本文将故障值作为增广状态建立增广系统。考虑到干扰与故障存在耦合,本文采用H_?鲁棒观测器的设计思想,通过设计观测器增益矩阵,得到能抑制干扰的故障诊断观测器,同时保证了状态估计误差尽快收敛和观测误差渐进收敛,实现单一执行器故障发生时的故障诊断。利用Matlab/Simulink搭建模型及故障诊断观测器,仿真结果表明,在无故障情况以及执行器发生缓变故障和突变故障情况下,故障诊断算法能够对故障进行检测与隔离。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【部分图文】：

示意图,汽车,系统结构,示意图

控制发动机扭矩输出大小，从而保证汽车的稳定性。图 1.2 汽车 ESC 系统结构示意图1.2.3 汽车 ESC 系统工作原理图 1.3 是汽车 ESC 控制描述，ESC 系统控制过程为：ECU 利用方向盘转角传感器、加速传感器监测驾驶者转弯方向和角度，同时监测加速踏板位置以及油门位置，

【参考文献】