基于觀測器的車輛ECAS傳感器故障診斷研究.pdf

1、電控空氣懸架（ECAS）系統(tǒng)基于電子控制單元ECU，實時采集懸架系統(tǒng)周圍安裝的傳感器信息，經(jīng)控制器處理并輸出控制信號至執(zhí)行機構(gòu)，能有效地控制懸架狀態(tài)以滿足車輛的行駛性能需求。然而，車輛行駛工況復(fù)雜多變，路面及發(fā)動機引起的車輛振動對空氣懸架電控系統(tǒng)部件可靠性影響極大，其中傳感器是系統(tǒng)中最易發(fā)生故障的部件。傳感器輸出信號不準確甚至完全無信號，將導(dǎo)致控制器對車輛行駛狀態(tài)估計誤判，從而影響空氣懸架系統(tǒng)性能。因此，面向功能安全、性能可靠的ECAS

2、系統(tǒng)，本課題針對傳感器故障診斷展開相關(guān)研究。
　　結(jié)合車輛動力學(xué)與氣體熱力學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)理論，建立含傳感器故障的ECAS系統(tǒng)動力學(xué)模型。將路面干擾和簧下質(zhì)量的振動視為施加在懸架動行程上的隨機干擾，建立空氣懸架系統(tǒng)動力學(xué)的降階模型。同時，將空氣彈簧的充放氣過程視為變質(zhì)量熱力學(xué)過程，采用熱力學(xué)第一定律，建立其開口充放氣變質(zhì)量模型。分析ECAS系統(tǒng)中車身高度、加速度及氣壓等傳感器故障特征，通過傳感器故障情況分類，建立不同故障條件下ECAS

3、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
　　針對1/4車輛ECAS傳感器故障，研究故障的檢測與隔離方法。設(shè)計故障檢測觀測器組，結(jié)合傳感器實時測量值計算獲得空氣懸架系統(tǒng)狀態(tài)輸出殘差，在此基礎(chǔ)上設(shè)計故障檢測指標，選取最優(yōu)閾值方法設(shè)計檢測閾值以實現(xiàn)故障的檢測。進一步地，利用故障檢測指標制定故障隔離指標，結(jié)合最優(yōu)閾值以實現(xiàn)對ECAS傳感器故障的診斷。
　　針對強非線性的車輛ECAS系統(tǒng)，其動態(tài)調(diào)節(jié)時受到路面激勵擾動，在卡爾曼濾波理論基礎(chǔ)上，提出基于容積卡

4、爾曼濾波器算法（CKF）設(shè)計觀測器。選取四種典型傳感器故障情況，進行傳感器故障診斷仿真與試驗。對比分析了擴展卡爾曼濾波器算法（EKF）、強跟蹤卡爾曼濾波器算法（STF）和容積卡爾曼濾波器算法（CKF）三種方法在故障診斷中的性能，結(jié)果表明，三種方法均能實現(xiàn)傳感器故障的診斷，從整體響應(yīng)指標看，CKF的診斷效果最優(yōu)。
　　針對整車ECAS系統(tǒng)模型的線性化誤差和參數(shù)不確定性誤差，提出基于自適應(yīng)閾值的車輛ECAS傳感器故障診斷方法。通過建立