基于解析冗余的esp故障诊断与容错控制

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1、——————————————————————基于解析冗余的ESP故障诊断与容错控制——————————————————————ResearchonFaultDiagnosisandFault-TolerantControlofESPBasedonAnalyticalRedundancy作者姓名：施继龙专业名称：车辆工程指导教师：刘明树教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要基于解析冗余的ESP故障诊断与容错控制汽车电子稳定程序(ESP)建立在汽车防抱死系统(ABS)和汽车驱动力控制系统(TCS)的基础

2、上，能够提高汽车的操纵稳定性，属于汽车主动安全。它由多个采集必要信号的传感器、计算决策的电子控制单元和实施制动的执行器组成。电子控制单元的决策依赖于传感器输出的信号，一旦传感器发生故障，电子单元将收到错误的信号并做出错误的指令，反而使故障的ESP系统严重影响汽车的行驶安全。因此，传感器在线监视系统也是汽车ESP系统的基本组成结构之一，以便及早诊断故障采取对策，避免危险的发生。传感器故障一经诊断出来，汽车ESP系统就失效以避免错误干预，这是早期的汽车ESP系统容错的思想。如今，在诊断出传感器故障后继续挖掘ESP系统剩余

3、的可利用空间的容错控制是热门的研究方向之一。本文关注汽车ESP系统信号的解析冗余关系，将其用于ESP系统的故障诊断和容错控制。为此，本文使用MATLAB/SIMULINK和Carsim软件建立了完整的汽车ESP系统模型，包括电子机械制动器(EMB)执行器模型，整车动力学模型和ESP控制策略模型。EMB执行器模型和ESP控制策略模型根据其自身工作原理的数学表达式在SIMULINK中完成模块的搭建。整车动力学模型则应用了Carsim软件，主要是整车性能参数的设定，定义与SIMULINK联合仿真的接口。通过几种工况的仿真验

4、证整车ESP系统模型的仿真效果。在整车ESP系统模型的基础上研究了汽车ESP系统中关于横摆角速度传感器、侧向加速度传感器和方向盘转角传感器信号的解析冗余，考虑它们的有效性条件，并用模型仿真检验了这些解析冗余模型的可靠性。在建立解析冗余表达式时对汽车的运动和姿态做了合理的简化和假设，对各个解析冗余模型的有效性定义了阈值。在典型工况的仿真实验中，各个冗余模型都有较好的表现。进而在解析冗余模型的基础上提出了一则计算残差信号和确定动态阈值的方法，主要是对解析冗余模型信号进行合理的处理，综合考虑汽车行驶中的不确定因素、故障过程

5、的敏感性和对抗误报的鲁棒性。仿真实现了对汽车ESP系统中横摆角速度传感器、侧向加速度传感器I和方向盘角度传感器的故障诊断。在诊断确定某一传感器故障后，致力于从有效的解析冗余模型中构建估计补偿信号代替已经故障并隔离的传感器信号，实现对汽车ESP系统容错控制。这里的重点在于利用对传感器应有的正常信号的有效估计方法。另外，当估计得到的补偿信号不可靠或无法计算补偿信号时使ESP系统失效，确定了ESP故障后进行容错控制和完全失效之间的边界。仿真得到了较为理想的容错效果，并用数据图片和动画截图展示了两则仿真结果。关键词：汽车ES

6、P系统，传感器，解析冗余，故障诊断，容错控制IIABSTRACTResearchonFaultDiagnosisandFault-TolerantControlofESPBasedonAnalyticalRedundancyAutomotiveElectronicStabilityProgram(ESP)basedonAnti-lockBrakingSystem(ABS)andtheTractionControlSystem(TCS),canimprovethehandlingandstabilityofvehicl

7、e,whichbelongstotheautomobileactivesafety.Itconsistsofthesensorstocollectnecessarysignals,theelectroniccontrolunit(ECU)tocalculateandactuatorstoapplythebrakewhichtheECUwants.ThedecisionofECUdependsonthesignalsfromthesensors.Onceasensorfails,theECUwillreceiveane

8、rrorsignalandmakethewronginstruction,whichmakesESPseriouslythreatthesecurityofautomobile.Therefore,oneofthebasicstructureofthesensorsison-linemonitoringsystemforearlyfaultdi