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原文传递基于功能安全分析的集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制

论文题名：	基于功能安全分析的集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制
关键词：	汽车集成式电控制动系统;传感器;故障诊断;容错控制;功能安全分析
摘要：	近些年，在社会的高速发展和汽车电动化、智能化的背景下，对于车辆的安全性需要更加重视。集成式电控制动系统以其高度集成的结构与功能，更适应汽车发展的趋势，同时搭配冗余制动单元可以实现制动功能的冗余，满足高级自动驾驶系统的需求，在车辆行驶安全中扮演着越来越重要的角色，因此集成式电控制动系统的功能安全更应该得到保证。在ISO26262功能安全标准发布之后，功能安全的概念在汽车安全方面的研究中逐渐普及，因此按照功能安全的方法对集成式电控制动系统进行功能安全分析，对传感器进行故障诊断与容错控制，利用冗余制动单元实现制动功能的失效备份，对于车辆行驶安全有着较大意义。　　本文以校企合作项目“IBC集成式制动控制算法开发”为基础，以集成式电控制动系统为研究对象，依据功能安全标准进行功能安全分析，对传感器进行故障诊断与容错控制方面的研究。主要研究内容如下：　　（1）集成式电控制动系统功能安全分析。依据ISO26262功能安全标准，对集成式电控制动系统进行功能安全方面的分析，首先进行相关项定义，然后进行危害分析与风险评估，根据危害事件的严重度、暴露概率和可控性确定汽车安全完整性等级并得到安全目标，进而根据功能安全概念从安全目标中得出功能安全要求，之后利用故障树分析将功能安全要求分配给传感器，得到对传感器的功能安全要求。　　（2）集成式电控制动系统控制策略与冗余制动单元压力控制策略研究。第一部分首先进行整车制动功能的算法设计，包括基础制动功能和减速度控制功能，然后完成执行层的压力控制算法设计，包括前馈加反馈的压力环控制器和基于伺服三闭环的永磁同步电机的位置控制，最后对执行层压力控制策略进行验证，结果表明控制效果较好。第二部分先进行了冗余制动单元关键元件电磁阀的特性分析与测试，然后基于其结果设计了阀特性前馈加PI反馈的增压与减压控制算法，最后对冗余制动单元压力控制策略进行验证，结果表明冗余制动单元的压力控制能够满足制动功能备份的需求。　　（3）集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制。主要对于传感器可能发生的故障设计故障诊断方法以及检测到故障后的容错处理方法，首先对传感器故障进行分析与建模，然后利用硬件冗余实现踏板位移传感器的故障诊断并在故障后进行输出信号的切换以实现故障容错；对电机电流传感器设计了基于坐标变换的故障诊断方法，并实现了单相电流传感器故障后信号的容错补偿；对电机转角传感器，采用了扩展卡尔曼滤波算法进行转角估计，并利用残差卡方检验实现故障诊断，然后对转角估计和故障诊断算法进行了仿真验证，结果表明算法能够成功检测到故障发生。最后确定了集成式电控制动系统的故障状态以及不同状态下的故障容错方案。　　（4）集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制测试验证。利用故障注入测试对集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制方法进行验证，首先搭建集成式电控制动系统和冗余制动单元联合的硬件在环试验平台，然后确定故障注入方案以及故障注入测试用例，最后分别对基础制动功能以及减速度控制功能进行踏板位移传感器以及电机电流传感器的故障注入测试，结果表明所设计的故障诊断算法均能成功检测到故障，并且后续的故障容错方法也能够有效运行，包括利用冗余进行故障信号的切换、故障信号的容错补偿以及利用冗余制动单元进行制动。实现集成式电控制动系统功能的失效可运行，使车辆保持在安全状态，满足第二章的对于传感器的功能安全要求。
作者：	康宇
专业：	车辆工程
导师：	赵健
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022