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原文传递集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制研究

论文题名：	集成式电控制动系统传感器故障诊断与容错控制研究
关键词：	汽车电动化;集成式电控制动系统;传感器故障诊断;传感器容错控制;冗余制动单元;故障注入测试
摘要：	汽车智能化与电动化的发展对制动系统提出新的功能需求，在这种发展趋势下，集成式电控制动系统以其高度集成的结构与功能成为制动系统发展的主流。然而，由于高度集成的功能与结构，集成式电控制动系统功能失效概率显著增加，为避免事故发生，就需要确保系统的功能安全。传感器是集成式电控制动系统中重要组成部分，其正常运行是制动系统有效控制的前提，若发生故障，将导致制动系统功能失效，引发潜在危险。因此对集成式电控制动系统开展功能安全分析，设计针对系统传感器的安全机制，对传感器故障诊断与容错控制进行研究，对于车辆行驶安全具有重要意义。　　本文以长沙市科技局“揭榜挂帅”重大科技项目“线控制动系统关键技术研究与产业化”（编号kq2102008）为依托，以搭配冗余制动单元的集成式电控制动系统为研究对象，依据功能安全标准ISO26262进行功能安全分析，研究系统内各主要传感器故障诊断与容错控制方法。本文的主要研究内容如下：　　（1）集成式电控制动系统功能安全分析。针对集成式电控制动系统，依据功能安全标准ISO26262开展功能安全分析，首先给出系统相关项定义，对系统硬件架构、功能定义、工作模式与控制原理进行分析；然后通过暴露度、严重度及可控性评级实现危害分析与风险评估，确定汽车安全完整性等级与安全目标；接着分析系统安全概念，推导出功能安全要求，并分配到各传感器，结合系统硬件分析获得针对传感器的技术安全要求，以此为基础设计传感器的安全机制。　　（2）集成式电控制动系统传感器故障诊断研究。依据传感器安全机制设计传感器故障诊断策略。首先搭建集成式电控制动系统数学模型并进行分析，以此为依据建立传感器故障诊断方法。针对踏板单元中的主缸压力传感器和踏板位移传感器，利用多项式回归算法分析两传感器间的冗余信息，并引入残差评价函数实现传感器故障诊断；对于动力缸压力传感器、电机转角传感器及电流传感器，采用支持向量机回归算法，以系统运行状态作为特征设计预测模型，实现传感器信息实时预测，通过对预测值与测量值的残差分析实现传感器的故障诊断。　　（3）集成式电控制动系统传感器故障容错控制研究。首先对传感器冗余信号的容错能力展开分析，对可以采用冗余信号进行容错的踏板位移传感器、主缸压力传感器及动力缸压力传感器，设计信号切换逻辑。随后，通过改进滑模观测器开关函数、反电动势观测器和锁相环观测器准确获得转子实时信息，实现转角传感器故障容错控制。然后针对电流传感器故障，以故障传感器数量作为传感器故障分类依据设计容错控制机制，针对单相电流传感器故障设计基于坐标变换的容错控制方法实现系统容错控制；针对多相电流传感器故障，在进行冗余制动单元特性分析与测试后，设计压力控制方法，实现基于硬件冗余的系统容错控制。　　（4）集成式电控制动系统故障注入测试试验验证。通过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。首先搭建硬件在环试验台，分析传感器故障表现形式并设计传感器故障注入方案；设计基础助力功能与主动制动功能下传感器故障注入测试用例，对各传感器进行故障注入试验；试验结果表明，所设计的传感器故障诊断策略能够及时诊断传感器的故障状态，并能正确执行容错控制策略，实现传感器故障后制动系统的容错控制，满足制动系统功能安全要求。
作者：	党瑞捷
专业：	车辆工程
导师：	朱冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023