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车辆电控空气悬架系统执行器故障诊断研究
| 论文题名： | 车辆电控空气悬架系统执行器故障诊断研究 |
| 关键词： | 车辆电控空气悬架系统;执行器;故障诊断;容错控制 |
| 摘要： | 随着技术和市场不断发展，近十年电控空气悬架(ElectronicallyControlledAirSuspension,ECAS)系统广泛应用于乘用车与商用车。电控空气悬架利用压缩空气充当弹簧起作用，弹簧刚度和车身高度可以根据汽车实际的行驶工况来进行实时调节。由于道路条件复杂多变以及工作环境恶劣，电控空气悬架系统中的执行器(电磁阀)容易发生故障。当执行器发生故障时，空气悬架系统无法获得满意的控制效果。本文针对电控空气悬架系统进行执行器故障诊断，并在故障发生时对故障进行处置，以此来保证车辆行驶性能需求。本课题针对电控空气悬架系统执行器的故障诊断以及容错控制问题展开相关研究。主要研究工作如下: (1)介绍了电控空气悬架系统的结构以及工作原理，总结国内外空气悬架车高调节、姿态控制、故障诊断以及容错控制的研究现状和发展趋势。 (2)电控空气悬架系统建模与执行器故障分析。基于车辆动力学和空气热力学理论,建立了电控空气悬架系统车高调节数学模型;同时分析执行器(电磁阀)的故障模式和故障原因，并建立执行器故障的数学模型。 (3)电控空气悬架系统车高调节以及姿态控制。为解决电控空气悬架高度调节系统的非线性及迟滞性所引发的“过充”和“过放”问题，设计了PID/PWM控制器以实现车高调节;为改善路面激励以及车高调节对车身姿态的影响，设计了模糊控制器对车身姿态进行控制，并在MATLAB/Simulink环境下进行车高调节与姿态控制的仿真验证，结果表明设计的控制器有效改善了车高调节与姿态控制性能。 (4)电控空气悬架系统执行器故障诊断。针对电控空气悬架系统执行器故障，使用扩展Kalman方法对系统状态进行估计，利用状态估计值与传感器实测值残差作为故障检测指标设计故障检测与隔离方法;分析电控空气悬架系统在不同故障下的系统状态，利用故障下相应的几何关系设计故障检测与隔离指标，进行故障诊断。最后设置不同的故障，对两种故障检测与隔离方法分别进行仿真验证，结果表明两种方法均能实现执行器故障检测与隔离。 (5)电控空气悬架系统执行器容错控制。利用故障诊断结果，进行故障值估计，判断故障的类型，并针对不同的故障类型设计不同的容错控制策略。针对卡死故障采取停止高度控制的措施来防止车身姿态失稳;针对恒增益故障采用控制器参数在线调整的方法,使系统尽快实现控制效果。设置不同的故障，对电控空气悬架系统执行器容错控制策略进行仿真验证，结果表明，容错控制策略改善了车高调节与车身姿态性能。 |
| 作者： | 寇瑞光 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 唐传茵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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