汽车线控转向系统故障诊断方法研究

论文摘要

随着汽车工业与电子工业的不断发展,越来越多的线控类技术正在取代汽车传统的机械装置。汽车线控转向（Steer-by-wire）系统由于取消了转向盘和转向轮之间的机械连接装置,彻底摆脱了传统转向系统所固有的弊端,便于和其他系统集成、统一协调控制。但是线控转向系统含有许多电子元件,其可靠性低于传统的机械系统,为了满足汽车的可靠性与安全性的要求,SBW系统必须采用容错控制技术。动态系统的故障诊断技术是容错控制技术的重要支柱技术之一,是保证汽车可靠性和安全性的基础。本文详细介绍了汽车SBW传感器和电机的故障诊断方法。由于SBW的数学模型比较容易得到,因此选择了基于系统数学模型的诊断方法。针对SBW传感器的故障诊断,利用状态估计的解析冗余,构造残差向量,不同的传感器故障会体现在残差向量不同的方向之上,从而实现各传感器故障的检测和分离。状态估计算法采用了一种自适应卡尔曼滤波算法（AKF）,克服了常规卡尔曼滤波器,在应用于参数时变性较强的SBW系统时的缺陷。对于SBW电机的故障诊断,采用了AKF参数估计的方法,对电机的性能参数（电枢线圈内阻、电感等）进行实时监测,一旦这些性能参数超出正常范围,则可以判断电机发生了故障。最后用Matlab/simulink建立了SBW故障诊断系统的模型,对本文提出的传感器和电机的故障诊断方法,进行了仿真验证。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 线控转向系统（steer-by-wire—SBW）简介
• 1.1.1 SBW系统的研究意义
• 1.1.2 SBW系统的国内外发展历程及现状
• 1.2 控制系统的故障检测与诊断技术概述
• 1.2.1 故障分类
• 1.2.2 故障诊断的任务
• 1.2.3 故障诊断系统的性能指标
• 1.2.4 控制系统故障诊断的一般方法
• 1.3 论文工作内容
• 1.3.1 SBW故障诊断技术研究的主要内容
• 1.3.2 SBW故障诊断技术研究的意义
• 1.3.3 课题采用的技术路线
• 第二章 线控转向系统故障诊断分析
• 2.1 线控转向系统结构组成及工作原理分析
• 2.1.1 线控转向系统结构组成
• 2.1.2 线控转向系统的工作原理
• 2.1.3 线控转向系统的性能特点
• 2.2 线控转向系统故障分析
• 2.2.1 SBW系统电机故障分析
• 2.2.2 SBW系统传感器故障分析
• 2.3 SBW系统故障诊断分析
• 2.3.1 SBW电机故障诊断分析
• 2.3.2 SBW传感器故障诊断分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 SBW系统传感器和电机在线故障诊断策略
• 3.1 自适应卡尔曼滤波器简介
• 3.1.1 常规离散卡尔曼滤波器简介
• 3.1.2 KF的发散问题
• 3.1.3 防止KF滤波发散的主要方法
• 3.1.4 一种自适应卡尔曼滤波器算法
• 3.2 基于AKF的SBW传感器和电机的故障诊断策略
• 3.2.1 SBW传感器故障诊断策略
• 3.2.2 基于AKF参数估计的SBW电机故障诊断策略
• 3.2.3 传感器诊断与电机诊断的优先级
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于Matlab/simulink的故障诊断系统仿真
• 4.1 SBW传感器故障诊断仿真
• 4.1.1 无故障和有故障时转向器小齿轮转角仿真曲线
• 4.1.2 传感器故障诊断逻辑仿真验证
• 4.2 SBW电机故障诊断仿真
• 4.2.1 无故障时电阻估计仿真曲线
• 4.2.2 故障时电阻估计仿真曲线
• 4.3 本章小结
• 第五章 论文总结及展望
• 5.1 论文研究内容总结
• 5.2 论文研究展望
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢