基于状态观测器的汽油机电控系统故障诊断方法研究

论文摘要

随着经济的快速发展,我国汽车保有量迅速增加,汽车尾气排放已经成为空气污染物的重要来源之一。为此,我国已经实施了机动车污染物排放国Ⅲ标准（相当于欧Ⅲ标准）,并强制要求安装车载诊断系统（OBD）;而且,排放法规将变得日益严格,制定周期将会缩短。为满足节能减排的要求,发动机管理系统的功能越来越强大,相应地越来越多的传感器和执行器被应用到发动机控制系统中,系统日趋复杂,对各传感器和执行器可靠性的要求也越来越高。因此,内燃机的在线故障诊断技术是当前国内外研究的热点。本文研究了基于状态观测器的汽油机电子控制系统在线故障诊断技术。首先,采用检测滤波器技术（BFDF）对发动机执行器和传感器进行了故障分离与诊断研究,并对检测滤波器进行了鲁棒性设计,引入了未知输入观测器。随后,建立了发动机节气门-转速响应的状态空间模型,并采用I.D.Landau的识别方法辩识了该模型的所有参数。最后,采用未知输入观测器技术设计了电控汽油机的三个传感器:节气门位置传感器（TPS）、进气歧管压力传感器（MAP）和曲轴位置传感器（CPS）的故障诊断策略。在上述三个传感器出现恒增益、恒偏差、值不变、以及随机故障时,输出残差信号明显的偏离了零点。通过判断该值是否超出误差限值来对TPS、MAP的故障进行诊断。模型仿真和实验结果表明该方法是切实有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义与背景
• 1.2 故障诊断方法概述
• 1.2.1 故障诊断的基本概念
• 1.2.2 故障诊断方法分类
• 1.3 发动机故障诊断研究概述
• 1.3.2 车载故障诊断系统
• 1.3.2 基于观测器的故障诊断方法
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 发动机故障检测与分离研究
• 2.1 故障检测滤波器的基本原理
• 2.1.1 系统的描述
• 2.1.2 发动机故障诊断原理
• 2.2 发动机故障可诊断条件
• 2.2.1 故障的可检测性
• 2.2.2 故障输出的可分离性
• 2.3 检测滤波器的设计
• 2.3.1 故障检测滤波器的设计要求
• 2.3.2 特征结构配置方法
• 2.4 故障决策阈值的选取方法
• 2.4.1 利用统计原理选取阈值
• 2.4.2 根据元部件的允差选取阈值
• 2.5 检测滤波器的鲁棒性设计
• 2.5.1 未知输入观测器的原理
• 2.5.2 未知输入观测器的设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 传感器故障诊断建模
• 3.1 建模方法的选择
• 3.2 发动机动力系统模型
• 3.2.1 节气门子系统
• 3.2.2 进气歧管子系统
• 3.2.3 传动系统
• 3.3 模型的离散化
• 3.4 模型的识别
• 第四章 故障诊断实验与仿真研究
• 4.1 模型求解
• 4.1.1 信号的采集
• 4.1.2 状态空间模型的建立
• 4.1.3 模型的验证
• 4.2 未知输入观测器的设计与仿真
• 4.2.1 未知输入观测器的设计
• 4.2.2 发动机传感器常见故障仿真
• 4.3 本章小节
• 第五章 总结及展望
• 5.1 本文主要研究成果
• 5.2 进一步的研究展望
• 参考文献
• 致谢