一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感器故障診斷方法，特別涉及一種通過改變工作電流實現(xiàn)阻尼 可調(diào)的半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展以及人們對汽車性能要求的提高，智能化、人性化的主 動控制懸架系統(tǒng)成為汽車底盤研發(fā)的重要發(fā)展方向。阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)作為一種易 于實現(xiàn)的主動控制懸架系統(tǒng)，成為高級轎車先進懸架系統(tǒng)的首選。
[0003] 阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器所測信號進行阻尼系數(shù)的自動調(diào)節(jié)與 改變，實現(xiàn)阻尼值的分級調(diào)節(jié)或無極調(diào)節(jié)，它的核心技術(shù)在于控制策略的開發(fā)與設(shè)計。近些 年各種控制方法已廣泛應(yīng)用在汽車半主動懸架系統(tǒng)之中，如線性最優(yōu)控制方法、μ綜合分析 方法、自適應(yīng)控制方法、模糊控制方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法等。還有一些混合控制方法，如自 適應(yīng)模糊控制方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法等?？傊?，無論采用 上述何種控制算法實現(xiàn)懸架系統(tǒng)的主動控制，目的都是為了提高汽車行駛平順性和操縱穩(wěn) 定性，協(xié)調(diào)兩種性能之間的矛盾。
[0004] 在懸架控制系統(tǒng)實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，隨著使用時間的增加，傳感器會出現(xiàn)參數(shù)不穩(wěn) 定的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)控制的魯棒性。而傳感器一旦發(fā)生故障，都將造成完好無故障情況 下設(shè)計的控制器誤控制，甚至出現(xiàn)控制效果部分或完全喪失，所以必須考慮懸架系統(tǒng)的容 錯控制問題。通常，懸架系統(tǒng)的容錯控制包括故障診斷與故障補償兩個方面，而只有及時、 準(zhǔn)確的診斷出故障傳感器，才可以有效地進行故障補償，確保懸架系統(tǒng)的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，基于殘差理論， 構(gòu)造殘差特征向量，充分考慮不同殘差信號對故障診斷結(jié)果的影響，提高了故障診斷系統(tǒng) 對故障決策的敏感性。通過殘差特征向量與故障特征向量的比較，診斷故障傳感器，易于實 現(xiàn)，穩(wěn)定性高，提高了故障診斷的準(zhǔn)確性，為進一步半主動懸架系統(tǒng)的容錯控制奠定基礎(chǔ)。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，包括如下步驟：
[0008] (1)利用阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中用于檢測控制工作電流的傳感器I，用于檢測 車速的傳感器Π ，用于檢測車身垂向加速度的傳感器m，用于檢測車身俯仰角加速度的傳 感器IV，和用于檢測車身側(cè)傾角加速度的傳感器V，分別得到控制電流測量值δ:、車速測量 值V、車身垂向加速度測量值車身俯仰角加速度測量值多，和車身側(cè)傾角加速度測量值 .. Ψ.
[0009] (2)將車速測量值V、車身垂向加速度測量值f、車身俯仰角加速度測量值#，和車 身側(cè)傾角加速度測量值#傳送至阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的懸架控制器內(nèi)，懸架控制器 依據(jù)各測量值，通過懸架控制算法，得到控制電流計算值S2;
[0010] (3)假設(shè)某一種傳感器出現(xiàn)故障，則基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的狀態(tài)估計 器，由其他未出現(xiàn)故障傳感器對該出現(xiàn)故障傳感器對應(yīng)的響應(yīng)值進行狀態(tài)估計，并利用未 出現(xiàn)故障傳感器的測量值和出現(xiàn)故障傳感器的估計值，通過懸架控制算法，得到阻尼可調(diào) 半主動懸架控制器控制電流計算值4 ;
[0011] (4)基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的殘差生成器，將步驟（1)中得到的控制電流 測量值δι、步驟(2)中得到的控制電流計算值δ 2和步驟(3)中得到的控制電流計算值為進行 兩兩相減，得到相應(yīng)的殘差值;
[0012] (5)基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的殘差特征生成器，將步驟(4)中得到的殘差 值分別與對應(yīng)的殘差門限值I進行比較，判斷殘差值是否超過殘差門限值I，并用數(shù)字表 示，得到殘差特征向量Ci;
[0013] (6)基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的故障診斷器，根據(jù)故障傳感器所具有的殘 差值表現(xiàn)，確定故障特征向量Si，將步驟(5)中得到的殘差特征向量Ci與故障特征向量Si進 行比較，判斷殘差特征向量(^與故障特征向量&是否對應(yīng)，最終診斷出故障傳感器。
[0014] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(2)中的懸架控 制算法為線性最優(yōu)控制算法，步驟(3)中懸架控制算法為線性最優(yōu)控制算法。
[0015] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(3)中狀態(tài)估計 采用卡爾曼濾波算法實現(xiàn)。
[0016] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(5)中的殘差門 限值I由傳感器自身的誤差范圍決定。
[0017] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(3)具體過程為 假設(shè)傳感器m，傳感器IV和傳感器v中的某一種傳感器出現(xiàn)故障，具體為：
[0018] 假設(shè)車身側(cè)傾角加速度傳感器V出現(xiàn)故障，則基于車速測量值V、車身垂向加速度 測量值2、車身俯仰角加速度測量值^得到車身側(cè)傾角加速度的估計值# ,然后由車速測量 值V、車身垂向加速度測量值f、車身俯仰角加速度測量值|和車身側(cè)傾角加速度估計值& 得到阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)的控制電流計算值;
[0019] 假設(shè)車身俯仰角加速度傳感器IV出現(xiàn)故障，則基于車速測量值V、車身垂向加速度 測量值S、車身側(cè)傾角加速度測量值炎得到車身俯仰角加速度的估計值|，然后由車速測 量值V、車身垂向加速度測量值5、車身側(cè)傾角加速度測量值#和車身俯仰角加速度估計值 |得到阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)的控制電流計算值i 2;
[0020] 假設(shè)車身垂向加速度傳感器m出現(xiàn)故障，則基于車速測量值V、車身俯仰角加速度 測量值 >、車身側(cè)傾角加速度測量值尹得到車身垂向加速度的估計值I，然后由車速測量值 v、車身俯仰角加速度測量值I、車身側(cè)傾角加速度測量值#和車身垂向加速度估計值1得 到阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)的控制電流計算值I。：
[0021] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(4)中殘差值 的計算方法為：
[0022] 將控制電流測量值δ 1、控制電流計算值δ 2、控制電流計算值、控制電流計算值 、控制電流計算值為兩兩相減，得到十個殘差值，分別為：
[0023]
[0024]
[0025] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(5)中殘差特征 向量Ci中的確定方法為：
[0026] 當(dāng)殘差值Ii超過殘差門限值I時，Ci = l;當(dāng)殘差值Ii沒有超過殘差門限值I時，Ci = 〇;將十個殘差值Ιι 12 13 14 15 16 17 Is I9 I1Q分別與殘差門限值I進行比較，就可以得到 十個由1或0表示的數(shù)字序列，構(gòu)成殘差特征向量[& C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10]。
[0027] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(6)中故障特征 向量Si的確定方法為：
[0028] 根據(jù)故障傳感器所具有的殘差表現(xiàn)，不同傳感器的故障特征向量51有所不同。當(dāng) 某一種傳感器出現(xiàn)故障時，只要十個殘差值的計算公式中，包含由這種傳感器測量值所 得到的控制電流值，則此殘差值對應(yīng)的特征故障向量值即為1，否則為〇,最終可以得到由1 和〇構(gòu)成的對應(yīng)傳感器的故障特征向量[Si S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10]。
[0029] 所述的一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，步驟(6)中殘差特征 向量的Ci和故障特征向量Si的比較方法為：
[0030] 故障診斷過程中，將實時在線得到的殘差特征向量[Ci C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Cio]數(shù)字序列與不同傳感器出現(xiàn)故障情況下的故障特征向量[Si S2 S3 S4 S5 S6 S7 Ss Sg S10]數(shù)字序列進行逐一比較，只有在殘差特征向量數(shù)字序列與某種傳感器故障特征向量數(shù) 字序列完全對應(yīng)的情況下，方可斷定該傳感器出現(xiàn)故障。
[0031] 本發(fā)明的有益效果是：
[0032] 1.本發(fā)明傳感器故障診斷方法基于殘差理論建立傳感器故障診斷系統(tǒng)，易于實 現(xiàn)，穩(wěn)定性高。
[0033] 2.本發(fā)明傳感器故障診斷方法構(gòu)造殘差特征向量，充分考慮不同殘差信號對故障 診斷結(jié)果的影響，提高了故障診斷系統(tǒng)對故障決策的敏感性。
[0034] 3.本發(fā)明傳感器故障診斷方法構(gòu)造故障特征向量，通過殘差特征向量與故障特征 向量的比較，確定故障診斷結(jié)果，提高了故障診斷的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明一種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0036] 如圖1所示阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)包括用于檢測控制工作電流的傳感器I，用于 檢測車速的傳感器π，用于檢測車身垂向加速度的傳感器m，用于檢測車身俯仰角加速度 的傳感器IV，用于檢測車身側(cè)傾角加速度的傳感器V，懸架控制器，狀態(tài)估計器，殘差生成 器，殘差特征生成器和故障診斷器。
[0037] -種阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，包括如下步驟：
[0038] (1)利用阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中用于檢測控制工作電流的傳感器I，用于檢測 車速的傳感器Π ，用于檢測車身垂向加速度的傳感器ΙΠ ，用于檢測車身俯仰角加速度的傳 感器IV，和用于檢測車身側(cè)傾角加速度的傳感器V，分別得到控制電流測量值δ:、車速測量 值V、車車身垂向加速度測量值、車身俯仰角加速度測量值和車身側(cè)傾角加速度測量值 Φ%
[0039] (2)將車速測量值V、車身垂向加速度測量值S、車身俯仰角加速度測量值0，和車 身側(cè)傾角加速度測量值#傳送至阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的懸架控制器內(nèi)，懸架控制器 依據(jù)各測量值，通過線性最優(yōu)控制算法，得到控制電流計算值S2;
[0040] (3)假設(shè)某一種傳感器出現(xiàn)故障，則基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的狀態(tài)估計 器，由其他未出現(xiàn)故障傳感器對該出現(xiàn)故障傳感器對應(yīng)的響應(yīng)值采用卡爾曼濾波算法進行 狀態(tài)估計，并利用未出現(xiàn)故障傳感器的測量值和出現(xiàn)故障傳感器的估計值，通過線性最優(yōu) 控制算法，得到阻尼可調(diào)半主動懸架控制器控制電流計算值為;
[0041] (4)將步驟(1)中得到的控制電流測量值δ:、步驟(2)中得到的控制電流計算值32和 步驟(3)中得到的控制電流計算值古,傳送至殘差生成器中，在殘差生成器中將δ^δ^Ρ為進 行兩兩相減，得到相應(yīng)的殘差值;
[0042] (5)基于阻尼可調(diào)半主動懸架系統(tǒng)中的殘差特征生成器，將步驟(4)中得到的所有 殘差值分別與殘差門限值I進行比較，判斷每個殘差值是否超過殘差門限值I，并用數(shù)字 表示，得到殘差特征向量C 1;其中殘差門限值I由傳感器自身的誤