一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法与流程
本发明属于车辆转向系统技术领域，具体指代一种重型车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法。
背景技术：
随着科技的发展，汽车的传统转向系统也迎来了革新，出现了线控转向系统，通过ecu控制车轮上的轮毂电机实现汽车的转向。线控转向系统将车辆转向系统从传统机械转向机构中解放出来，形成一种全新的四轮可独立转向的先进转向系统。与传统的转向系统相比，它具有更多的可控自由度，因此可以实现常规汽车无法完成的原地转向，斜行以及横向移动等特殊功能，极大的提高了汽车的机动性能。
现今重型汽车上的转向系统多采用电动液压助力转向系统，该助力转向系统具有良好的转向轻便性以及操纵稳定性，它兼顾液压助力转向系统的操作柔顺性以及电动助力转向系统的经济性，克服了传统机械转向系统笨重，操纵困难的缺点；为此，电动液压助力转向系统得到了广泛地应用。
对于线控转向系统来说，如果该系统的控制元件或者轮毂电机出现问题时，便会导致汽车的转向系统不能进行及时有效的转向操作，大大地增加了车辆行驶的安全隐患，因此对于线控转向系统，容错控制很重要，必须考虑软件容错与硬件容错相结合，才能更好的保证车辆行驶的安全性。
技术实现要素：
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种车辆线控转向系统、容错控制方法及故障诊断方法，以实现线控转向操作，并且在线控转向系统出现问题时，能及时发现并转由电液复合转向系统进行转向操作，更好保障行车安全。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种车辆线控转向系统，包括：转向盘，转向轴，转矩传感器，循环球转向器，转向摇臂，转向节臂，转向梯形，轮毂电机，电子控制单元，助力电机，转向助力泵，高压油管，控制阀，转阀，液压助力缸，回油油管，油箱，轮毂电机控制器，速度/加速度传感器及车轮；所述的转向盘连接转向轴的力矩输入端，转矩传感器置于转向轴的力矩输出端和循环球转向器的输入端之间，并与电子控制单元相连接，力矩经转向摇臂，转向节臂，转向梯形输出至车轮；速度/加速度传感器与电子控制单元相连接，电子控制单元将接收到的速度/加速度传感器传输的速度/加速度信号传给助力电机，助力电机通过转向助力泵将电能转化为液压能，液压能通过转向助力泵，高压油管，控制阀，转阀传给液压助力缸，液压助力缸将液压能转化为机械能传给转向梯形，转向梯形再将机械能输出至车轮；电子控制单元还将接收到的速度/加速度信号传给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器将信号传给轮毂电机，轮毂电机驱动车轮进行转向操作；所述助力电机，转向助力泵，油箱，高压油管，控制阀，转阀，液压助力缸及回油油管构成冗余电动液压助力转向系统模块；轮毂电机控制器和轮毂电机构成轮毂电机差速转向系统模块；其中，电子控制单元通过电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流对助力电机进行控制，驱动转向助力泵工作，使油液经由高压油管流至控制阀、转阀、液压助力缸，结束循环的工作液经由回油油管回流至油箱；电子控制单元通过电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流对轮毂电机控制器进行控制，轮毂电机控制器将轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流传给轮毂电机，然后轮毂电机驱动车轮进行转向操作。
本发明的一种车辆线控转向系统的容错控制方法，包括步骤如下：
1)判断传感器传给电子控制单元的信号电流i3是否大于电子控制单元控制判断电流i0，若“否”则电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块完成转向操作；若“是”则电子控制单元对传感器传来的信号进行分析计算，产生电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流i4并传递给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器对传递来的信号进行计算分析，进入步骤2)；
2)判断电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流i4是否大于轮毂电机控制器控制判断电流i1，若“否”则轮毂电机控制器进行分析，得出轮毂电机控制器发生故障，不能执行转向指令，从而将轮毂电机控制器传给电子控制单元的反馈电流i6传到电子控制单元中，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机控制器产生轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流i5并传给轮毂电机，进入步骤3)；
3)判断轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流i5是否大于轮毂电机控制判断电流i2，若“否”则轮毂电机进行分析得到轮毂电机出现故障，不能执行转向操作，从而将轮毂电机传给电子控制单元的反馈电流i7传递给电子控制单元，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机执行轮毂电机控制器传来的信号，进行转向操作，完成转向。
本发明的一种车辆线控转向系统的故障诊断方法，包括步骤如下：
设定确切的采集数据时间间隔ts，分别采集系统中两个轮毂电机及助力电机c的信息，即：轮毂电机a的电流、电压、转角速度信息；轮毂电机b的电流、电压、转角速度信息；助力电机c的电流、电压、转角速度信息；采集完成后分别对轮毂电机a、b和助力电机c进行信息综合处理分析；设定轮毂电机a低转速为ωa，轮毂电机b低转速为ωb，轮毂电机a低电流为ia，轮毂电机b低电流为ib；当轮毂电机a、轮毂电机b同时满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当轮毂电机a、轮毂电机b两者中存在低转速，低电流大于设定值时，则对超过设定低转速，低电流的轮毂电机进行轮毂电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：轮毂电机a和b电阻残差阈值为δra，轮毂电机a和b电流残差阈值为δia；当轮毂电机a、轮毂电机b同时满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当轮毂电机a、轮毂电机b两者中存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为ne，在ts周期内，若未达到故障累积阈值ne，则认为轮毂电机工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值ne，认为轮毂电机存在故障，故障界定为故障；
对于助力电机c设定低转速为ωc，低电流为ic，当助力电机c满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当助力电机c存在低转速，低电流大于设定值时，则对该助力电机c进行电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：助力电机c电阻残差阈值为δrb，助力电机c电流残差阈值为δib；当助力电机c满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当助力电机c存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为ne，在ts周期内，若未达到故障累积阈值ne，则认为助力电机c工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值ne，认为助力电机c存在故障，故障界定为故障。
优选地，所述故障诊断算法采用自适应卡尔曼滤波技术的直流电机参数估计算法，该算法具体表示为：设定电机模型为
式中u表示电机的电枢电压，i表示电机的电枢电流，r表示电机的内阻，k表示电机的反电动势系数，l表示电机的电感，ω表示电机轴的旋转角速度；
在利用卡尔曼滤波技术进行参数估计前，首先将辨识的系统描述为：
式中i(n)表示第n个时刻的电流，u(n)表示第n个时刻的电压，ω(n)表示第n个时刻的电机转速，r表示电机的内阻，k表示电机的反电动势系数，ts表示参数估计算法的采样周期，v(n)表示均值为零的高斯白噪声序列；
将系统的待估参数看作未知状态，把上述的系统方程转换为相对应的状态空间方程为：
式中，r(n)表示第n个时刻的电机内阻，k(n)表示第n个时刻的电机反电动势系数，ω1(n)表示第n个时刻电机a的转速，ω2(n)表示第n个时刻电机的转速；
设置观测向量y(n)，如下式：
系统的观测方程为：
y(n)＝h(n)x(n)+v(n)(6)
式中，x(n)＝{x1(n),x2(n)}，h(n)＝{i(n),ω(n)}y(n)为观测向量；
由式(5)和式(6)组成状态空间方程为：
式中，w(n)为{ωi(n)(i＝1,2)}组成的列向量，其是均值为零的高斯白噪声序列；
利用卡尔曼滤波器的基本方程，得出动态系统的参数估计表达式为：
k(n)＝p(n|n-1)ht(n)[h(n)p(n|n-1)ht(n)+r(n)]-1(9)
p(n|n-1)＝p(n-1)+q(n-1)(10)
式(8)，(9)，(10)，(11)中，
本发明的有益效果：
本发明通过带有容错控制的线控转向系统，可实现线控转向系统和电动液压助力转向系统的转向功能，并且能够在线控差速转向系统出现故障时通过容错控制方法来实现利用电动液压助力转向系统继续完成转向操作，保证了汽车行驶的安全性。
附图说明
图1为本发明系统的结构图。
图2为容错控制流程图。
图3为故障诊断方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种车辆线控转向系统，包括：转向盘1，转向轴2，转矩传感器3，循环球转向器4，转向摇臂5，转向节臂6，转向梯形7，轮毂电机8，电子控制单元(ecu)9，助力电机10，转向助力泵11，高压油管12，控制阀13，转阀14，液压助力缸15，回油油管16，油箱17，轮毂电机控制器18，速度/加速度传感器19及车轮20；所述的转向盘1连接转向轴2的力矩输入端，转矩传感器3置于转向轴2的力矩输出端和循环球转向器4的输入端之间，并与电子控制单元9相连接，力矩经转向摇臂5，转向节臂6，转向梯形7输出至车轮20；速度/加速度传感器19与电子控制单元9相连接，电子控制单元9将接收到的速度/加速度信号传给助力电机10，助力电机10通过转向助力泵11将电能转化为液压能，液压能通过转向助力泵11，高压油管12，控制阀13，转阀14传给液压助力缸15，液压助力缸15将液压能转化为机械能传给转向梯形7，转向梯形7再将机械能输出至车轮；电子控制单元(ecu)9还将接收到的速度/加速度信号传给轮毂电机控制器18，轮毂电机控制器1将信号传给轮毂电机8，轮毂电机8驱动车轮20进行转向操作；所述助力电机10，转向助力泵11，油箱17，高压油管12，控制阀13，转阀14，液压助力缸15及回油油管16构成冗余电动液压助力转向系统模块；轮毂电机控制器18和轮毂电机8构成轮毂电机差速转向系统模块；其中，电子控制单元9通过电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流对助力电机10进行控制，驱动转向助力泵11工作，使油液经由高压油管12流至控制阀13、转阀14、液压助力缸15，结束循环的工作液经由回油油管16回流至油箱17；电子控制单元9通过电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流对轮毂电机控制器18进行控制，轮毂电机控制器18将轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流传给轮毂电机8，然后轮毂电机8驱动车轮20进行转向操作。
参照图2所示，本发明的一种车辆线控转向系统的容错控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：
1)判断传感器传给电子控制单元的信号电流i3是否大于电子控制单元控制判断电流i0，若“否”则电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块完成转向操作；若“是”则电子控制单元对传感器传来的信号进行分析计算，产生电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流i4并传递给轮毂电机控制器，轮毂电机控制器对传递来的信号进行计算分析，进入步骤2)；
2)判断电子控制单元传给轮毂电机控制器的信号电流i4是否大于轮毂电机控制器控制判断电流i1，若“否”则轮毂电机控制器进行分析，得出轮毂电机控制器发生故障，不能执行转向指令，从而将轮毂电机控制器传给电子控制单元的反馈电流i6传到电子控制单元中，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机控制器产生轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流i5并传给轮毂电机，进入步骤3)；
3)判断轮毂电机控制器传给轮毂电机的信号电流i5是否大于轮毂电机控制判断电流i2，若“否”则轮毂电机进行分析得到轮毂电机出现故障，不能执行转向操作，从而将轮毂电机传给电子控制单元的反馈电流i7传递给电子控制单元，电子控制单元传递电子控制单元传给冗余电动液压助力转向系统模块的信号电流i8给助力电机，由冗余电动液压助力转向系统模块执行转向操作；若“是”则轮毂电机执行轮毂电机控制器传来的信号，进行转向操作，完成转向。
参照图3所示，本发明的一种车辆线控转向系统的故障诊断方法，基于上述系统，包括步骤如下：
设定确切的采集数据时间间隔ts，分别采集系统中两个轮毂电机及助力电机c的信息，即：轮毂电机a的电流、电压、转角速度信息；轮毂电机b的电流、电压、转角速度信息；助力电机c的电流、电压、转角速度信息；采集完成后分别对轮毂电机a、b和助力电机c进行信息综合处理分析；设定轮毂电机a低转速为ωa，轮毂电机b低转速为ωb，轮毂电机a低电流为ia，轮毂电机b低电流为ib；当轮毂电机a、轮毂电机b同时满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当轮毂电机a、轮毂电机b两者中存在低转速，低电流大于设定值时，则对超过设定低转速，低电流的轮毂电机进行轮毂电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：轮毂电机a和b电阻残差阈值为δra，轮毂电机a和b电流残差阈值为δia；当轮毂电机a、轮毂电机b同时满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当轮毂电机a、轮毂电机b两者中存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为ne，在ts周期内，若未达到故障累积阈值ne，则认为轮毂电机工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值ne，认为轮毂电机存在故障，故障界定为故障。
对于助力电机c设定低转速为ωc，低电流为ic，当助力电机c满足低转速，低电流的设定值时，则重新进行数据采集；当助力电机c存在低转速，低电流大于设定值时，则对该助力电机c进行电机的电阻和电流参数估计，设定参数估计的阈值：助力电机c电阻残差阈值为δrb，助力电机c电流残差阈值为δib；当助力电机c满足电机电阻参数残差值和电流参数残差值比检测阈值小时，则重新进行数据采集；当助力电机c存在电机电阻参数残差值或电流参数残差值超过设定阈值时，则对超过残差阈值的电阻或者电流参数进行故障累积；设定故障累积阈值为ne，在ts周期内，若未达到故障累积阈值ne，则认为助力电机c工作正常，重新进行数据采集；若达到故障累积阈值ne，认为助力电机c存在故障，故障界定为故障。
其中，所述故障诊断算法采用自适应卡尔曼滤波技术的直流电机参数估计算法，该算法具体表示为：设定电机模型为
式中u表示电机的电枢电压，i表示电机的电枢电流，r表示电机的内阻，k表示电机的反电动势系数，l表示电机的电感，ω表示电机轴的旋转角速度，因为电机的反电动势系数k和电机的内阻r能够表征电机的工作状态，故可用电机的电枢电压u，电机的电枢电流i和电机轴的旋转角速度ω来估计电机的反电动势系数k和电机的内阻r，并能够判断电机的工作状态。
在利用卡尔曼滤波技术进行参数估计前，首先将辨识的系统描述为：
式中i(n)表示第n个时刻的电流，u(n)表示第n个时刻的电压，ω(n)表示第n个时刻的电机转速，r表示电机的内阻，k表示电机的反电动势系数，ts表示参数估计算法的采样周期，v(n)表示均值为零的高斯白噪声序列；
将系统的待估参数看作未知状态，把上述的系统方程转换为相对应的状态空间方程为：
式中，r(n)表示第n个时刻的电机内阻，k(n)表示第n个时刻的电机反电动势系数，ω1(n)表示第n个时刻电机a的转速，ω2(n)表示第n个时刻电机的转速；
设置观测向量y(n)，如下式：
系统的观测方程为：
y(n)＝h(n)x(n)+v(n)(6)
式中，x(n)＝{x1(n),x2(n)}，h(n)＝{i(n),ω(n)}y(n)为观测向量；
由式(5)和式(6)组成状态空间方程为：
式中，w(n)为{ωi(n)(i＝1,2)}组成的列向量，其是均值为零的高斯白噪声序列；
利用卡尔曼滤波器的基本方程，得出动态系统的参数估计表达式为：
k(n)＝p(n|n-1)ht(n)[h(n)p(n|n-1)ht(n)+r(n)]-1(9)
p(n|n-1)＝p(n-1)+q(n-1)(10)
式(8)，(9)，(10)，(11)中，
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！