汽车电子稳定控制系统传感器故障诊断和容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车传感器故障诊断和容错控制方法，特别是关于一种汽车电子 稳定控制系统传感器故障诊断和容错控制方法。
【背景技术】
[0002] 汽车电子稳定控制系统（ESC)是汽车技术领域重要的主动安全系统，是汽车防抱 死制动系统（ABS)和牵引力控制系统（TCS)功能的进一步扩展，并在此基础上，增加了方向 盘转角传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器。当方向盘转角传感器、横向加速度 传感器和横摆角速度传感器的信号表明汽车转向不足或者过度转向时，电子稳定控制系统 会控制单个或多个车轮进行主动制动，调整汽车的车身姿态，使车辆保持稳定状态，从而保 证汽车安全。当方向盘转角传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器中的任何一个 传感器发生故障，汽车安全性将会降低，原因包括两方面：（1)如果车辆在稳定状态下，而 传感器发生了故障，电子稳定控制系统会因为错误信号误触发，车轮发生主动制动，影响行 车安全；（2)如果电子稳定控制系统能够识别出传感器故障，但是不能进行容错控制，当车 辆进入不稳定状态时电子稳定控制系统失效，不能对车辆状态进行主动调整，汽车存在严 重的安全隐患。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确诊断方向盘转角传感器、横摆 角速度传感器和侧向加速度传感器是否发生故障，并且当识别出传感器故障后，能够实现 传感器故障容错控制，保证电子稳定控制系统正常工作的汽车电子稳定控制系统传感器故 障诊断和容错控制方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车电子稳定控制系统传感器 故障诊断和容错控制方法，其包括以下步骤：
[0005] 1)设置汽车电子稳定控制系统传感器故障诊断系统，其包括方向盘转角传感器、 横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角估算模块、方向盘转角传感器诊断模 块、横摆角速度估算模块、横摆角速度诊断模块、侧向加速度估算模块、侧向加速度诊断模 块和容错控制模块；
[0006] 2)设置方向盘转角阈值 ^ ^ (Threshold) ^ 横摆角速度阈值A ? (Threshold) ^ 侧向加速度 阈值A ay(Threshc]ld)和时间阈值T (Threshold) ?
[0007] 3)方向盘转角传感器测量方向盘转角实际值δ。，并将方向盘转角实际值δ。的信 号输送至方向盘转角传感器诊断模块，方向盘转角估算模块估算方向盘转角估算值 (），并 将方向盘转角估算值J的信号输送至方向盘转角传感器诊断模块，方向盘转角传感器诊断 模块根据接收到的信号计算方向盘转角残差A δ，计算公式如下：
[0009] 4)比较方向盘转角残差Δ δ和方向盘转角阈值Δ δ (Threshold) 7 若A δ Δ δ (TIiresI10Id)， 进入步骤5);则；若Δ δ > Δ δ (Threshold) ' 则测量方向盘转角残差△ S大 于方向盘转角阈值A δ (Threshold) 持续的时间T1，若?\< T (Threshold) 7 则进入步骤5);否则，进 入步骤6);
[0010] 5)方向盘转角传感器诊断模块确定方向盘转角传感器正常，并将方向盘转角实际 值S。和方向盘转角估算值#的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出方向盘转角 值为〇.Η?>;+Π .2?，:进入步骤7);
[0011] 6)方向盘转角传感器诊断模块确定方向盘转角传感器发生故障，并将方向盘转角 实际值S。和方向盘转角估算值J的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出方向盘 转角值为方向盘转角估算值I,横摆角速度值为横摆角速度实际值γ。，侧向加速度值为侧 向加速度实际值a y。，容错控制模块中的方向盘转角传感器报警灯报警提醒，诊断停止；
[0012] 7)横摆角速度传感器测量横摆角速度实际值γ。，并将横摆角速度实际值γ。的信 号输送至横摆角速度诊断模块，横摆角速度估算模块估算横摆角速度估算值f，并将横摆 角速度估算值f的信号输送至横摆角速度诊断模块，横摆角速度诊断模块根据接收到的信 号计算横摆角速度残差A γ，计算公式如下：
[0014] 8)比较横摆角速度残差Δ γ和横摆角速度阈值Δ ? (Threshold) ? 若A γ ^ ? (Threshold) 7 进入步骤9);若Δ γ > Δ ? (Threshold) 7 则测量横摆角速度残差A γ大于横 摆角速度阈值A ? (Threshold) 持续的时间T2，若T2< T (Threshold) ' 进入步骤9);否则，进入步骤 10)；
[0015] 9)横摆角速度诊断模块确定横摆角速度传感器正常，并将横摆角速度实际值γ。 和横摆角速度估算值f的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出横摆角速度值为 0.s r^a2;?，进入步骤 11);
[0016] 10)横摆角速度诊断模块确定横摆角速度传感器发生故障，并将横摆角速度实际 值Yc和横摆角速度估算值f的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出横摆角速度 值为横摆角速度估算值:f，方向盘转角值为方向盘转角实际值δ。，侧向加速度值为侧向加 速度实际值ay。，容错控制模块10中的横摆角速度传感器报警灯报警提醒，诊断停止；
[0017] 11)侧向加速度传感器测量侧向加速度实际值ay。，并将侧向加速度实际值a y。的信 号输送至侧向加速度诊断模块，侧向加速度估算模块估算侧向加速度估算值I，并将侧向 加速度估算值^的信号输送至侧向加速度诊断模块，侧向加速度诊断模块根据接收到的信 号计算侧向加速度残差Aay，计算公式如下：
[0019] 12)比较侧向加速度残差Aay和侧向加速度阈值 ^ ^ y(Threshold) 7 若Aay < AayCrhrashcild)，进入步骤 13);则若 Aay> Aa y(Threshold) ' 则测量侧向加速度残差Aay大于 侦U向加速度阈值A ayahrashc^持续的时间T 3，若 T3 T (Threshold) ? 进入步骤13);否则，进入步 骤 14);
[0020] 13)侧向加速度诊断模块确定侧向加速度传感器正常，并将侧向加速度实际值ay。 和侧向加速度估算值A的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出侧向加速度值为 0.8", (1 +0.2", '进入步骤3)，进行下一个诊断循环；
[0021] 14)侧向加速度诊断模块确定侧向加速度传感器发生故障，并将侧向加速度实际 值ay。和侧向加速度估算值4的信号输送至容错控制模块，容错控制模块输出侧向加速度 值为侧向加速度估算值4，方向盘转角值为方向盘转角实际值δ。，横摆角速度值为横摆角 速度值γ <：，容错控制模块中的侧向加速度传感器报警灯报警提醒，诊断停止。
[0022] 所述步骤2)中，方向盘转角阈值 ^ ^ (Threshold) ^ 横摆角速度阈值A ? (Threshold) 和侧 向加速度阈值Aayahrashcild)的设置采用动态阈值的选取方法，包括以下步骤：
[0023] (1)根据车辆与轮胎的参数确定方向盘转角阈值的两个取值为 ^ ^ I(Threshold) 萍口 Δ δ "Threshold)， 横摆角速度阈值的两个取值为A Y I(Threshold)萍口 A Y 2(Threshold)' 侧向加速 度阈值的两个取值为 Δ BylCrhreshcilti;)和 Aa y2(Threshcild；)，其中 Δ δ 1(Threshcild)< Δ δ 2(Threshcild)， ^ T I(Threshold) ^ T 2(Threshold) ? ^ ayl (Threshold) ^ a y2(Threshold)；
[0024] (2)引入方向盘转角阈值判断条件T δ，横摆角速度阈值判断条件Τγ，侧向加速度 阈值判断条件，其中，Τδ、Τ γ、J；的表达式如下：
[0028] 式中，u为汽车车速，γ为横摆角速度，a ￥为侧向加速度，a f为前轮侧偏角，g为重 力加速度；
[0029] ⑶右 T5 = 〇,则方向盘转角阈值 Δ δ (Threshcild) = Δ δ i(Threshcild)，右 T5 = 1，则方 向盘转角阈值A δ ffhrashcild)= Δ δ M-gT γ = 0,则横摆角速度阈值Δ γ (Threshold) ^ ? I(Threshold) ? 若Τγ= 1，则横摆角速度阈值Δ γ (Threshold) ^ ? 2(Threshold) ? 若Tay= 0,则 侧向加速度阈值Aay0rto eshold) ^ ^ yl (Threshold) ? 若？V= I，则侧向加速度阈值A ay(Thrashcild：)= ^y2 (Threshold) °
[0030] 所述步骤3)中，方向盘转角估算值#的计算方法如下：
[0031] (1)二自由度车辆模型状态方程为：
[0035] 式中，β为汽车质心侧偏角，声为β的一阶导数，γ为横摆角速度，Γ为γ的一 阶导数，δ为方向盘转角，ayS侧向加速度，Cf为前轮侧偏刚度，C ^为后轮侧偏刚度，u为汽 车车速，M为整车质量，a为汽车质心到前轴距离，b为汽车质心到后轴距离，Iz为汽车绕铅 垂轴Z