[发明专利]车用直驱电机传感器故障诊断、定位及故障信息替代方法

说明书

本发明公开车用直驱电机传感器故障诊断、定位及故障信息替代方法，包括如下步骤：步骤S1、电驱动轮系统数学建模；步骤S2、基于电驱动轮数学模型的最优未知输入观测器设计；步骤S3、传感器故障诊测、定位以及故障传感器信息替代；步骤S4、传感器故障诊断实验验证与分析。本发明结合车用直驱轮毂电机传感器系统特性，考虑了未知输入和噪声进行系统数学建模，设计最优未知输入观测器进行系统状态估计并得到故障残差信息，从而提出了传感器故障诊断、定位以及故障传感器信息替代的策略，并验证了该方法的可行性。

技术领域

本发明属于汽车研究领域，具体涉及一种车用直驱电机传感器故障诊断、定位及故障信息替代方法。

背景技术

在环境污染和能源危机问题日益严峻的当下，电动汽车具有十分良好的发展前景，也成为了目前汽车工业的研究热点之一。采用四个轮毂电机直接驱动的分布式驱动电动汽车在电动汽车领域得到了许多研究者的关注。由于其四个驱动轮输出力矩的瞬时控制是易于实现的，因此在电动汽车的高响应参数辨识、整车的横摆稳定性控制以及效率最优控制等方面都较传统汽车更有优势。安装于该车四个车轮上的轮毂电机的电流和转速可以利用传感器直接获取，作为车辆控制输入量。然而，由于环境因素的影响以及零部件老化等原因，电流、转速等传感器极易出现性能故障。一旦某一传感器发生故障，就会引起相应电控系统的监测不可靠及控制性能跃迁，降低系统的鲁棒性能。基于以上考虑，针对这类系统进行传感器故障诊断的研究是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种车用直驱轮毂电机传感器故障诊断、定位以及故障传感器信息替代方法。本发明结合车用直驱轮毂电机传感器系统特性，考虑了未知输入和噪声进行系统数学建模，设计最优未知输入观测器进行系统状态估计并得到故障残差信息，从而提出了传感器故障诊断、定位以及故障传感器信息替代的策略，并验证了该方法的可行性。

本发明的技术方案是：一种车用直驱电机传感器故障诊断、定位及故障信息替代方法，包括如下步骤：

步骤S1：电驱动轮系统数学建模；

步骤S2：基于电驱动轮数学模型的最优未知输入观测器设计；

步骤S3：传感器故障诊测、定位以及故障传感器信息替代，，首先进行残差生产与阈值确定；再计算得到传感器故障残差信号，采用极大似然比的方式来评估残差信号并确定阈值门限，提出故障检测逻辑；根据残差生成的特点，提出传感器故障检测与定位方法，并在检测出传感器故障后判定出故障信号下不受故障影响的估计值，从而替代传感器采集值；

步骤S4：传感器故障诊断实验验证与分析。

上述方案中，所述的电驱动轮系统数学建模所得的系统模型，包括了车轮旋转动力学方程、直驱轮毂电机输出轴上的转矩平衡方程式和直驱轮毂电机等效电路的动态电压平衡方程，同时考虑了电机系统受到过程噪声和环境噪声影响的情况；

车轮的旋转动力学方程可表示为：

其中，J₁为车轮转动惯量；n为车轮转速；r为车轮有效半径；F_d为驱动轮纵向力；T_L为安装于车轮内轮毂电机的负载力矩；

轮毂电机输出轴上的转矩平衡方程式为：

轮毂电机等效电路的动态电压平衡方程为：

其中，J₂为电机转子的转动惯量；b为阻尼系数；K_t为电机转矩常数；i为线电流；u为线电压；R为绕组等效线电阻；L为绕组等效电感；K_a为反电动势系数；

由式一、二、三可得：