[发明专利]一种线控转向系统的间歇故障诊断和剩余寿命预测方法

权利要求书

1.一种线控转向系统的间歇故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对线控转向系统进行建模，配置各个参数之间的因果关系，得到线控转向系统的非线性键合图模型；

S2，根据线控转向系统的非线性键合图模型，推导出线控转向系统的解析冗余关系并建立故障特征矩阵，用于隔离出可能故障的元件，构成可能故障元件集合；

S3，利用改进的海鸥优化算法，对间歇故障进行估计，从可能故障元件集合中识别真实的故障元件，以及辨识间歇故障元件每次故障的幅值、出现时刻和消失时刻。

2.根据权利要求1所述的一种线控转向系统的间歇故障诊断和剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤S1中，线控转向系统包括：方向盘部分、反馈电机部分、反馈电机减速器部分、反馈电机驱动器部分、转向电机驱动器部分、转向电机部分、齿轮齿条部分、前轮部分；

采用键合图理论对线控转向系统进行建模，线控转向系统的键合图模型包括：势源Se，流源Sf，阻性元件R，容性元件C，惯性元件I，流传感器{Df₁,Df₂,…,Df₅}，变换器TF，回转器GY，0-型结点，1-型结点；

线控转向系统的非线性键合图模型是基于键合图模型得到的，具体方式为：利用Stribeck摩擦模型将键合图模型中的阻性元件R的势流关系修改为如下形式：

e＝Bf+T_csignf+(T_s-T_c)e^-dfsign(f)

式中，e表示势，f表示流；B表示为阻性元件R的黏摩擦力系数；T_c和T_s分别表示阻性元件R的库伦摩擦力矩和静摩擦力矩；d是Stribeck常数；

sign(·)为符号函数。

3.根据权利要求2所述的一种线控转向系统的间歇故障诊断方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：

S21，根据线控转向系统的非线性键合图模型，推导出每个结点的本构关系，用已知变量或可测变量消除本构关系中的未知变量，推导出线控转向系统的解析冗余关系，表达式如下：

ARR_λΞ,Df,U＝0，λ＝1,2,…,Λ

式中，ARR表示解析冗余关系，Λ表示解析冗余关系ARR的数量，ARR_λ表示第λ个解析冗余关系；Ξ＝Ξ₁,Ξ₂,…,Ξ_m^T表示元件的参数；m表示非线性键合图模型中系统参数的数量；U表示系统的输入量；Df表示非线性键合图模型中的流传感器；

S22，通过对步骤S21中的解析冗余关系进行数值估计，得到相应的残差，当系统无故障时，每个解析冗余关系的残差均低于其故障阈值；当系统出现故障时，存在解析冗余关系的残差超出其故障阈值；

定义一个相干向量C＝c₁,c₂,…,c_Λ，其中，c_λ定义如下所示：

式中，r_λ为解析冗余关系ARR_λ的残差，ε_λ为相应的故障阈值；

根据推导出的解析冗余关系，构建故障特征矩阵，如下表1所示：

表中，φ₁,…,φ_P表示可能故障的元件集合；故障特征矩阵中的数值为0或1，若残差r_λ对元件φ_p故障是敏感的，p＝1,2,…,P，则该故障特征矩阵中的第p+1行第λ+1列的数值为1；否则数值为0；

D_b为故障可检测性，若故障特征矩阵中某元件在各个残差下的取值至少有一个为1，则该元件故障即为可检测故障，对应的D_b＝1；若故障特征矩阵中某元件在各个残差下的取值均为0，该元件对应的D_b＝0；

为故障可隔离性，即在多故障条件下元件单独发生故障时的可隔离性，若元件的故障为可隔离，则对应的否则

S23，在系统的运行过程中，若检测到有故障发生，则通过相干向量与故障特征矩阵进行比较，隔离出可能故障的元件，构成可能故障元件集合。