[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

说明书

本发明公开了一种线控转向系统的间歇故障诊断和剩余寿命预测方法，涉及故障诊断和剩余寿命预测的技术领域，包括：建模得到线控转向系统的非线性键合图模型；根据该模型推导出系统的解析冗余关系并建立故障特征矩阵，对可能出现故障的元件进行隔离；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；根据估计的结果和观测窗口构造间歇故障的频率特征，利用频率特征求解退化模型的未知参数，实现剩余寿命预测。本发明能够实现线控转向系统的间歇故障诊断和剩余寿命预测。

技术领域

本发明涉及故障诊断和剩余寿命预测的技术领域，尤其是一种线控转向系统的间歇故障诊断和剩余寿命预测方法。

背景技术

作为汽车工业发展的一个新趋势，线控技术已被研究并应用于现代车辆的几乎每个部分，如线控转向、线控制动、线控制油门、线速换档和线控加速。作为线控车辆技术的关键部分，线控转向系统使用转向电机为前轮产生转矩，使用反馈电机为驾驶员产生反馈转矩以感知前轮和路面之间的相互作用，使用电子控制系统控制整个线控转向系统。与传统转向系统相比，线控转向技术具有显著优势，例如在保证高保真转向感觉的同时提高车辆的机动性和可操作性，以及减少车辆的噪音、振动、环境问题和能耗。此外，线控转向技术是自动驾驶汽车的重要基础，自动驾驶汽车是未来的交通工具。

线控转向技术作为一项起源于飞机的转向技术，由于取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，使得系统在转向性能、占用空间、整车舒适性等方面具有较大的优势。但是，采用线控转向系统的车辆增加了大量的电气部件、系统复杂性增加、车辆失控风险提高，最终可能导致灾难性的后果。因此，基于功能安全分析，研究线控转向系统的故障诊断与剩余寿命预测已成为一个亟待解决的问题。在现有的研究中，针对线控转向系统基本都是永久故障诊断和预测的方法研究和实际应用。然而，间歇故障作为一种常见的故障类型，几乎没有文献对间歇故障诊断和预测方法进行讨论和研究。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种线控转向系统的间歇故障诊断方法，能准确的隔离出故障源，并辨识出故障出现和消失的时刻。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种线控转向系统的间歇故障诊断方法，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。

优选的，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)