汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障及其檢修技術(shù)研究

1、汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障及其檢修技術(shù)研究汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障及其檢修技術(shù)研究郭太和河源技師學(xué)院，廣東河源517000【摘要】電控懸架系統(tǒng)可以有效控制懸架的狀態(tài)，滿足汽車的行駛性能能。車輛振動(dòng)對(duì)電控懸架系統(tǒng)部件的性能影響較大，傳感器一旦發(fā)生故障將會(huì)失去對(duì)車輛行駛狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，使得電控懸架系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此，面對(duì)傳感器所存在的故障，針對(duì)汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障為切入點(diǎn)，通過(guò)建模分析的方式對(duì)傳感器故障診斷的方法進(jìn)行研究?！娟P(guān)鍵詞】汽車;電控懸架系統(tǒng);傳感器故障;檢修中圖分類號(hào)：U463.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457202113-0051-003DOI：10.1

2、9694/j ki.issn2095-2457.2021.13.024ResearchonSensorFaultanditsRepairTechnologyofAutomotiveElectronicSuspensionSystemGUOTai-heHeyuanInstituteofTechnicians，HeyuanGuangdong517000，China【Abstract】Theelectronicallycontrolledsuspensionsystemcaneffectivelycontrolthestateofthesuspensionandmeetthedrivingperfo

3、rmanceofthecar.Vehiclevibrationhasagreatinfluenceontheperformanceofthecomponentsoftheelectronicallycontrolledsuspensionsystem.oncethesensorfails，itwilllosetheaccuratejudgmentofthedrivingstateofthevehicle，makingtheelectronicallycontrolledsuspensionsystemunabletoworknormally.Therefore，inthefaceofthefa

4、ultsofthesensor，thesensorfaultoftheautomotiveelectronicallycontrolledsuspensionsystemistheentrypoint，andthemethodofsensorfaultdiagnosisisstudiedbymeansofmodelingandanalysis.【Keywords】Automobile;Electronicallycontrolledsuspensionsystem;Sensorfailure;Overhaul懸架就是將輪胎的受力和產(chǎn)生的力傳遞給車身，以保證汽車的正常行駛。汽車的懸架種類較多，利

5、用阻尼元件緩沖保證汽車行駛的平穩(wěn)性。電控空氣懸架系統(tǒng)基于電子控制單元ECU，通過(guò)傳感器對(duì)懸架的狀態(tài)進(jìn)行采集，并實(shí)時(shí)反響到懸架系統(tǒng)中，及時(shí)掌握懸架的狀態(tài)，從而滿足汽車的行駛需求。在實(shí)際工作的過(guò)程中，傳感器是保證汽車正常工作的前提，傳感器在正常工作的狀態(tài)下會(huì)為電控懸架系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信息。當(dāng)傳感器發(fā)生故障后，監(jiān)測(cè)信號(hào)會(huì)不準(zhǔn)確，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)傳感器的有效控制。因此，對(duì)電控懸架系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行在線故障診斷和檢測(cè)，讓傳感器可以在發(fā)生故障后能夠迅速得到處理，以保證電控懸架系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1基于傳感器故障的電控懸架系統(tǒng)建模1.1含傳感器故障的1/4汽車電控懸架系統(tǒng)建模1/4汽車電控懸架系統(tǒng)模型如圖1所示。產(chǎn)生

6、空氣彈簧力的主要原因來(lái)自于內(nèi)部的壓縮氣體，因?yàn)閮?nèi)部的壓縮氣體會(huì)讓電控懸架系統(tǒng)出現(xiàn)非線性的特點(diǎn)，而在實(shí)際的運(yùn)行中，需要將非線性轉(zhuǎn)換為線性?？諝鈴椈墒请娍貞壹芟到y(tǒng)的重要部件，充氣和放氣都是一種熱力學(xué)過(guò)程，因而空氣彈簧非常容易受到減震器的影響，電磁閥關(guān)閉后，系統(tǒng)會(huì)停留一定時(shí)間后才能夠逐步趨向與穩(wěn)定，根據(jù)熱力學(xué)的定理，空氣彈簧的模型方程可以表示為【1】：dm表示空氣彈簧的流量。當(dāng)電控懸架系統(tǒng)的車身高度發(fā)生一定的變化時(shí)，需要通過(guò)空氣彈簧對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。在空氣彈簧中，放氣的過(guò)程是整個(gè)模型的關(guān)鍵，可以將簧下質(zhì)量的振動(dòng)作為重要的干擾信息，并對(duì)單組空氣彈簧進(jìn)行表示。電控懸架系統(tǒng)中的傳感器包括車身高度、空氣彈簧氣

7、壓以及簧上質(zhì)量加速度，這幾種傳感器都存在增益、偏差、卡死的故障【2】。傳感器正常工作的狀態(tài)下，電控懸架系統(tǒng)的量測(cè)方程可以表示為y=hx+v。2基于1/4車輛電控懸架系統(tǒng)中的傳感器故障診斷研究當(dāng)傳感器的量測(cè)輸出作為輸入控制器時(shí)，需要使用控制儲(chǔ)氣罐電磁閥對(duì)空氣彈簧進(jìn)行曹組。一旦傳感器發(fā)生故障將會(huì)影響控制器的使用性能，影響其控制效果。從而不利于車輛的正常行駛。傳感器故障檢測(cè)與隔離策略如圖2所示?？梢詫鞲衅髋c控制器的輸出信號(hào)作為主要的輸入信息，對(duì)觀測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。電控懸架系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)值是通過(guò)觀測(cè)器獲取，根據(jù)不同觀測(cè)器之間的差值，然對(duì)故障檢測(cè)指標(biāo)和隔離指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，比較指標(biāo)與閾值，到達(dá)對(duì)傳感器故障檢測(cè)

8、和隔離的目的。使用故障檢測(cè)和隔離方法有一個(gè)條件，即至少有一個(gè)傳感器能夠進(jìn)行正常工作，如果所有的傳感器都無(wú)法正常工作，那么無(wú)法對(duì)傳感器進(jìn)行故障判斷【4】。2.1故障檢測(cè)方法初級(jí)殘差特征描述如表1所示。根據(jù)觀測(cè)器的估計(jì)值，構(gòu)建故障檢測(cè)指標(biāo)，將故障檢測(cè)指標(biāo)與檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，當(dāng)故障檢測(cè)指標(biāo)小于閾值，那么不會(huì)出現(xiàn)故障;反之那么出現(xiàn)故障【5】。2.2故障隔離方法使用故障檢測(cè)指標(biāo)的方式可以更好地檢測(cè)出傳感器的故障原因，為了更加確定是哪一個(gè)傳感器發(fā)生的故障，需要對(duì)電控懸架系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行故障隔離指標(biāo)設(shè)計(jì)。如表2所示。如果系統(tǒng)中的傳感器都沒(méi)有故障，那么每組觀測(cè)器中所獲取的電控懸架系統(tǒng)狀態(tài)變量都是相似的，且初

9、級(jí)殘差和故障檢測(cè)都較小，故障隔離指標(biāo)更小。如果有傳感器發(fā)生故障，需要通過(guò)對(duì)應(yīng)觀測(cè)器獲取狀態(tài)變量估計(jì)值，獲取的估計(jì)值會(huì)發(fā)生改變，故障檢測(cè)指標(biāo)和隔離指標(biāo)都會(huì)變大，隔離指標(biāo)對(duì)于傳感器的故障更加敏感，比較隔離指標(biāo)與隔離預(yù)制能夠更快地實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器故障的隔離診斷。2.3基于CKF算法的電控懸架系統(tǒng)故障觀測(cè)器設(shè)計(jì)電控懸架系統(tǒng)的非線性較強(qiáng)，在進(jìn)行傳感器故障診斷時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理。CKF算法可以對(duì)非線性進(jìn)行更好的處理，該算法是采用等效權(quán)值的方式，對(duì)非線性進(jìn)行變換后得到的均值和方差進(jìn)行計(jì)算，從而獲得更有的非線性逼近性能。根據(jù)其性能，對(duì)觀測(cè)器進(jìn)行方程設(shè)計(jì)：3汽車電控懸架系統(tǒng)故障診斷仿真3.1傳感器故障診斷

10、比照仿真分析除了使用CKF方法外，還可以使用EKF卡爾曼濾波器算法、STF強(qiáng)跟蹤濾波器算法方法對(duì)觀測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)這三種不同的方法，針對(duì)傳感器的故障情況進(jìn)行診斷比照。3.1.1EKF方法EKF方法比較適用于線性系統(tǒng)中，通過(guò)線性化處理后得到可擴(kuò)展的EKF算法。將EKF算法應(yīng)用在非線性系統(tǒng)中，其線性化誤差較大，算法邏輯簡(jiǎn)單，但是缺乏較好的跟蹤能力，因此在傳感器的故障診斷中，對(duì)于故障的敏感程度較差。3.1.2STF方法STF方法引入了退化因子，增加了跟蹤性能。在對(duì)線控懸架系統(tǒng)中的傳感器故障進(jìn)行診斷試驗(yàn)時(shí)，以空氣懸架為研究對(duì)象，對(duì)氣壓傳感器、加速度傳感器和高度傳感器進(jìn)行測(cè)試，并利用儲(chǔ)氣罐經(jīng)管路的方式

11、對(duì)空氣懸架進(jìn)行充氣和放氣。懸架系統(tǒng)會(huì)受到路面的影響而發(fā)生干擾，對(duì)其需要對(duì)車身的高度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并結(jié)合系統(tǒng)中的壓縮行程，使用外加儲(chǔ)氣罐對(duì)空氣懸架進(jìn)行充氣。調(diào)節(jié)電控懸架系統(tǒng)的高度，將其調(diào)至中位。使用CKF算法對(duì)觀測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的故障類型制定對(duì)應(yīng)的診斷策略，從而獲取系統(tǒng)的故障信息，并計(jì)算殘差和檢測(cè)指標(biāo)，結(jié)合不同的故障類型驗(yàn)證CKF算法的效果。以故障2#高度傳感器故障為例，使用這三種方法進(jìn)行驗(yàn)證，獲得三種不同的分量曲線，如圖3所示。在這種故障情況下，這種三種方法獲得的對(duì)應(yīng)故障傳感器的隔離指標(biāo)如圖4所示。當(dāng)傳感器發(fā)生故障之前，故障檢測(cè)與格力指標(biāo)均沒(méi)有較大的浮動(dòng)，當(dāng)傳感器發(fā)生故障2s后，傳感器

12、的故障檢測(cè)和隔離指標(biāo)的值開(kāi)始上升，CKF相比于其他兩種方法，具有更好的診斷敏感性，且停留時(shí)間較短。通過(guò)仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)三種算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，三種算法均可以實(shí)現(xiàn)傳感器故障的檢測(cè)與隔離，但是結(jié)果顯示，在傳感器的故障診斷中，CKF方法在進(jìn)行故障診斷時(shí)具有更好的敏感性。4結(jié)束語(yǔ)為了可以更好的檢測(cè)汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障，制定了有針對(duì)性的傳感器故障診斷策略。針對(duì)不同的故障情況進(jìn)行了傳感器故障診斷仿真，采用不同的方法進(jìn)行觀測(cè)器的設(shè)計(jì)，任意選擇一種故障情況，并分析不同的診斷方法在傳感器故障的應(yīng)用效果。在氣體熱力學(xué)和車輛動(dòng)力學(xué)的根底上創(chuàng)立了汽車電控懸架系統(tǒng)的模型，并對(duì)電控懸架系統(tǒng)中的傳感器故障制定了相關(guān)的檢測(cè)及診斷策略，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真的方式對(duì)故障診斷策略進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果說(shuō)明，電控懸架系統(tǒng)傳感器故障檢測(cè)方法可以快速檢測(cè)出傳感器的故障存在，并及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】宋健.汽車電控懸架系統(tǒng)主要傳感器識(shí)別與檢修J.汽車實(shí)用技術(shù)，20212：62-63.【2】曹曉雷.汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障及其檢修技術(shù)J.自動(dòng)化與儀器儀表，20219：203-205.【3】張迪俊.汽車電控懸架系統(tǒng)的傳感器故障及其檢修技術(shù)J.內(nèi)燃機(jī)與配件，2021，No.26210：152.【4】陳森.