汽车容错控制技术.docxVIP

张俊智王丽芳葛安林高延令吉林工业大学【Abstract】Inordertoraisereliabilityandsafety,automobileelectronicalcontrolsystemmustbeprovidedwithfaulttolerantcontrol.Whilesomecomponentsfail,othercomponentsinthesys2temmaycompletelyorpartiallytakeovertheirfunctionstomakethesystemkeepingspecifiedpropertyornotlosingthemostfundamentalfunction.Specificcontentandapplicationmethodofthemotorvehiclefaulttolerantcontroltechniquearediscoursed,alsodevelopingdirectionofitispointedout.【摘要】为提高汽车的可靠性与安全性,汽车电控系统必须采取容错控制,当有些部件失效时,它们的功能可用系统中的其他部件完全或部分代替,使系统保持规定的性能或不失去最基本的功能。对汽车容错控制技术的具体内容和应用方法进行了论述,同时提出了汽车容错控制技术的发展方向。主题词:汽车容错控制Topicwords:Motorvehicle,Faulttolerantcontrol及故障动态补偿技术在汽车电控系统中也得到了应用。神经网络技术在汽车电控系统的应用中集控制、诊断与容错于一体,显示出其优越性〔10〕、〔13〕、〔14〕。下面对容错控制技术的内容和应用方法做一综述。前言1汽车电控系统的结构和控制算法日趋复杂,控制范围日益扩大,控制精度逐步提高,并向集中控制方向发展。在这些复杂的控制系统的运行过程中,往往出现一些无法预料的故障,这些故障一般在运行过程中难以维修,为了提高汽车的可靠性与安全性,汽车电控系统必须采取容错控制,当有些部件失效时,它们在系统中的功能可用系统中的其他部件完全或部分代替,使系统能继续保持规定的性能或不丧失最基本的功能,或进一步实现故障系统的性能最优,使汽车返回维修点后再维修。近年来,在汽车电控领域,容错控制技术得到了迅速的发展。基于模型的诊断方法在汽车电控系统中得到了应用〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕、〔8〕。各电控系统一般都配有备用系统,当系统某些部件出现故障时,转入降级控制,或复原到原来的机械系统〔9〕、〔10〕、〔11〕。大量的ABS系统〔12〕,4WS系统〔10〕和一些自动变速系统〔11〕采用了双机系统。传感器和执行机构的功能冗余分析技术—56—汽车容错控制系统的组成及容错控2制的内容汽车容错控制系统的一般结构如图1所示。图1它由测量模块、容错故障分析模块、执行模块和故障容错与处理模块组成。容错故障分析模块及时发现控制系统的故障并分离出发生故障的部位,判别故障的种类,估计出故障的大小与时间,进行评价与决策。故障容错与处理模块根据故障检测与诊断信息,可得汽车技术知被控对象的结构与参数的变化情况,采取具体的容错控制措施。容错故障分析模块和故障容错与处理模块是汽车容错控制系统的主要组成部分。汽车控制系统容错的内容如下〔9〕、〔15〕:ECU容错技术。在ABS和4WS系统中,采用了双机结构,两个微机互相检测,ECU保证了系统正确地运行〔10〕、〔12〕。一些自动变速器也采用了双机结构,一旦主机出现故障,就自动切换到副机连续进行控制〔11〕。为了满足汽车电控技术发展的需要,Motorala公司开发出了两种结构形式的微机,一种是容错式微机,如图2所示,另一种是诊断式微机,如图3所示〔9〕。的容错;a.b.c.d.ECU模型预测代替失效传感器的输出;重构控制策略代替失效执行机构;出现故障后,如果不能保证系统安全运行,就要关闭系统。容错的具体实施应综合考虑下列一些原则:a.安全性:容错必须保证能继续安全地运行;动力性:在满足安全性要求的前提b.下,容错应尽量保证高水平的动力性,否则可通过调整控制策略使动力性的降低最小;经济性:为了满足动力性的要求,应c.尽量维持原来的油耗,否则通过调整策略使油耗的增长最小。双机系统在汽车电控系统中,相对于传感器和执行机构来说,ECU的可靠性最高,但是ECU出现故障时,后果更为严重,因为当传感器和执行机构出现故障时,系统还可以继续工作,而一旦ECU出现故障,则系统就不能进行任何操作。在汽车上一些可靠性和安全性要求较高的电控系统中,采用了双机系统的3图3容错式微机由两个具备故障检测功能的微控制器和一个锁电路组成。锁电路只允许性能良好的微控制器控制系统。这种结构能保证某个微控制器发生故障后,系统继续