CN114755458A - 一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置 - Google Patents

一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及故障诊断技术领域，具体涉及一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置，包括通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行下一步；通过车速传感器将车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；通过垂向加速度传感器获取车辆的振动加速度；通过状态观测器对振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；通过悬架ECU控制器基于最优估计值、系统残差和行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果，解决现有的诊断方法不能对行驶车辆的垂向加速度传感器进行实时检测的问题。

Description

一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置
技术领域
本发明涉及故障诊断技术领域，尤其涉及一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置。
背景技术
智能悬架需要获取车身的振动状态，根据该状态信息施加控制策略产生相应的输出力。因此状态信息的准确性和可靠性在一定程度上决定着智能悬架的作用效果。为获取车辆的实时状态，各种传感器在车辆系统中必不可少，其中垂向加速度传感器是最常见的一种，用于车辆的垂向振动状态检测。
但在对垂向加速度传感器进行故障诊断时，通过用预先获取的车辆在不行驶时的信息对加速度传感器进行故障诊断，得出的诊断结果为预先获取信息时间下的垂向加速度传感器诊断结果，无法得到当前正在行驶的车辆的垂向加速度传感器的故障情况，降低了垂向加速度传感器的诊断结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置，旨在解决现有的诊断方法不能对行驶车辆的垂向加速度传感器进行实时检测的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法，包括以下步骤：
S1通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行步骤S2；
S2通过车速传感器将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
S3通过所述垂向加速度传感器获取所述车辆的振动加速度；
S4通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
S5通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果。
其中，所述通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行步骤S2的具体方式为：
S11当垂向加速度传感器信号输出为判断值，则延时预设时间段；
S12延时结束后判断所述垂向加速度传感器信号输出是否为判断值，若所述垂向加速度传感器信号不为判断值，则所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S2；若所述垂向加速度传感器信号为判断值，执行步骤S13；
S13判断模式开始对垂向加速度传感器进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值时，则所述垂向加速度传感器存在故障；若计数小于等于所述预设值时，所述垂向加速度传感器信号输出出现不等于判断值的情况，则所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S2。
其中，所述通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差的具体方式为：
S41搭建状态方程和观测方程；
S42使用所述观测方程根据状态观测器静态时的特性确定观测误差协方差；
S43使用所述搭建状态方程根据动力学模型确定过程噪声协方差；
S44基于所述观测误差协方差和过程噪声协方差计算卡尔曼增益，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差。
其中，所述通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果的具体方式为：
S51判断所述垂向加速度传感器是否存在短路或断路的故障，若所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S52；
S52根据所述行驶工况判断所述车辆的当前状态；
S53基于所述当前状态，为所述过程噪声协方差加上经验值，得到阈值范围，当所述系统残差超过所述阈值范围时，延时预设时间段；
S54延时结束后判断所述系统残差是否超过所述阈值范围，若所述系统残差在所述阈值范围内，则所述垂向加速度传感器不存在故障，并通过悬架ECU控制器向电脑终端和所述车辆的仪表盘发送故障提醒，若所述系统残差超过所述阈值范围，执行步骤S55；
S55判断模式开始对垂向加速度传感器进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值时，则所述垂向加速度传感器存在故障，并通过悬架ECU控制器向电脑终端和所述车辆的仪表盘发送故障提醒。
其中，所述判断值为+5V和0V中的任意一种；
所述当前状态为行驶状态和停止状态中的任意一种。
第二方面，本发明提供了一种智能悬架加速度传感器故障诊断装置，包括垂向加速度传感器、车速传感器、状态观测器、悬架ECU控制器、仪表盘和电脑终端，所述垂向加速度传感器、所述状态观测器、所述悬架ECU控制器、所述仪表盘和所述电脑终端依次连接，所述车速传感器与所述悬架ECU控制器连接；
所述车速传感器，用于将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
所述垂向加速度传感器，用于获取所述车辆的振动加速度；
所述状态观测器，用于对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
所述悬架ECU控制器，基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果；
所述仪表盘，用于在所述车辆内显示所述判断结果；
所述电脑终端，用于远程显示所述判断结果。
本发明的一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置，通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行下一步；通过车速传感器将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；通过所述垂向加速度传感器获取所述车辆的振动加速度；通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果，通过本发明的诊断方法可实现对停止的车辆和行驶的车辆的垂向加速度传感器进行故障诊断，解决现有的诊断方法不能对行驶车辆的垂向加速度传感器进行实时检测的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法的流程图。
图2是通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行步骤S2的流程图。
图3是通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差的流程图。
图4是通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果的流程图。
图5是本发明提供的一种智能悬架加速度传感器故障诊断的结构示意图。
1-垂向加速度传感器、2-车速传感器、3-状态观测器、4-悬架ECU控制器、5-仪表盘、6-电脑终端。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图4，第一方面，本发明提供了一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法，包括以下步骤：
S1通过算法评价车辆的垂向加速度传感器1是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器1不存在硬件上的故障，执行步骤S2；
具体方式为：
S11当垂向加速度传感器1信号x输出为判断值，则延时预设时间段(t1秒)；
具体的，所述判断值为接近+5V和接近0V中的任意一种，诊断方式相同。
S12延时结束后判断所述垂向加速度传感器1信号输出是否为判断值，若所述垂向加速度传感器1信号不为判断值，则所述垂向加速度传感器1不存在故障，执行步骤S2；若所述垂向加速度传感器1信号为判断值，执行步骤S13；
S13判断模式开始对垂向加速度传感器1进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值t2时，则所述垂向加速度传感器1存在故障；若计数小于等于所述预设值t2时，所述垂向加速度传感器1信号输出出现不等于判断值的情况，则所述垂向加速度传感器1不存在故障，执行步骤S2；
具体的，所述垂向加速度传感器1不存在故障时，会退出诊断模式，计数器的计数也会清零，只有当x再满足诊断触发条件的时候，计数器才会重新开始计数，t2为标定的诊断时间。
S2通过车速传感器2将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
具体的，通过车速传感器2，可以将车辆的行驶工况划分为停止、行驶两个工况，当车速信号x输出为0km/h时，则延时t1秒，再判断x的值是否为0km/h，若还是0km/h则工况判断模式开始使能，此时est_cnt开始计数，一旦est_cnt大于t2，则说明车辆属于停止工况；当车速信号x输出大于0km/h时，并且转速信号y大于600r/min，则延时t1秒，再判断x的值是否为大于0km/h，y是否大于600r/min，若车速和转速条件都满足，此时est_cnt开始计数，一旦est_cnt大于t2，则说明车辆属于行驶工况。中途一旦使能条件不满足，est_cnt则会清零并退出工况诊断模式，直到条件满足后则会再进入该诊断模式；
S3通过所述垂向加速度传感器1获取所述车辆的振动加速度；
S4通过状态观测器3对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
具体方式为：
S41搭建状态方程和观测方程；
具体的，搭建系统的状态方程和观测方程，卡尔曼滤波器使用时域递推的方法，不仅可以消除噪声对观测信号的干扰，还能计算得到传感器无法直接测量得到的信号。由于加速度信号和速度信号具有简单的线性关系：
v(t+Δt)＝v(t)+a(t)Δt
因此可以基于卡尔曼滤波算法设计所述状态观测器3，所述状态观测器3与车辆参数相独立，估计结果不受车辆簧载质量，质心变化等因素的影响，计算过程简单，鲁棒性强。选取状态变量x1,x2，分别表示悬架系统的簧上加速度和簧上速度，系统的状态方程为：
x(k)＝Ax(k-1)+W(k-1)
k表示离散时间，k时刻的状态变量为x(k)，Δt系统的采样时间，A是系统的状态转移矩阵，W表示过程噪声。
x(k)＝[x1(k) x2(k)]T
Figure BDA0003603386220000061
系统的测量信号为车辆的簧载质量加速度，系统的观测方程为：
y(k)＝Hx(k)+v(k)
y(k)＝y1，表示加速度传感器测得的信号，H＝[1 0]表示观测矩阵，v(k)是加速度传感器的测量噪声。
S42使用所述观测方程根据状态观测器3静态时的特性确定观测误差协方差；
S43使用所述搭建状态方程根据动力学模型确定过程噪声协方差；
假设过程噪声W和测量噪声v分别表示均值为0且互不相关的高斯白噪声，他们的方差分别为Q和R；
卡尔曼滤波器的增益矩阵为：
Figure BDA0003603386220000062
式中：P为误差的协方差矩阵。
S44基于所述观测误差协方差和过程噪声协方差计算卡尔曼增益，得到垂向振动速度的最优估计值
Figure BDA0003603386220000063
和系统残差
Figure BDA0003603386220000064
系统状态在下一个时刻的预测值为：
Figure BDA0003603386220000065
系统状态变量的更新方程为：
Figure BDA0003603386220000066
系统在下一个时刻的误差协方差矩阵为：
P(k+1|k)＝AP(k|k)AT+Q
误差协方差矩阵的更新方程为：
P(k+1|k+1)＝(I-K(K+1)H)P(k+1|k)
系统残差矩阵方程为：
Figure BDA0003603386220000071
S5通过悬架ECU控制器4基于所述最优估计值、所述系统残差
Figure BDA0003603386220000074
和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果。
具体方式为：
S51判断所述垂向加速度传感器1是否存在短路或断路的故障，若所述垂向加速度传感器1不存在故障，执行步骤S52；
S52根据所述行驶工况判断所述车辆的当前状态；
具体的，所述当前状态为行驶状态和停止状态中的任意一种。
S53基于所述当前状态，为所述过程噪声协方差加上经验值，得到阈值范围，当所述系统残差超过所述阈值范围时，延时预设时间段；
具体的，若汽车处于停止状态，系统的残差
Figure BDA0003603386220000072
的绝对值应该在车身垂向加速度传感器1初始的静态噪声协方差范围内波动，由于怠速发动机的转速可能会引起小的噪声振动，可以根据标定传感器得到的静态噪声协方差加上经验值设定一个阈值范围zerror，当
Figure BDA0003603386220000073
超过这个范围时，延时t1秒。
S54延时结束后判断所述系统残差是否超过所述阈值范围，若所述系统残差在所述阈值范围内，则所述垂向加速度传感器1不存在故障，并通过悬架ECU控制器4向电脑终端6和所述车辆的仪表盘5发送故障提醒，若所述系统残差超过所述阈值范围，执行步骤S55；
S55判断模式开始对垂向加速度传感器1进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值时，则所述垂向加速度传感器1存在故障，并通过悬架ECU控制器4向电脑终端6和所述车辆的仪表盘5发送故障提醒。
具体的，诊断模式开始使能，此时计数器开始计数，一旦计数器大于t2，则说明传感器的测量有异常存在，根据设计的状态观测器3得到的车身垂向振动速度的最优估计值
Figure BDA0003603386220000075
有偏差可能较大，甚至已经失效，需重新调整观测噪声方差，此时则会报出传感器失效的故障并通过悬架ECU控制器4发送到仪表盘5和电脑终端6。当计数器计数期间，一旦系统残差包含在阈值之内，则会退出诊断模式，计数器的计数也会清零，只有当系统残差再满足诊断触发条件的时候，计数器才会重新开始计数，t2为我们标定的诊断时间。
若汽车处于行驶状态，诊断原理同停止状态时类似，需要注意的是zerror的取值不同于停止状态的阈值，需根据传感器的特性和容许范围内给定经验值。
请参阅图5，第二方面，本发明提供了一种智能悬架加速度传感器故障诊断装置，包括垂向加速度传感器1、车速传感器2、状态观测器3、悬架ECU控制器4、仪表盘5和电脑终端6，所述垂向加速度传感器1、所述状态观测器3、所述悬架ECU控制器4、所述仪表盘5和所述电脑终端6依次连接，所述车速传感器2与所述悬架ECU控制器4连接；
所述车速传感器2，用于将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
所述垂向加速度传感器1，用于获取所述车辆的振动加速度；
所述状态观测器3，用于对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
所述悬架ECU控制器4，基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果；
所述仪表盘5，用于在所述车辆内显示所述判断结果；
所述电脑终端6，用于远程显示所述判断结果。
具体的，通过算法评价车辆的垂向加速度传感器1是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器1不存在硬件上的故障，执行下一步；通过车速传感器2将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；通过所述垂向加速度传感器1获取所述车辆的振动加速度；通过状态观测器3对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；通过悬架ECU控制器4基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果，通过本发明的诊断方法可实现对停止的车辆和行驶的车辆的垂向加速度传感器1进行故障诊断。
以上所揭露的仅为本发明一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法及装置较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行步骤S2；
S2通过车速传感器将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
S3通过所述垂向加速度传感器获取所述车辆的振动加速度；
S4通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
S5通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果。
2.如权利要求1所述的智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，
所述通过算法评价车辆的垂向加速度传感器是否出现硬件上的故障，若垂向加速度传感器不存在硬件上的故障，执行步骤S2的具体方式为：
S11当垂向加速度传感器信号输出为判断值，则延时预设时间段；
S12延时结束后判断所述垂向加速度传感器信号输出是否为判断值，若所述垂向加速度传感器信号不为判断值，则所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S2；若所述垂向加速度传感器信号为判断值，执行步骤S13；
S13判断模式开始对垂向加速度传感器进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值时，则所述垂向加速度传感器存在故障；若计数小于等于所述预设值时，所述垂向加速度传感器信号输出出现不等于判断值的情况，则所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S2。
3.如权利要求2所述的智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，
所述通过状态观测器对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差的具体方式为：
S41搭建状态方程和观测方程；
S42使用所述观测方程根据状态观测器静态时的特性确定观测误差协方差；
S43使用所述搭建状态方程根据动力学模型确定过程噪声协方差；
S44基于所述观测误差协方差和过程噪声协方差计算卡尔曼增益，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差。
4.如权利要求3所述的智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，
所述通过悬架ECU控制器基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果的具体方式为：
S51判断所述垂向加速度传感器是否存在短路或断路的故障，若所述垂向加速度传感器不存在故障，执行步骤S52；
S52根据所述行驶工况判断所述车辆的当前状态；
S53基于所述当前状态，为所述过程噪声协方差加上经验值，得到阈值范围，当所述系统残差超过所述阈值范围时，延时预设时间段；
S54延时结束后判断所述系统残差是否超过所述阈值范围，若所述系统残差在所述阈值范围内，则所述垂向加速度传感器不存在故障，并通过悬架ECU控制器向电脑终端和所述车辆的仪表盘发送故障提醒，若所述系统残差超过所述阈值范围，执行步骤S55；
S55判断模式开始对垂向加速度传感器进行使能，同时计数器开始计数，若计数大于预设值时，则所述垂向加速度传感器存在故障，并通过悬架ECU控制器向电脑终端和所述车辆的仪表盘发送故障提醒。
5.如权利要求4所述的智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，
所述判断值为+5V和0V中的任意一种；
所述当前状态为行驶状态和停止状态中的任意一种。
6.一种智能悬架加速度传感器故障诊断装置，应用于权利要求5所述的智能悬架加速度传感器故障诊断方法，其特征在于，
包括垂向加速度传感器、车速传感器、状态观测器、悬架ECU控制器、仪表盘和电脑终端，所述垂向加速度传感器、所述状态观测器、所述悬架ECU控制器、所述仪表盘和所述电脑终端依次连接，所述车速传感器与所述悬架ECU控制器连接；
所述车速传感器，用于将所述车辆的行驶工况划分停止工况和行驶工况；
所述垂向加速度传感器，用于获取所述车辆的振动加速度；
所述状态观测器，用于对所述振动加速度进行计算，得到垂向振动速度的最优估计值和系统残差；
所述悬架ECU控制器，基于所述最优估计值、所述系统残差和所述行驶工况判断垂向振动加速度传感器当前的信号是否已经出现失效，得到判断结果；
所述仪表盘，用于在所述车辆内显示所述判断结果；
所述电脑终端，用于远程显示所述判断结果。
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