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在汽车工业高速蓬勃发展的今天,行驶安全性与舒适性越来越成为市场关注的焦点。电动助力转向系统(EPS)作为现代汽车中显著改善行驶舒适性的重要部件之一,系统的功能可靠性不仅影响驾驶舒适性,更是显著影响行驶安全。基于此,进行电动助力转向故障诊断系统的研究,不但对于评估其工作状态、进行传感器布置、实现故障源获取等具有重要意义,而且有利于系统可靠运行,增强行车安全性。本文依托于国家自然科学基金项目——“汽车横向辅助驾驶系统深度感知与人机协同控制研究”,对电动助力转向系统进行故障诊断研究,主要对系统进行故障模型建立、故障模式、影响及危害性分析,并通过结构分析法(SA)对电动助力转向系统进行故障可检测性与可隔离性分析、实现故障诊断系统的序列残差设计与校验。本文的具体研究工作包括:(1)进行电动助力转向系统数学模型的搭建;基于二自由度车辆动力学模型及双层控制方法完成电动助力转向基本助力控制,并运用系统补偿实现EPS电流跟踪;通过MATLAB/Simulink实现系统电流跟踪与转矩跟踪的仿真;基于电动助力转向数学模型,引入故障模式、影响及危害性分析方法(FMECA)系统分析EPS各部件发生故障后的模式、故障影响及危害性,基于定性危害性矩阵获取系统关键故障,进而确立电动助力转向系统故障模型。(2)通过引入基于模型的结构分析法(SA)故障诊断理论,开发图形化MATLAB/GUI结构分析法故障诊断工具箱,进而对初始电动助力转向系统故障模型进行系统结构表征,并运用Dulmage–Mendelsohn分解进行故障可检测性与故障可隔离性分析;进一步地,基于结构分析法对电动助力转向系统进行传感器布置,实现故障诊断系统诊断能力的优化。(3)基于结构分析法故障诊断理论,获取故障诊断系统结构最小型超定方程集(MSO sets),针对每组结构最小型超定方程集,进行序列残差的设计;通过MATLAB/Simulink搭建故障诊断与识别(FDI)系统,引入固定阈值,比对故障信号与固定阈值,判定故障发生与否,完成故障检测与诊断;将每组MSO集残差响应结果与理论分析结果对比,验证基于结构分析法的故障诊断系统对电动助力转向系统的可行性与有效性。