一种用于线控制动系统的电机冗余控制方法及系统与流程

本发明涉及汽车制动系统，具体是涉及一种用于线控制动系统的电机冗余控制方法及系统。

背景技术：

1、当前主流的线控制动系统采用电子液压制动单元与电子稳定控制单元协同工作的架构，其中电子液压制动单元用于为液压制动系统提供主要压力源，电子稳定控制单元用于整车操稳性能保持及轮缸压力调节，在硬件层面，已有双电机同轴布置、分体式全冗余架构等成熟方案，在控制策略层面，现有方案的核心逻辑是通过在电子液压制动单元发生故障后上报故障并请求电子稳定控制单元接管，若电子稳定控制单元同时失效则退化为机械备份制动。

2、然而，这种故障发生后被动响应的控制忽略了关键部件从性能退化到完全失效之间普遍存在的渐进演变过程，由于缺乏对退化趋势的感知与量化手段，系统无法区分轻微性能衰减和即将完全失效这两种本质不同的状态，只能统一采用最保守的后处理策略，导致制动效能未得到最大化保留，更为关键的是，从故障实际发生到系统检测并完成切换之间必然存在响应延迟，这一时间窗口内制动力处于中断或骤降状态，难以满足高阶自动驾驶对制动系统提出的单点失效后仍能维持基本制动能力的要求。

3、于是有鉴于此，本发明提出一种用于线控制动系统的电机冗余控制方法及系统以弥补和改善现有技术的欠缺之处。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种能够利用关键部件失效前的退化趋势信息实现冗余切换的前瞻性预判，使系统能够在故障完全发生之前即完成切换决策与执行的用于线控制动系统的电机冗余控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的相应技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于线控制动系统的电机冗余控制方法，所述线控制动系统包括电子液压制动单元和电子稳定控制单元，包括以下步骤：

3、步骤一、获取电子液压制动单元中关键部件的材料属性参数、运行工况载荷谱及环境应力参数，结合疲劳损伤累积模型，构建多物理场退化模型；

4、步骤二、实时采集电子液压制动单元的运行状态参数，以运行状态参数作为观测数据，采用贝叶斯递归滤波算法对多物理场退化模型中的待辨识参数进行在线更新，使多物理场退化模型的输出与运行状态参数的实测值之间的偏差最小化；

5、步骤三、基于在线更新后的多物理场退化模型，计算电子液压制动单元在当前时刻的综合健康度评分，通过多物理场退化模型，结合预设的失效阈值，计算关键部件在未来运行工况下达到失效阈值的概率分布，输出电子液压制动单元的剩余有效寿命概率分布及置信区间；

6、步骤四、根据综合健康度评分和剩余有效寿命概率分布，从预设的多级容错策略中选配对应的目标容错策略并执行，所述多级容错策略包括第一容错策略、第二容错策略和第三容错策略，各级容错策略对应的电子液压制动单元的输出能力依次递减，所述电子稳定控制单元的介入程度依次递增，且仅在剩余有效寿命概率分布的置信区间宽度小于预设的收敛阈值时，才允许执行多级容错策略中的降级切换动作，当电子稳定控制单元的主动增压功能失效时，控制线控制动系统切换至机械备份制动模式。

7、作为优选的，在步骤一中：

8、获取关键部件的材料属性参数的具体过程为：

9、通过部件材料数据库获取标称值，并通过同批次样品抽样试验获取测试值；

10、所述运行工况载荷谱通过制动系统控制器局域网络总线实时读取；

11、所述环境应力参数通过安装在电子液压制动单元外壳上的传感器实时采集，并经滤波器去噪处理后使用。

12、作为优选的，构建多物理场退化模型的具体过程如下：

13、获取电子液压制动单元中关键部件的材料属性参数、运行工况载荷谱及环境应力参数；

14、基于线性累积损伤理论，根据载荷谱中的应力循环次数和材料疲劳特性参数，计算机械疲劳退化量；

15、根据环境温度及部件核心温度，采用热激活退化速率模型，计算热力耦合退化量；

16、根据环境湿度及部件等效应力，计算环境腐蚀退化量；

17、将机械疲劳退化量、热力耦合退化量和环境腐蚀退化量通过耦合函数进行融合，生成综合退化量，得到多物理场退化模型。

18、作为优选的，对多物理场退化模型中的待辨识参数进行在线更新的具体过程如下：

19、定义多物理场退化模型中的待辨识参数向量，并为每个参数设定先验概率分布；

20、在每个采样时刻，采集电子液压制动单元的制动主缸压力、电机电流、电机转速和部件表面温度作为观测数据；

21、建立状态转移方程，描述待辨识参数在相邻采样时刻间的变化关系；

22、建立观测方程，将多物理场退化模型的输出与观测数据相关联；

23、采用贝叶斯递归滤波算法，根据当前时刻的观测数据更新待辨识参数的后验概率分布，得到更新后的参数估计值；

24、计算更新后多物理场退化模型的输出与观测数据实测值之间的加权偏差，并输出该偏差值用于监测模型跟踪精度。

25、作为优选的，计算电子液压制动单元在当前时刻的综合健康度评分的具体过程如下：

26、基于在线更新后的多物理场退化模型，提取各关键部件在当前时刻的综合退化量；

27、为每个关键部件分配功能重要度权重；

28、根据每个关键部件的综合退化量和退化速率，计算每个关键部件的健康度评分；

29、根据当前制动需求压力与系统最大可输出压力的比值，结合当前环境温度，计算安全裕度修正因子；

30、将所有关键部件的健康度评分按照功能重要度权重进行加权融合，再经安全裕度修正因子修正后，输出电子液压制动单元在当前时刻的综合健康度评分。

31、作为优选的，输出电子液压制动单元的剩余有效寿命概率分布及置信区间的具体过程如下：

32、设定各关键部件的失效阈值，并将各部件失效阈值中的最小值确定为电子液压制动单元的系统失效阈值；

33、根据在线更新后的多物理场退化模型参数后验分布，生成多个参数样本；

34、对每个参数样本，结合预设的未来运行工况预测数据，向前递推计算综合退化量随时间的变化轨迹；

35、对每个参数样本，确定综合退化量首次达到系统失效阈值的时间点，将该时间点记录为该样本的剩余有效寿命值；

36、汇总所有参数样本的剩余有效寿命值，构建剩余有效寿命的概率分布；

37、根据剩余有效寿命的概率分布，输出指定置信水平下的置信区间下限值、上限值和中位值；

38、计算置信区间宽度，并将该宽度与预设的收敛阈值进行比较，输出置信区间是否收敛的标志位。

39、作为优选的，根据综合健康度评分和剩余有效寿命概率分布，从预设的多级容错策略中选配对应的目标容错策略并执行的具体过程如下：

40、设定综合健康度评分的第一分级阈值、第二分级阈值和第三分级阈值，设定剩余有效寿命中位值的第一分级阈值、第二分级阈值和第三分级阈值；

41、将综合健康度评分和剩余有效寿命中位值作为双输入决策变量，按照预设的决策规则从第一容错策略、第二容错策略和第三容错策略中选配目标容错策略；

42、在策略切换前，检查剩余有效寿命概率分布的置信区间宽度是否小于预设的收敛阈值，仅当置信区间宽度小于收敛阈值时允许执行降级切换动作，否则保持当前策略不切换；

43、根据选配的目标容错策略执行对应的控制动作，第一容错策略下电子液压制动单元全功率输出且电子稳定控制单元不主动介入，第二容错策略下电子液压制动单元降额输出且电子稳定控制单元间歇介入，第三容错策略下电子液压制动单元进一步降额输出且电子稳定控制单元连续介入；

44、在策略执行过程中持续监测电子稳定控制单元的主动增压功能状态，当检测到主动增压功能失效时，立即控制线控制动系统切换至机械备份制动模式；

45、策略执行完成后返回步骤二，在每个控制周期内重新进行策略选配。

46、一种用于线控制动系统的电机冗余控制系统，包括退化模型构建模块、参数在线更新模块、健康寿命评估模块以及容错策略执行模块，其中：

47、退化模型构建模块，用于获取电子液压制动单元中关键部件的材料属性参数、运行工况载荷谱及环境应力参数，结合疲劳损伤累积模型，构建多物理场退化模型；

48、参数在线更新模块，用于实时采集电子液压制动单元的运行状态参数，以运行状态参数作为观测数据，采用贝叶斯递归滤波算法对多物理场退化模型中的待辨识参数进行在线更新，使多物理场退化模型的输出与运行状态参数的实测值之间的偏差最小化；

49、健康寿命评估模块，用于基于在线更新后的多物理场退化模型，计算电子液压制动单元在当前时刻的综合健康度评分，通过多物理场退化模型，结合预设的失效阈值，计算关键部件在未来运行工况下达到失效阈值的概率分布，输出电子液压制动单元的剩余有效寿命概率分布及置信区间；

50、容错策略执行模块，用于根据综合健康度评分和剩余有效寿命概率分布，从预设的多级容错策略中选配对应的目标容错策略并执行，所述多级容错策略包括第一容错策略、第二容错策略和第三容错策略，各级容错策略对应的电子液压制动单元的输出能力依次递减，所述电子稳定控制单元的介入程度依次递增，且仅在剩余有效寿命概率分布的置信区间宽度小于预设的收敛阈值时，才允许执行多级容错策略中的降级切换动作，当电子稳定控制单元的主动增压功能失效时，控制线控制动系统切换至机械备份制动模式。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过构建多物理场退化模型，以电子液压制动单元的运行状态参数作为观测数据，对多物理场退化模型中进行在线更新，基于在线更新后的多物理场退化模型，计算综合健康度评分，结合预设的失效阈值，计算关键部件在未来运行工况下达到失效阈值的概率分布，输出电子液压制动单元的剩余有效寿命概率分布及置信区间，根据综合健康度评分和剩余有效寿命概率分布，从预设的多级容错策略中选配对应的目标容错策略并执行，进而有效解决了现有线控制动冗余控制方案仅在故障发生后被动响应所存在的响应延迟、制动效能损失大以及无法满足高阶自动驾驶对制动系统单点失效后维持基本制动能力要求的技术难题，同时，将冗余切换决策建立在寿命预测结果之上，基于综合健康度评分与剩余有效寿命概率分布的联合判定，实现了从轻微性能衰减到即将完全失效不同退化程度的差异化分级容错响应，在维持制动安全的前提下最大程度保留了制动效能。