车辆电控系统故障诊断的去抖动方法研究

翟霄雁， 郭庆波， 高发廷

（中国重型汽车集团汽车研究总院， 山东 济南250002）

随着汽车工业的发展，汽车电子化程度日益提高，多种电子控制系统在车辆上得到了广泛的应用。并且随着电控程度的提高，电控系统采用了更多的传感器和执行器，这些传感器、执行器及电控系统本身工作情况的诊断，也成为电控系统功能的重要组成部分［1］。

故障诊断必须首选满足精确性的要求，即系统有故障时，要及时报出来，提醒用户，而系统没有故障时，不能误报故障，给用户的使用造成困扰。然而车辆运行工况的复杂性，决定了故障的诊断具有一定的难度。尤其是某些故障在某些工况下，可能会短暂地报出来，但是并不是真实的有故障发生，会给诊断造成一定困难。例如，车辆在崎岖路面行驶，由于振动可能会造成线束短暂接触不良，使某一信号短时丢失，并不是真正的线束断路，这时不能报出该信号的开路故障。

本文针对故障诊断的这一难点问题，进行了原始故障状态的去抖动方法研究。可以根据具体故障，采取不同的故障去抖动方法，设定不同的故障确认时间及故障修复时间，保证故障诊断的精确性。

本文提出的故障去抖动方法有两种：基于时间清零的故障去抖动方法和基于时间可累加的故障去抖动方法。

1 基于时间清零的故障去抖动方法

1.1 原理

每个故障的确认时间不同。例如有的故障持续发生1s就能确认该故障真实发生，如电气故障。有的故障需要持续发生30s才能确认该故障真实发生，如动态合理性故障。需要针对每个故障设定故障确认时间。

故障的原始状态为1，表示按照故障的诊断逻辑，有故障发生。故障的原始状态为0，表示按照故障的诊断逻辑，没有故障发生。

图1 基于时间清零的故障去抖动方法原理

如图1所示，基于时间清零的故障去抖动方法，即当故障原始状态为1的持续时间达到故障确认时间时，才确认该故障发生。如果故障原始状态为1的持续时间未达到故障确认时间，则故障计数器和故障确认等级都清零。

同样在故障修复时，只有该故障原始状态为0的持续时间达到故障修复时间时，才确认该故障修复。否则，该故障还是属于确认发生状态。

1.2 控制逻辑

如图2所示，电控系统运行且无故障时，程序进入OFF状态，此时故障的原始状态st为0，故障计数器DDRC_st和故障确认等级DDRC_DbLv的值也为0。当故障的原始状态st变为1时，程序跳转至ON状态的A1分状态。如果st持续为1，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期加1，故障确认等级DDRC_DbLv的值为：

式中：dt——该段程序运行周期；DebDef——故障确认时间。

图2 基于时间清零的故障去抖动方法控制逻辑

如果故障计数器DDRC_st的值累加到DebDef/dt，程序跳转至A3分状态，故障确认等级DDRC_DbLv的值为100，即该故障确认发生。故障计数器DDRC_st的值清零，等待重新计数。

如果故障计数器DDRC_st的值在没有累加到DebDef/dt时，故障的原始状态st就变为0，则程序进入A2分状态，故障确认等级DDRC_DbLv的值和故障计数器DDRC_st的值都清零，等待重新计数。

如上所述，故障确认发生时处于A3分状态。如果这时故障的原始状态st变为0，程序跳转至B1分状态。如果st持续为0，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期加1，故障确认等级DDRC_DbLv的值为：

当故障计数器的值大于等于DebOk/dt时，由分状态B1跳转到分状态A2，故障完全修复。

如果故障再次发生，则由分状态A2跳转到A1，重复上述过程。

2 基于时间可累加的故障去抖动方法

2.1 原理

如图3所示，基于时间可累加的故障去抖动方法，即当故障原始状态为1时，故障计数器的值和故障确认等级都增加。当故障原始状态变为0时，故障计数器的值和故障确认等级都减小，不会直接清零。只有当故障原始状态为1的累积时间达到故障确认时间时，才确认该故障发生。

同样在故障修复时，只有当该故障的原始状态为0的累积时间达到故障修复时间时，才确认该故障修复。否则，该故障还是属于确认状态。

该种去抖动方法适用于故障原始状态变化比较频繁的故障。这类故障由于故障原始状态在1与0之间频繁变化，很难维持较长时间，因此用基于时间清零的去抖动方法较难确认。

2.2 控制逻辑

如图4所示，电控系统运行且无故障时，程序进入OFF状态，此时故障的原始状态st为0，故障计数器DDRC_st和故障确认等级DDRC_DbLv的值也为0。当故障的原始状态st变为1时，程序跳转至ON状态的A1分状态。如果st持续为1，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期加1，故障确认等级DDRC_DbLv的值由公式（1） 计算。

图4 基于时间可累积的故障去抖动方法控制逻辑

如果故障计数器DDRC_st的值累加到DebDef/dt，程序跳转至A3分状态，故障确认等级DDRC_DbLv的值为100，即该故障确认发生。故障计数器DDRC_st的值清零，等待重新计数。

如果故障计数器DDRC_st的值在没有累加到DebDef/dt时，故障的原始状态st就变为0，则程序进入A2分状态，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期减1，故障确认等级DDRC_DbLv的值由公式（1） 计算。

如果故障计数器的值减小到0，则跳转至C1分状态故障计数器和故障确认等级值都为0。

如果故障的原始状态st变为1，则程序跳转至A1状态，故障计数器和故障确认等级值继续累加。

如上所述，故障确认发生时处于A3分状态。如果这时故障的原始状态st变为0，程序跳转至B1分状态。如果st持续为0，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期加1，故障确认等级DDRC_DbLv的值由公式（2） 计算。

如果故障计数器DDRC_st的值在没有累加到DebOk/dt时，故障的原始状态st就变为1，则程序跳转至B2分状态，计数器DDRC_st的值在程序的每个运行周期减1，故障确认等级DDRC_DbLv的值由公式（2） 计算。

当st变为1时，跳转至B1分状态，故障计数器和故障确认等级值继续累加。

当故障计数器的值大于等于DebOk/dt时，由分状态B1跳转到分状态C1，故障完全修复。

如果故障再次发生，则由分状态C1跳转到A1，重复上述过程。

3 仿真运行结果

设故障确认时间DebDef为3000ms，故障修复时间DebOk为1000ms，程序运行周期dt为200ms。

故障原始状态如图5所示。

基于时间清零的故障去抖动方法，故障计数器和故障确认等级的值如图6所示。基于时间可累积的故障去抖动方法，故障计数器和故障确认等级的值如图7所示。其中，橙色曲线为故障确认等级的值，蓝色曲线为故障计数器的值。

当故障确认等级为100时，该故障确认，可以向用户报出故障。当故障确认等级为0时，该故障修复。

图6 基于时间清零的故障去抖动方法仿真结果

图7 基于时间可累积的故障去抖动方法仿真结果

4 结论

通过以上仿真结果可以看到，采用基于时间清零的故障去抖动方法和基于时间可累积的故障去抖动方法，能有效防止故障误报。通过对每个故障设置故障确认时间和故障修复时间，能够根据每个故障发生的实际情况，进行准确报出和修复。