1．目的及意义

1. 论文选题的目的和意义

随着汽车油耗与排放法规政策日渐严苛，整车制造商们都在积极地寻找解决方案，电动化是其中重要的解决思路，在目前纯电动汽车受到续驶里程等性能限制的情况下，混合动力汽车成为许多整车制造商的选择，其中48V微混动力系统以其更高的性价比和更低的开发难度成为众多整车制造商们转型升级的突破口.

传统内燃机结合48V BSG电机的弱混合动力系统是应对未来油耗法规的一种高性价比方案，其节油效果明显、成本低、开发难度小。混合动力技术是未来汽车实现节能减排的关键，但目前常见的混合动力汽车都存在着节油率和经济性的矛盾。弱混技术的优点是起停技术成本低、开发周期短，但其节油潜力有限，节油率为5%～7%；强混技术能够将整车油耗降低25%以上，但是成本高、系统复杂、量产难度大，短时间内无法大规模推广。因此，寻找一种能够有效折中节油率和经济性的混合动力方案显得尤为重要。提高汽车电气系统的电压水平，能够大幅提高弱混方案中电机、电池等部件的能力和效率，从而进一步降低油耗。在BSG启动模式、短时助力加速模式下，48V微混动力系统的主要节油原理在于用BSG电机短时间内提供的驱动力矩替代发动机混合气的加浓过程，这就要求BSG电机在短时间内提供足够大的驱动力矩并迅速实现系统转速的稳定。

系统传动过程和电机控制策略要具有更高的可靠性，因此制定一个微混动力系统故障诊断策略很有必要，一旦发生组件故障以便能够及时检测到，采取有效的补救措施以避免系统故障。故障诊断系统可以对动力系统进行故障检测及隔离，以提高微混动力系统的功能安全性。

而结构分析法是一种基于模型的新型故障诊断方法，能根据系统模型快速分析复杂系统中故障可检测性和可隔离性，设计观测值实现系统各故障的检测与隔离，可有效提高故障诊断效率。相对于观测值数量较多且涉及大量矩阵运算的参数估计法、状态估计法和等价空间法，本文所建立的故障诊断系统，仅利用少量观测值实现48V微混动力系统的多个故障的检测与隔离，从而简化诊断算法，在保证诊断方法可靠性的基础上降低诊断系统的开发难度。因此研究基于结构分析法的微混动力系统故障诊断策略很有必要。

2. 国内外关于该论题的研究现状

结构分析法是一种基于模型的新型故障诊断方法，能根据系统模型快速分析复杂系统中故障可检测性和可隔离性，设计观测值实现系统各故障的检测与隔离，可有效提高故障诊断效率。该方法最早由文献《ANALYTICAL REDUNDANCY IN NON LINEAR INTERCONNECTED SYSTEMS BY MEANS OF STRUCTURAL ANALYSIS》文献[1]提出，随后被国内外学者从DM分解（Dulmage-Mendelsohn decomposition）技术^[2]、冗余分析^[3]、容错控制设计^[4]、最小超定方程集获取^[5]、残差设计方面不断改进^[6-10]，近几年来广泛应用于汽车诊断研究领域，文献[6]使用含有混合因果关系的计算序列设计残差，运用于柴油汽车系统故障诊断研究；文献[7]将结构分析法运用于汽车发动机的故障检测和隔离，提出残差统计评价方法；文献[8]提出连续残差设计方法，在混合动力汽车中进行验证，但没有考虑电机内部传感器故障；文献[9]结合永磁同步电机的驱动模型推导出一套用于故障检测和隔离的方法，实现电动汽车的故障诊断，所建立的诊断系统观测值多，算法复杂；文献[10]对一款变速器的传动系统进行了故障诊断系统设计。本文根据48V微混动力系统的工作原理，分析系统及电机内部传感器的常见失效形式，并将故障参数化，运用基于模型的结构分析法，设计少量观测值，制定高效可靠的诊断策略，在Matlab/Simulink中建立系统故障模型，仿真验证了诊断系统的有效性，也反映出结构分析法运用于复杂系统时的优势。