一种基于模型驱动架构(MDA)的电动汽车EPS系统可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术属于电动汽车领域，尤其是一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，针对目前EPS系统可靠性研究只对单一部件进行研究的问题，现提出以下方案，包括下步骤：步骤一：将MDA和FIA相结合，对EPS系统可靠性进行分析评估；步骤二：从EPS系统模型级出发，综合采用AADL及EMA语言，构建系统架构模型A‑EPS及系统可靠性模型R‑EPS；步骤三：研究并改进MDA模型到FTA模型的映射规则，步骤四：根据步骤三中的规则实现R‑EPS模型到EPS故障树模型的转换。与现有技术相比，本发明专利技术全面考虑到EPS系统各构件及构件之间的依赖关系并综合考虑软、硬在系统运行中存在的安全问题，实现对EPS系统综合可靠性的分析，为工程实际提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型驱动架构(MDA)的电动汽车EPS系统可靠性评估方法
本专利技术涉及电动汽车领域，尤其涉及一种基于模型驱动架构(MDA)的电动汽车EPS系统可靠性评估方法。
技术介绍
目前，国内外对汽车EPS系统的可靠性研究主要集中在EPS系统核心部件建模与控制技术、机械故障诊断两方面。其中EPS系统核心部件建模与控制技术主要指EPS系统核心部件的数学方程描述，控制技术指EPS系统控制方法、控制策略。在机械故障诊断方面主要包括：部件的故障诊断与隔离、部件优化设计及容错控制技术、故障统计与预测。上述方法只是针对EPS系统单一部件进行研究，必须采用一种更有效的可靠性分析方法，从系统层面入手，构建EPS系统可靠性模型并进行可靠性综合评估。文献“姚志刚.基于模型的汽车电动助力转向故障诊断系统研究[D].合肥工业大学,2019,4.”提出了基于模型的结构分析方法(StructuralAnalysis，SA),该方法采用故障模式影响及危害性分析(FaultModeEffectAndCriticalityAnalysis,FMECA)对EPS系统部件故障模式、故障影响进行分析，通过定性分析确定系统关键部件并建立EPS系统故障模型，但该方法是在FMECA定性分析下构建的系统故障模型，存在模糊不确定性且没有综合考虑软、硬件对系统可靠性的影响。为此，必须从系统模型级入手，全面考虑到EPS系统各构件及构件之间的依赖关系并综合考虑软、硬在系统运行中存在的安全问题，实现对EPS系统综合可靠性的分析。
技术实现思路
r>基于目前EPS系统可靠性研究只对单一部件进行研究的问题，本专利技术提出了一种基于模型驱动架构(MDA)的电动汽车EPS系统可靠性评估方法。本专利技术提出的一种基于模型驱动架构(MDA)的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，包括如下步骤：步骤一：将MDA和FIA相结合，对EPS系统可靠性进行分析评估；步骤二：从EPS系统模型级出发，综合采用AADL及EMA语言，构建系统架构模型A-EPS及系统可靠性模型R-EPS；步骤三：研究并改进MDA模型到FTA模型的映射规则；步骤四：根据步骤三中的规则实现R-EPS模型到EPS故障树模型的转换；步骤五：通过FIA定量分析预测EPS系统失效率，通过FTA定性分析确定EPS可靠性关键部件并给出合理化建议，为工程实际提供理论依据。优选的，所述步骤一中：模型驱动结构方法(MDA)能够从系统模型级进行研究，对系统的功能及非功能属性(实时性、安全性等)进行验证与分析，极大地缩短系统开发周期降低开发成本，是保证系统可靠性的重要手段，体系结构分析与设计语言(AADL)是SAE提出的种软硬件协同的结构设计分析语言，是MDA方法中的重要体系结构描述语言，其中AADL包括核心语言和扩展附件(BehaviorAnnex,ErrormodelAnnex)，AADL核心语言可以建模复杂系统架构模型，错误模型附件(Errormodelannex,FMA)可用于系统可靠性评估，对系统运行时的故障信息进行描述，包括AADL组件故障、故障状态变迁、故障传播等，利用AADL核心语言和EMA子语言可构建系统的AADL可靠性模型，为使系统可靠性模型有更精确的验证与分析，常将AADL可靠性模型转换成GSPN、SAGSPN等各种形式的Petri网有限状态机、故障树(FTA)等形式化模型，通过严格的数学理论推导及形式化工具对系统的可靠性进行分析评估，从而验证与优化系统模型的架构设计。在形式化模型中，故障树分析法(FIA)具备简单、高效、逻辑性强等特点，可对系统可靠性进行定性、定量分析，通过FTA定性分析，可追踪得到系统最薄弱环节；通过FTA定量分析，可求出系统整体失效的概率。优选的，所述步骤二中的AADL可靠性模型包括AADL架构模型(A-EPS)和AADL错误模型(EMA)；依据EPS系统工作原理及组成部分，该系统的AADL模型架构(A-EPS)中EPS系统由控制单元(进程EPS_control)、传感器(Speed_sensor,Torque_sensor)以及电动机(Electric_motor)、电磁离合器(Electromagnetic_clutch)、转向机构(Steering_mechanism)组成；AADL错误模型(EMA)描述了组件可靠性相关的信息，包括故障类型、故障事件、故障状态、故障状态变迁、故障分布等信息；将AADL架构模型和AADL错误模型结合即可构建EPS可靠性模型(R-EPS)。优选的，所述步骤三中的映射规则：定义1：基本故障树FTA＝(TE,IE,BE,G)。TE:TopEvent顶事件，位于故障树顶端，表示所有事件联合发生作用的结果；IE:IntermediateEvent中间事件，位于顶事件和底事件之间；TE和IE均采用矩形符号表示；BE:BottomEvent底事件，包括基本事件BasicEvent，表示该事件已无需继续探明原因，且故障模式已知，常用圆形符号表示；G:Gate门，包括或门ORGate和与门ANDGate。或门：至少一个输入事件发生时，则输出事件发生；与门：表示仅当所有输入事件均发生时，输出事件才会发生。定义2：依据EMA基本元素，可表示为:EMA＝(ES,EE,T,OD)；ES：所有错误状态的集合，ES＝{es1，es2，…，esm}；EE：所有错误事件的集合，EE＝{ee1，ee2，…，eem}；OD：OccurrenceDistribution错误事件的故障分布及发生的概率；T：所有错误状态间变迁的集合，转移函数T(esi，eej)＝esk。对比EMA及FTA模型基本元素，可得出这两种模型中元素的对应关系，转换规则如下：Rule1:EMA(EE)—>FTA(BE),错误模型中的错误事件转换为故障树中的底事件；Rule2:EMA(EE^OD)—>FTA(BE),错误模型中的错误事件的故障分布类型及概率转换为故障树中的底事件概率；Rule3:EMA(ES)—>FTA(ME)\(TE),错误模型中的错误状态转换为故障树中的中间事件或顶事件；Rule4:EMA(T)—>FTA(G),错误模型的连接弧转换为故障树中的逻辑门，其中逻辑门的转换规则有两种：(1)EMA中的复合错误行为compositeerrorbehavior描述的是复合故障行为，表述错误事件与状态变迁之间的关系。and表示几个错误事件均发生才导致状态变迁，or表示任意一个事件发生都将导致状态变迁。为此，可将EMA中and转换为FTA的与门，or转换为FTA的或门；(2)不同故障事件间的相关性，当EEi与EEj之间存在相关性，即故障事件i发生会引发故障事件j发生，则可转换为与门；若EEi与EEj间不存在相关性，即故障事件i发生不会引发故障事件j发生，则可转换为或门，表述了不同构件间的相互依赖关系。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：将MDA和FIA相结合，对EPS系统可靠性进行分析评估；/n步骤二：从EPS系统模型级出发，综合采用AADL及EMA语言，构建系统架构模型A-EPS及系统可靠性模型R-EPS；/n步骤三：研究并改进MDA模型到FTA模型的映射规则；/n步骤四：根据步骤三中的规则实现R-EPS模型到EPS故障树模型的转换；/n步骤五：通过FIA定量分析预测EPS系统失效率，通过FTA定性分析确定EPS可靠性关键部件并给出合理化建议，为工程实际提供理论依据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将MDA和FIA相结合，对EPS系统可靠性进行分析评估；
步骤二：从EPS系统模型级出发，综合采用AADL及EMA语言，构建系统架构模型A-EPS及系统可靠性模型R-EPS；
步骤三：研究并改进MDA模型到FTA模型的映射规则；
步骤四：根据步骤三中的规则实现R-EPS模型到EPS故障树模型的转换；
步骤五：通过FIA定量分析预测EPS系统失效率，通过FTA定性分析确定EPS可靠性关键部件并给出合理化建议，为工程实际提供理论依据。


2.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤一中：模型驱动结构方法（MDA）能够从系统模型级进行研究，对系统的功能及非功能属性（实时性、安全性等）进行验证与分析，极大地缩短系统开发周期降低开发成本，是保证系统可靠性的重要手段，体系结构分析与设计语言（AADL）是SAE提出的种软硬件协同的结构设计分析语言，是MDA方法中的重要体系结构描述语言，其中AADL包括核心语言和扩展附件（BehaviorAnnex,ErrormodelAnnex），AADL核心语言可以建模复杂系统架构模型，错误模型附件（Errormodelannex,FMA）可用于系统可靠性评估，对系统运行时的故障信息进行描述，包括AADL组件故障、故障状态变迁、故障传播等，利用AADL核心语言和EMA子语言可构建系统的AADL可靠性模型，为使系统可靠性模型有更精确的验证与分析，常将AADL可靠性模型转换成GSPN、SAGSPN等各种形式的Petri网有限状态机、故障树（FTA）等形式化模型，通过严格的数学理论推导及形式化工具对系统的可靠性进行分析评估，从而验证与优化系统模型的架构设计，
在形式化模型中，故障树分析法（FIA）具备简单、高效、逻辑性强等特点，可对系统可靠性进行定性、定量分析，通过FTA定性分析，可追踪得到系统最薄弱环节；通过FTA定量分析，可求出系统整体失效的概率。


3.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤二中的AADL可靠性模型包括AADL架构模型（A-EPS）和AADL错误模型（EMA）；
依据EPS系统工作原理及组成部分，该系统的AADL模型架构（A-EPS）中EPS系统由控制单元（进程EPS_control）、传感器(Speed_sensor,Torque_sensor)以及电动机(Electric_motor)、电磁离合器(Electromagnetic_clutch）、转向机构(Steering_mechanism）组成；AADL错误模型（EMA）描述了组件可靠性相关的信息；包括故障类型、故障事件、故障状态、故障状态变迁、故障分布等信息；将AADL架构模型和AADL错误模型结合即可构建EPS可靠性模型（R-EPS）。


4.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动架构（MDA）的电动汽车EPS系统可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤三中的映射规则：
定义1：基本故障树FTA=(TE,IE,BE,G)，
TE:TopEvent顶事件，位于故障树顶端，表示所有事...

【专利技术属性】
技术研发人员：马峥，王帆，徐涛，周海鹰，
申请(专利权)人：武汉交通职业学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42