趙繼鳳，韓　梅

（陜西汽車集團(tuán)，陜西 西安　710043）

純電動(dòng)汽車加速踏板有效性驗(yàn)證

趙繼鳳，韓梅

（陜西汽車集團(tuán)，陜西 西安710043）

為保證整車控制器能夠有效地采集加速踏板信號(hào)，以某款電子加速踏板為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字濾波、信號(hào)診斷、選取及歸一化處理，同時(shí)建立相應(yīng)的Simulink模型，經(jīng)過硬件在環(huán) （Hardware in the loop，HIL）測(cè)試及實(shí)物測(cè)試，驗(yàn)證加速踏板的輸入有效性及穩(wěn)定性。

加速踏板；有效性檢測(cè)；HIL測(cè)試；Simulink模型

純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)中，加速踏板信號(hào)作為其中一個(gè)重要的輸入量，其控制著電機(jī)扭矩的輸出，從而達(dá)到汽車動(dòng)力的輸出。若加速踏板信號(hào)不穩(wěn)定，將直接影響整車系統(tǒng)的運(yùn)行。為了保證整車能夠正常、安全、舒適地行駛，整車控制器必須對(duì)加速踏板信號(hào)的有效性做出有效判斷，因此，本文針對(duì)加速踏板信號(hào)建立MATLAB/Simulink模型進(jìn)行有效性檢測(cè)。

1　加速踏板簡介

傳統(tǒng)的加速踏板通過踏板拉線或者拉桿和節(jié)氣門相連，因此又叫做油門踏板。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子加速踏板 （圖1）的應(yīng)用越來越廣泛，在純電動(dòng)汽車上駕駛員踩下電子加速踏板時(shí)，實(shí)際上是傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)一個(gè)踏板位置傳感器的信號(hào)，位置傳感器采集踏板開度變化及加速度，然后向驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，從而控制整車動(dòng)力的輸出。電子加速踏板主要由踏板及位置傳感器組成。位置傳感器安裝在加速踏板內(nèi)部，隨時(shí)監(jiān)測(cè)加速踏板的位置。電子加速踏板模擬傳統(tǒng)機(jī)械踏板工作，一旦踏板位置發(fā)生改變，位置傳感器將該變化直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)發(fā)給整車控制器 （VCU，Vehicle Control Unit）。這種電信號(hào)發(fā)送至整車控制器后即可迅速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)駕駛者的意圖。最小加速踏板電壓 （圖1中實(shí)線位置）是踏板處于完全松開、閉合位置時(shí)的加速踏板傳感器輸出電壓。最大加速踏板電壓 （圖1中虛線位置）是踏板處于完全踩下、開啟位置時(shí)的加速踏板傳感器輸出電壓。電子加速踏板行程是指踏板初始位置與最大位置之間的角度差值，如圖1中角度為17°±1°距離。

圖1　電子加速踏板結(jié)構(gòu)圖

本文所使用的電子加速踏板的兩路信號(hào)電壓如圖2所示。

與接入整車控制器后的對(duì)應(yīng)模擬量數(shù)值 （AD）見表1。

2　踏板信號(hào)有效性診斷

2.1數(shù)字信號(hào)濾波

整車控制器接收到由踏板傳感器發(fā)送過來的信號(hào)，首先要判斷其信號(hào)是否為踏板信號(hào)電壓所對(duì)應(yīng)的AD范圍值。若在正常范圍值內(nèi)，則進(jìn)入信號(hào)處理程序；若不在范圍內(nèi)，則進(jìn)行下一步診斷，并由控制器對(duì)其做出相應(yīng)的故障處理。踏板1（AP1）信號(hào)與2 （AP2）信號(hào)診斷流程均可使用圖3的流程，AP2信號(hào)的濾波處理將怠速值修改為537，全開值修改為3351即可。濾波過程中的怠速值，取的是最小電壓值對(duì)應(yīng)的最小AD值，全開值取的是最大電壓對(duì)應(yīng)的最大值，這樣可保證在可調(diào)的變化電壓內(nèi)踏板信號(hào)是正常的。

圖2　加速踏板輸出信號(hào)

表1　電壓值與AD值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3　踏板傳感器信號(hào)濾波檢測(cè)

2.2傳感器故障診斷

為了檢測(cè)經(jīng)信號(hào)濾波診斷得到的錯(cuò)誤信號(hào)是否由傳感器故障引起，須對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行診斷，以判別傳感器是否存在故障。本文對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)同時(shí)進(jìn)行寬度檢測(cè)和頻度檢測(cè)。寬度檢測(cè)是檢測(cè)錯(cuò)誤信號(hào) （輸入標(biāo)志位為0時(shí)的信號(hào)）連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)是否超過設(shè)定次數(shù)，本文中設(shè)定的次數(shù)為5次，該次數(shù)可作為標(biāo)定量，若超過則生成故障碼上傳至CAN總線；而頻度檢測(cè)則在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)，本文中設(shè)定的時(shí)間周期為100ms，該時(shí)間周期可作為標(biāo)定量，檢測(cè)錯(cuò)誤信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)長超過所設(shè)定的時(shí)間周期，若超過則生成故障碼上傳至總線。

2.3傳感器信號(hào)選取

電子加速踏板擁有2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的傳感器，在系統(tǒng)工作過程中，只能選擇其中一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)作為踏板位置信號(hào)。圖4為傳感器信號(hào)選取流程圖。首先系統(tǒng)判斷2個(gè)傳感器的故障狀態(tài)，若2個(gè)都出現(xiàn)故障，則輸出傳感器選取標(biāo)志位0，然后進(jìn)入故障模塊；若傳感器1和2只有一個(gè)出現(xiàn)故障，則選取標(biāo)志位為1的傳感器的信號(hào)作為輸出信號(hào)；若2個(gè)傳感器都未出現(xiàn)故障，則使用2倍1信號(hào)的AD值U1減去2信號(hào)的AD值，所得差值的絕對(duì)值與設(shè)定的限值U進(jìn)行比較：若大于限值，則認(rèn)定信號(hào)錯(cuò)誤，然后進(jìn)入故障模式；若不大于限值，則優(yōu)先選取傳感器1信號(hào)作為輸出信號(hào)。

圖4　傳感器信號(hào)選取流程圖

故障碼含義：201——踏板傳感器1故障；202——踏板傳感器2故障；203——兩路踏板傳感器同時(shí)出現(xiàn)故障；204——兩路踏板信號(hào)不滿足|2×AP1-AP2|<μ。

2.4故障處理模塊

如圖5所示，對(duì)經(jīng)過濾波后的踏板輸出信號(hào)AP1和信號(hào)AP2的0標(biāo)志位進(jìn)行診斷，1信號(hào)的寬度檢測(cè)標(biāo)識(shí)信號(hào)為WD1，頻度檢測(cè)標(biāo)識(shí)信號(hào)為FD1；2信號(hào)的寬度檢測(cè)標(biāo)識(shí)信號(hào)為WD1，頻度檢測(cè)標(biāo)識(shí)信號(hào)為FD2。若1信號(hào)和2信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)故障，則認(rèn)為踏板信號(hào)無效，傳感器存在故障，生成故障碼上傳至CAN總線，同時(shí)向整車控制器發(fā)出停車請(qǐng)求，找專業(yè)人員修理和更換。當(dāng)兩路信號(hào)壓差超過所設(shè)閾值，則生成故障編碼204上傳至CAN總線，并找專業(yè)人員修理和更換。

圖5　故障處理模塊

2.5踏板開度歸一化處理

加速踏板開度歸一化函數(shù)表達(dá)式為

式中：AD（k）——加速踏板信號(hào)采樣值；ADmin——加速踏板信號(hào)有效采樣最小閾值；ADmax——加速踏板信號(hào)有效采樣最大閾值。

由于踏板信號(hào)每10ms向整車控制器發(fā)送一次，因

此，可將踏板的變化率看成是當(dāng)前時(shí)刻與上一時(shí)刻的開度值之差：θ′（k）=θ（k）-θ（k-1）。

3　模型搭建及測(cè)試

3.1模型搭建

基于上述理論，利用Matlab/Simulink軟件搭建控制模型，如圖6所示。利用自動(dòng)代碼生成工具生成代碼，并將代碼下載到整車控制器中。同時(shí)利用Matlab-xPC Target（高性能的主機(jī)-目標(biāo)機(jī)構(gòu)原型環(huán)境）工具箱建立加速踏板模型 （圖7），自動(dòng)生成代碼下載到目標(biāo)機(jī)，手動(dòng)修改輸入值，模仿踏板信號(hào)正常及失效時(shí)的信號(hào)，利用HIL測(cè)試平臺(tái)（圖8），進(jìn)行HIL測(cè)試，利用CANape（標(biāo)定、測(cè)量和診斷工具）進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)。

圖6　踏板有效性診斷控制模型

圖7　加速踏板模型測(cè)試

圖8　HIL測(cè)試平臺(tái)

圖9　兩路信號(hào)均正常

圖10　信號(hào)1有故障

3.2測(cè)試及結(jié)果分析

由于篇幅限制，本文主要分析HIL測(cè)試的結(jié)果。利用HIL測(cè)試平臺(tái)模擬加速踏板信號(hào)，給控制器發(fā)送正常信號(hào)、抖動(dòng)信號(hào)、失效信號(hào)等，測(cè)試驗(yàn)證加速踏板信號(hào)輸入是否能正確檢測(cè)。

3.2.1兩路信號(hào)均正常

如圖9所示，踏板1信號(hào)與踏板2信號(hào)的值介于最大值與最小值之間，并且滿足|2×AP1-AP2|≤μ。兩路信號(hào)同時(shí)有效時(shí)，優(yōu)先選取踏板1信號(hào)，圖9中踏板1信號(hào)的開度值 （TaBan1Kaidu）與經(jīng)過信號(hào)選取后的踏板開度值 （TaBanXinHao）重疊，并且1信號(hào)與2信號(hào)的頻度與寬度檢測(cè)均為0。

3.2.2信號(hào)1不正常

如圖10所示，踏板1信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，其怠速狀態(tài)下控制器對(duì)其的采樣值超過3 000。在第1次抖動(dòng)時(shí)，其持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過了100ms，因此，在寬度檢測(cè)還沒有達(dá)到5次時(shí)，信號(hào)WD_FD1的值已經(jīng)為1，此時(shí)踏板故障信號(hào)TaBanBUG的值為201。在2信號(hào)沒有故障的前提下，系統(tǒng)選取2信號(hào)。TaBanXinHao與踏板2信號(hào)的開度值 （TaBan2KaiDu）完全重合。

3.2.3信號(hào)2不正常

如圖11所示，踏板2信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，其怠速狀態(tài)下控制器對(duì)其的采樣值超過3 351。在第1次抖動(dòng)時(shí)，其持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過了100ms，因此，在寬度檢測(cè)還沒有達(dá)到5次時(shí)，信號(hào)WD_FD2的值已經(jīng)為1，此時(shí)TaBanBUG的值為202。在1信號(hào)沒有故障的前提下，系統(tǒng)選取1信號(hào)。TaBanXinHao與TaBan1KaiDu完全重合。

3.2.4兩路信號(hào)均不正常

如圖12所示，當(dāng)兩路信號(hào)均失效時(shí)，TaBanXinHao 與TaBanBUG的值均為故障碼203，踏板的開度值為0。

圖11　信號(hào)2有故障

圖12　兩路信號(hào)均有故障

4　總結(jié)

基于加速踏板信號(hào)的特性，利用MatLab/Simulink軟件建立加速踏板信號(hào)輸入有效性檢測(cè)的控制算法，并通過試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，通過輸入信號(hào)的故障診斷及信號(hào)的選取處理，確保了加速踏板的可靠性及行車安全。輸入加速踏板信號(hào)經(jīng)測(cè)試過程處理后，可輸出相應(yīng)準(zhǔn)確的加速踏板開度，測(cè)試結(jié)果符合可靠性要求。

［1］張俊.汽車車身電控技術(shù)（第2版）［M］.北京：中國人民大學(xué)出版社，2011.

［2］趙立軍，佟欽智.電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2012.

［3］ 郭俊，王俊華，汪偉，等.基于加速度的混合動(dòng)力城市客車加速踏板解析算法［J］.客車技術(shù)與研究，2013 （2）：24-26，30.

［4］李偉.純電動(dòng)汽車加速踏板信號(hào)自診斷及失效保護(hù)策略［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2013（8）：100-103.

［5］ 崔勝民.現(xiàn)代汽車系統(tǒng)控制技術(shù)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2008.

（編輯楊景）

Verification of an Accelerator Pedal on Pure Electric Vehicle

ZHAO Ji-feng，HAN Mei
（Shanxi Automobile Group Co.，Ltd.，Xi'an 710043，China）

In order to guarantee effective accelerator pedal signal acquisition of the vehicle controller，this paper takes a type of electrical pedal as the research object，carries on the digital filter，signal diagnosis，selection and the normalization processes，and establishes the corresponding Simulink model.Through the HIL test and the physical test，the input effectiveness and stability of the accelerator pedal has been verified.

accelerator pedal；verification；HIL testing；Simulink model

U469.72

A

1003-8639（2016）09-0011-05

2015-12-21；

2016-03-30