純電動汽車加速踏板有效性驗證

趙繼鳳，韓　梅

（陜西汽車集團，陜西 西安　710043）

純電動汽車加速踏板有效性驗證

趙繼鳳，韓梅

（陜西汽車集團，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，以某款電子加速踏板為研究對象，對其進行數字濾波、信號診斷、選取及歸一化處理，同時建立相應的Simulink模型，經過硬件在環 （Hardware in the loop，HIL）測試及實物測試，驗證加速踏板的輸入有效性及穩定性。

加速踏板；有效性檢測；HIL測試；Simulink模型

純電動汽車整車控制系統中，加速踏板信號作為其中一個重要的輸入量，其控制著電機扭矩的輸出，從而達到汽車動力的輸出。若加速踏板信號不穩定，將直接影響整車系統的運行。為了保證整車能夠正常、安全、舒適地行駛，整車控制器必須對加速踏板信號的有效性做出有效判斷，因此，本文針對加速踏板信號建立MATLAB/Simulink模型進行有效性檢測。

1　加速踏板簡介

傳統的加速踏板通過踏板拉線或者拉桿和節氣門相連，因此又叫做油門踏板。隨著汽車電子技術的不斷發展，電子加速踏板 （圖1）的應用越來越廣泛，在純電動汽車上駕駛員踩下電子加速踏板時，實際上是傳遞給驅動電機一個踏板位置傳感器的信號，位置傳感器采集踏板開度變化及加速度，然后向驅動電機發出控制信號，從而控制整車動力的輸出。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部，隨時監測加速踏板的位置。電子加速踏板模擬傳統機械踏板工作，一旦踏板位置發生改變，位置傳感器將該變化直接轉變為電信號發給整車控制器 （VCU，Vehicle Control Unit）。這種電信號發送至整車控制器后即可迅速、準確地實現駕駛者的意圖。最小加速踏板電壓 （圖1中實線位置）是踏板處于完全松開、閉合位置時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　電子加速踏板結構圖

本文所使用的電子加速踏板的兩路信號電壓如圖2所示。

與接入整車控制器后的對應模擬量數值 （AD）見表1。

2　踏板信號有效性診斷

2.1數字信號濾波

整車控制器接收到由踏板傳感器發送過來的信號，首先要判斷其信號是否為踏板信號電壓所對應的AD范圍值。若在正常范圍值內，則進入信號處理程序；若不在范圍內，則進行下一步診斷，并由控制器對其做出相應的故障處理。踏板1（AP1）信號與2 （AP2）信號診斷流程均可使用圖3的流程，AP2信號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應的最小AD值，全開值取的是最大電壓對應的最大值，這樣可保證在可調的變化電壓內踏板信號是正常的。

圖2　加速踏板輸出信號

表1　電壓值與AD值的對應關系

圖3　踏板傳感器信號濾波檢測

2.2傳感器故障診斷

為了檢測經信號濾波診斷得到的錯誤信號是否由傳感器故障引起，須對錯誤信號進行診斷，以判別傳感器是否存在故障。本文對錯誤信號同時進行寬度檢測和頻度檢測。寬度檢測是檢測錯誤信號 （輸入標志位為0時的信號）連續出現的次數是否超過設定次數，本文中設定的次數為5次，該次數可作為標定量，若超過則生成故障碼上傳至CAN總線；而頻度檢測則在設定的時間周期內，本文中設定的時間周期為100ms，該時間周期可作為標定量，檢測錯誤信號出現的時長超過所設定的時間周期，若超過則生成故障碼上傳至總線。

2.3傳感器信號選取

電子加速踏板擁有2個相對獨立的傳感器，在系統工作過程中，只能選擇其中一個傳感器的輸出信號作為踏板位置信號。圖4為傳感器信號選取流程圖。首先系統判斷2個傳感器的故障狀態，若2個都出現故障，則輸出傳感器選取標志位0，然后進入故障模塊；若傳感器1和2只有一個出現故障，則選取標志位為1的傳感器的信號作為輸出信號；若2個傳感器都未出現故障，則使用2倍1信號的AD值U1減去2信號的AD值，所得差值的絕對值與設定的限值U進行比較：若大于限值，則認定信號錯誤，然后進入故障模式；若不大于限值，則優先選取傳感器1信號作為輸出信號。

圖4　傳感器信號選取流程圖

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出現故障；204——兩路踏板信號不滿足|2×AP1-AP2|<μ。

2.4故障處理模塊

如圖5所示，對經過濾波后的踏板輸出信號AP1和信號AP2的0標志位進行診斷，1信號的寬度檢測標識信號為WD1，頻度檢測標識信號為FD1；2信號的寬度檢測標識信號為WD1，頻度檢測標識信號為FD2。若1信號和2信號同時出現故障，則認為踏板信號無效，傳感器存在故障，生成故障碼上傳至CAN總線，同時向整車控制器發出停車請求，找專業人員修理和更換。當兩路信號壓差超過所設閾值，則生成故障編碼204上傳至CAN總線，并找專業人員修理和更換。

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表達式為

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

由于踏板信號每10ms向整車控制器發送一次，因

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

3　模型搭建及測試

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。同時利用Matlab-xPC Target（高性能的主機-目標機構原型環境）工具箱建立加速踏板模型 （圖7），自動生成代碼下載到目標機，手動修改輸入值，模仿踏板信號正常及失效時的信號，利用HIL測試平臺（圖8），進行HIL測試，利用CANape（標定、測量和診斷工具）進行數據觀測。

圖6　踏板有效性診斷控制模型

圖7　加速踏板模型測試

圖8　HIL測試平臺

圖9　兩路信號均正常

圖10　信號1有故障

3.2測試及結果分析

由于篇幅限制，本文主要分析HIL測試的結果。利用HIL測試平臺模擬加速踏板信號，給控制器發送正常信號、抖動信號、失效信號等，測試驗證加速踏板信號輸入是否能正確檢測。

3.2.1兩路信號均正常

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

3.2.2信號1不正常

如圖10所示，踏板1信號出現抖動，其怠速狀態下控制器對其的采樣值超過3 000。在第1次抖動時，其持續時間已經超過了100ms，因此，在寬度檢測還沒有達到5次時，信號WD_FD1的值已經為1，此時踏板故障信號TaBanBUG的值為201。在2信號沒有故障的前提下，系統選取2信號。TaBanXinHao與踏板2信號的開度值 （TaBan2KaiDu）完全重合。

3.2.3信號2不正常

如圖11所示，踏板2信號出現抖動，其怠速狀態下控制器對其的采樣值超過3 351。在第1次抖動時，其持續時間已經超過了100ms，因此，在寬度檢測還沒有達到5次時，信號WD_FD2的值已經為1，此時TaBanBUG的值為202。在1信號沒有故障的前提下，系統選取1信號。TaBanXinHao與TaBan1KaiDu完全重合。

3.2.4兩路信號均不正常

如圖12所示，當兩路信號均失效時，TaBanXinHao 與TaBanBUG的值均為故障碼203，踏板的開度值為0。

圖11　信號2有故障

圖12　兩路信號均有故障

4　總結

基于加速踏板信號的特性，利用MatLab/Simulink軟件建立加速踏板信號輸入有效性檢測的控制算法，并通過試驗測試驗證，通過輸入信號的故障診斷及信號的選取處理，確保了加速踏板的可靠性及行車安全。輸入加速踏板信號經測試過程處理后，可輸出相應準確的加速踏板開度，測試結果符合可靠性要求。

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

［2］趙立軍，佟欽智.電動汽車結構與原理［M］.北京：北京大學出版社，2012.

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

［4］李偉.純電動汽車加速踏板信號自診斷及失效保護策略［J］.建設機械技術與管理，2013（8）：100-103.

［5］ 崔勝民.現代汽車系統控制技術［M］.北京：北京大學出版社，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