優(yōu)化的發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)

關懿峰

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804）

優(yōu)化的發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)

關懿峰

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804）

闡述在現(xiàn)有的單網(wǎng)絡碰撞信息輸入系統(tǒng)的基礎上，構建網(wǎng)絡和硬線 “雙輸入”的發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)。借助嵌入式的軟件開發(fā)方式和硬件在環(huán)的測試方法，對方案的有效性進行驗證。

雙輸入；嵌入式軟件開發(fā)；硬件在環(huán)

目前，市場上的車輛在發(fā)生嚴重碰撞后都要求能夠自動切斷發(fā)動機的燃油供給。根據(jù)斷油實現(xiàn)方式的不同，可以分為被動式斷油和主動式斷油。被動式斷油是指慣性開關在碰撞發(fā)生后，自動切斷燃油泵的電源供給；主動斷油是指控制器識別出碰撞狀態(tài)之后，禁止對燃油泵、噴油器等供油零件的控制輸出。在主動斷油的應用中，市場上絕大多數(shù)車型的碰撞狀態(tài)識別是基于控制器通過網(wǎng)絡信號對車輛碰撞狀態(tài)的判斷而實現(xiàn)，此技術方案的碰撞信息輸入源單一，在網(wǎng)絡介質(zhì)出現(xiàn)問題的情況下存在安全隱患。因此，無論從系統(tǒng)的安全性還是可靠性，都存在一定的提升空間。本課題的研究目的就是在當前主流的主動式發(fā)動機碰撞斷油識別系統(tǒng)的基礎上進行設計優(yōu)化，全面提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 系統(tǒng)方案設計

本課題的系統(tǒng)方案中，所包含的控制器和執(zhí)行部件有：發(fā)動機控制器ECM，檢測和診斷模塊SDM，低壓油泵繼電器，高壓油泵和起動繼電器［1］。如圖1所示。

檢測和診斷模塊SDM主要用于檢測車輛的碰撞狀態(tài)，并將相關信息反饋給其它控制單元。在本課題的系統(tǒng)設計方案中，除了要求SDM能夠通過CAN網(wǎng)絡傳遞碰撞狀態(tài)信息外，還要求其能夠以數(shù)字信號的形式進行點對點的硬線端口輸出。

圖1 發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)架構

ECM是本課題的核心控制單元。它主要用于檢測SDM方面所發(fā)布的碰撞狀態(tài)信息，并基于此來決定是否需要禁止對油泵繼電器、起動繼電器、噴油器和高壓油泵等執(zhí)行部件的驅(qū)動輸出。從而保證在碰撞發(fā)生后，動力系統(tǒng)能夠及時并徹底地被切斷。

網(wǎng)絡接口是SDM和ECM之間進行信息傳遞的主要通道， CAN網(wǎng)絡接口定義見表1。

表1 發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡接口定義

1）碰撞狀態(tài) 由SDM發(fā)出，代表SDM所檢測到的車輛碰撞狀態(tài)。如果SDM檢測到發(fā)生碰撞，“碰撞狀態(tài)”應一直指示為“真”，直至售后對SDM進行維護處理。

2）碰撞狀態(tài)校驗 由SDM發(fā)出，用于保護“碰撞狀態(tài)”信號。僅當“碰撞狀態(tài)校驗”信息與預期相符時，接收方才會判斷“碰撞狀態(tài)”信息。

3）同步計數(shù)器 由SDM發(fā)出，被接收方用于檢測“碰撞狀態(tài)”和“碰撞狀態(tài)檢驗”信號的同步性，避免在網(wǎng)絡信息不更新時出現(xiàn)誤判斷情況。

4）碰撞后處理結果 由ECM發(fā)出，代表動力系統(tǒng)方面的碰撞后處理狀態(tài)。

考慮到CAN總線中斷、硬線損壞、控制單元的CAN收發(fā)器損壞等不利因素，在本次設計的系統(tǒng)方案中，硬線接口是SDM和ECM之間進行信息傳遞的重要輔助通道。結合現(xiàn)有的SDM成熟產(chǎn)品，硬線輸出的碰撞狀態(tài)以圖2所示的形式進行定義：80%占空比代表非碰撞狀態(tài)；反置后的20%占空比代表檢測到碰撞發(fā)生。

圖2 碰撞硬線輸出的占空比定義

2 控制策略與方案實現(xiàn)

碰撞識別邏輯主要在ECM中完成。ECM需要根據(jù)CAN網(wǎng)絡和硬線的碰撞狀態(tài)信息輸入，綜合考慮診斷狀態(tài)影響和各種輸入組合情況，從而判斷出動力系統(tǒng)是否需要采取相應的碰撞后處理措施。

2.1 網(wǎng)絡輸入識別策略

SDM在碰撞發(fā)生之后應持續(xù)將“碰撞狀態(tài)”發(fā)送為“真”，直至維修站對SDM進行返修處理或更換。

ECM對碰撞信息的網(wǎng)絡輸入識別策略主要需要考慮網(wǎng)絡信號狀態(tài)、網(wǎng)絡信號的校驗狀態(tài)以及網(wǎng)絡通信狀態(tài)。

1）網(wǎng)絡信號狀態(tài) 如果“碰撞狀態(tài)”為“真”，ECM認為碰撞發(fā)生；如果“碰撞狀態(tài)”為“假”，ECM認為無碰撞發(fā)生。

2）網(wǎng)絡信號的校驗狀態(tài) 當ECM判斷出“碰撞狀態(tài)校驗”和“同步計數(shù)器”的信息正確時，ECM會判斷“碰撞狀態(tài)”，如果“碰撞狀態(tài)”為“真”，ECM認為碰撞發(fā)生，如果“碰撞狀態(tài)”為“假”，ECM認為無碰撞發(fā)生；當ECM判斷出“碰撞狀態(tài)校驗”和“同步計數(shù)器”的信息不正確時，ECM不會判斷“碰撞狀態(tài)”，持續(xù)認為無碰撞發(fā)生。

3）網(wǎng)絡通信狀態(tài) 網(wǎng)絡通信狀態(tài)主要是指總線中斷狀態(tài)和節(jié)點丟失狀態(tài)。如果在總線中斷或節(jié)點丟失之前，ECM判斷出碰撞發(fā)生，則在總線中斷或節(jié)點丟失期間，持續(xù)認為碰撞發(fā)生；如果在總線中斷或節(jié)點丟失之前，ECM判斷出無碰撞發(fā)生，則在總線中斷或節(jié)點丟失期間，持續(xù)認為無碰撞發(fā)生。

2.2 硬線輸入識別策略

在車輛上電后，SDM持續(xù)通過碰撞硬線輸出80%的占空比。如果碰撞發(fā)生，SDM通過碰撞硬線輸出20%的反置占空比，并持續(xù)一定周期。

ECM對碰撞信息的硬線輸入識別策略主要考慮硬線輸入的占空比和對硬線輸入的診斷結果。

1）硬線輸入的占空比狀態(tài) 如果檢測到碰撞硬線的占空比輸入為20%，ECM認為碰撞發(fā)生；如果檢測到碰撞硬線的占空比輸入為80%，ECM認為無碰撞發(fā)生。

2）對硬線輸入的診斷結果 ECM應具備對碰撞硬線輸入的診斷能力，需要能夠識別對電源短路、對搭鐵短路、開路和占空比信號不合理等失效形式。如果檢測到硬線失效的當前故障，ECM持續(xù)認為無碰撞發(fā)生；如果沒有檢測到硬線失效，ECM根據(jù)碰撞硬線的占空比輸入狀態(tài)來判斷碰撞是否發(fā)生。

2.3 碰撞識別邏輯

ECM應盡最大可能通過網(wǎng)絡輸入和硬線輸入來檢測碰撞狀態(tài)。在其中一路的碰撞信息輸入出現(xiàn)異常的狀態(tài)下，如果ECM通過另外一路檢測到碰撞輸入為“真”，則認為碰撞發(fā)生。如表2所示，在出現(xiàn)網(wǎng)絡信號校驗故障、總線中斷故障和SDM內(nèi)部故障B時，ECM可以基于碰撞硬線輸入來判斷碰撞狀態(tài)。在出現(xiàn)碰撞硬線輸入故障和SDM內(nèi)部故障A時，ECM可以基于碰撞網(wǎng)絡輸入來判斷碰撞狀態(tài)。這樣就可以在上述故障情況出現(xiàn)時，依然具有識別車輛碰撞狀態(tài)的能力，以提升系統(tǒng)的安全等級。

表2 碰撞狀態(tài)識別邏輯矩陣

基于上述邏輯，在判斷出發(fā)生碰撞以后，僅當碰撞網(wǎng)絡輸入和碰撞硬線輸入同時指示為無碰撞發(fā)生時，ECM才會認為恢復為非碰撞狀態(tài)。這意味著SDM需要在維修站進行返修或更換。

2.4 碰撞后處理

在ECM檢測到碰撞發(fā)生后，會禁止起動繼電器、油泵繼電器、高壓油泵和噴油器的驅(qū)動輸出，使上述零部件處于非工作狀態(tài)。同時，應將“碰撞后處理結果”發(fā)送為“真”狀態(tài)。

出于安全考慮，如果車輛在上電后恢復為非碰撞狀態(tài)，應在當前上電循環(huán)保持斷油的狀態(tài)后，從下一個上電循環(huán)開始恢復供油。

2.5 方案實現(xiàn)

在發(fā)動機控制器ECM中，以上述控制策略為指導進行碰撞斷油識別和后處理相關的建模及軟件開發(fā)工作。通過嵌入式的軟件開發(fā)方法，在原有的ECM應用層軟件中開放與斷油識別及后處理功能相關的軟件接口，并使用與ECM供應商相同的工具鏈進行建模工作，建模完成后再由供應商統(tǒng)一進行軟件編譯和代碼生成。如圖3所示。

圖3 建模及軟件開發(fā)方案示意

3 方案驗證

在建模和軟件開發(fā)工作完成后，采用硬件在環(huán)的測試方案，編譯好測試環(huán)境后，進行相關的技術方案驗證工作。圖4是在Labcar上搭建的碰撞斷油功能測試環(huán)境的人機操作界面。

圖4 測試環(huán)境的人機操作界面

在屏蔽碰撞網(wǎng)絡輸入的情況下，將碰撞硬線輸入的占空比信號反置為20%，模擬碰撞發(fā)生。在碰撞硬線輸入的占空比反置后，ECM通過6個周期的狀態(tài)識別，成功判斷出碰撞發(fā)生狀態(tài)。此處狀態(tài)判斷所需的信號周期可以在軟件中進行標定，如圖5所示。

圖5 基于硬線輸入的碰撞狀態(tài)識別測試結果

在屏蔽碰撞硬線輸入的情況下，將網(wǎng)絡輸入“碰撞狀態(tài)”發(fā)送為“真”，同時保證“碰撞狀態(tài)校驗”和“同步計數(shù)器”正確變化。在檢測到“碰撞狀態(tài)”為“真”后，ECM通過3個信號周期的狀態(tài)識別，成功判斷出碰撞發(fā)生狀態(tài)。此處狀態(tài)判斷所需的信號周期可以在軟件中進行標定，如圖6所示。

在碰撞網(wǎng)絡輸入和碰撞硬線輸入正常的情況下，同時將網(wǎng)絡輸入和硬線輸入指示為碰撞發(fā)生狀態(tài)。ECM成功識別出碰撞發(fā)生狀態(tài)后，切斷發(fā)動機的油路供給，發(fā)動機轉(zhuǎn)速逐步降至0，如圖7所示。

圖7 基于硬線和網(wǎng)絡輸入的碰撞狀態(tài)識別測試結果

4 結語

采用網(wǎng)絡和硬線“雙輸入”的發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)，可以在總線中斷故障、網(wǎng)絡節(jié)點掉線和硬線輸入故障等工況下，有效地識別出車輛碰撞狀態(tài)并及時進行碰撞后處理響應，有效提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。

綜合考慮當前市場上診斷與檢測模塊SDM的主流產(chǎn)品，都預留了碰撞硬線信號的輸出能力。優(yōu)化的發(fā)動機碰撞識別系統(tǒng)的額外要求僅在于SDM到ECM之間碰撞狀態(tài)輸出線束的增加，成本變化不超過1元。整車的系統(tǒng)設計工程師可以在車輛成本和系統(tǒng)的安全性、可靠性之間進行綜合考慮，選擇符合產(chǎn)品定位的最佳方案。

［1］ 關懿峰.碰撞保護系統(tǒng)及其使用車輛.中國，CN203126537U［P］.2013-08-14.

（編輯 凌 波）

Optimization of Engine Collision Detection System

GUAN Yi-feng
（First Automobile Workshop Technology Centre， Shanghai 201804， China）

Based on the current single can collisiondata input system， this study brings the engine collision detection system with both can input and hardware input. Through the embedded software development and hardware in the loop method， the scheme is verified on effectiveness.

double input； embedded software development； hardware in loop

圖6 基于網(wǎng)絡輸入的碰撞狀態(tài)識別測試結果

463.6

A

1003-8639（2017）05-0061-03

2016-10-09；

2016-10-27

關懿峰（1982-），男，工程師，碩士，主要研究方向為動力總成控制器的集成應用與功能開發(fā)。