輪速信號在定速巡航控制中的應用

范永鵬，彭有榮，盧 恒

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

定速巡航系統（CRUISE CONTROL SYSTEM）縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置、速度控制系統、自動駕駛系統等。按司機要求的速度合開關之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置，當在高速公路上長時間行車后，司機就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時減少了不必要的車速變化，可以節省燃料。因而，具有廣闊的市場前景。汽車定速巡航系統，主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發來的脈沖信號與設定的速度進行比較，通過精準的電子計算發出指令，保證車輛在設定速度下的最精準的節氣門開度及供油量。但當來自車速傳感器的車速信號波動幅動范圍過大，引起定速車速波動大及退出巡航。本文基于車速傳感器輸出車速波動幅度大，引用輪速信號作為車速信號以提高定速巡航車速控制穩定性。如今一些高端配置的車上，還具有智能控制與前車保持安全距離的功能等等。功能在不斷的增加，這也代表著汽車技術的快速猛進的發展。

1 定速巡航控制原理及功能分類

1.1 巡航控制原理數學模型

巡航控制原理數學模型如下：

式中，k 為采樣序號，k=1，2，……，e（k-1），e（k）分別為第（k-1）和第k時刻所得的偏差信號定速巡航控制系統圖，如圖1所示。

圖1 定速巡航控制系統圖

ECU根據際車速與設定車速進行對比信號差，通過PID控制算法對節氣門進行精確控制，若車速高于設定車速，ECU控制節氣門適當減小；若車速低于設定車速，ECU控制節氣門適當增大[1]。

1.2 電子式多功能定速巡航器的主要功能

（1）定速巡航功能。主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發來的脈沖信號與設定的速度進行比較，通過精準的電子計算發出指令，保證車輛在設定速度下的最精準供油量。

（2）電子節油功能。主要是通過智能優化控制節氣門的開啟角度與開啟時間，有效屏蔽電子油門傳感器由于顛簸路段及不良駕駛習慣形成的雜亂信號，經過精確計算噴油量，使燃油得到最充分燃燒，來實現節油。

（3）油門加速功能。主要是通過提高節氣門響應靈敏度實現的，當系統發現司機有加速意愿時，會驅動節氣門盡可能快的打開，這樣就使油門響應的敏感度得到了提高。在油門踏板被踩下時，控制器會根據踩下幅度、時間計算油門信號的變化率，變化越快，說明加速要求越強烈，最終實現油門響應速度更快，整車的動力感會明顯增加，能夠讓司機感覺到整車動力大大提升。

（4）限速設定功能。通過控制器，根據限定的速度值，設定輸出油門信號最大值，當油門輸出信號超不過設定的最大值，來實現限制速度的目的。

（5）剎車故障報警功能。通過采取剎車電路的信號，當剎車電路或剎車保險故障時，會通過報警的方式對司機進行提示。

2 車速信號與來自輪速的車速信號對比

在定速巡航控制系統中最關鍵的問題就是車速信號的精確度及穩定性，尤其是在手動擋后驅車上，車輛在行駛過程中來自路面震動、后驅動橋齒輪加工精度偏差引起的沖擊震動、傳動軸，變速箱齒輪及整車共振傳遞到安裝在變速箱殼體的車速傳感器，進而引起車速傳感器信號輪在高速轉動時受外力振動，導致車速傳感器發出的車速信號波動幅度較大，如圖2所示來自車速傳感器的車速與ABS輪速傳感器的車速對比，在相同的周期內車速傳感器車速達到了6 km/h的波動范圍，而在相同的周期內來自輪速傳感器的車速波動僅0.2 km/h，可見車速傳感器受到振動影響直接導致車速輸出波動劇烈，而輪速車速卻十分穩定。

圖2 車速傳感器與輪速傳感器車速對比圖

對定速巡航階段來自車速傳感器和輪速傳感器的車速分別進行了監控，其中圖3所示來自車速傳感器的車速信號，在各車速區間定速工況下車速波動福度較大，尤其是當車輛處在定速巡航工況下在PID控制系統的調節下司乘人員可以明顯地感覺到定速不穩，最大達到6 km/h的波動幅度。

圖3 來自車速傳感器計算的車速

經過修改ECU軟件后采用兩路車速信號，第一路采用ABS發出的輪速信號，第二路車速來自車速傳感器信號，并以ABS輪速信號為主車速信號源，如圖4所示，通過采用輪速信號計算車速，在各車速區間定速巡行車速穩定且定速穩定。

圖4 來自輪速傳感器計算的車速

通過圖2、圖3、圖4所示，分別采用車速及輪速信號進行對比發現，車速傳感器與輪速傳感器在相同的周期內，來自車速傳感器的車速波動幅度為6.5 km/h，來自輪速傳感器的車速波動幅度為0.3 km/h，根據對比發現車速傳感器發出的車速（VFZG_W）波動幅度大且波動頻率較大，不適宜用作定速巡航的車速信號源；而來自ABS輪速傳感器的轉換而來的車速信號穩定適合作定速巡航的車速信號源。

3 第一路車速信號的計算

第一路車速信號的計算邏輯如圖5所示，分別采集右前輪 vradc_fr、右后輪 vradc_rr、左前輪vradc_fl、左后輪vradc_rl，4個車輪的輪速信號作為計算車速的信號源，采用加權平均的算法作為取值算法，可以有效、高精度的算取車速信號。且該邏輯對每個輪速信號的有效性都進行診斷，在此基礎上當某一個或兩個輪速信號無效時依然可以取其它有效的輪速信號作為車速信號的信號源進行計算，從而確保了整個邏輯系統的可靠性和實用性

圖5 輪速車速計算邏輯

4 兩路車速信號的診斷

由于車速信號被諸如EPS、車身控制模塊、儀表等其他功能模塊采集，并是功能安全、燃油經濟性、OBD診斷、駕駛性體驗等整車表現的重要基礎信號。而發動機控制模塊總成（ECU）是處理車速信號與ABS輪速信號的中樞神經元，發動機控制模塊總成（ECU）處理過后的車速信號才能被整車其它模塊引用，所以發動機控制模塊總成（ECU）必須能有效地甄別車速傳感器車速信號與來自ABS輪速傳感器車速信號的可靠性，因此將原有只診斷車速傳感器車速信號的診斷策略進行了修改，增加了對來自ABS輪速信號車速的診斷，并將ABS輪速傳感器車速信號作為發動機控制模塊總成（ECU）的第一優先車速使用，用于定速巡航控制，并在輪速傳感器出現故障導致輪速車速信號失效時引用變速箱殼體上的車速傳感器車速信號，以實現車輛的安全控制。診斷邏輯如下[2]：

If

//如果第一路車速信號為真

then vroh_w is vfzg_w

//ECU取第一路車速信號為主車速信號

else if

//如果第一路車速信號為假

then vroh_w is vfzg_w and b_vfzabserr is true

//ECU取第二路車速信號為主車速信號并報第一路車速信號故障

else if

//如果兩路車速信號都為假

then b_vfzgerr is true

//報車速故障碼出來

end if

第一路車速來自ABS輪速信號，第二路車速來自車速傳感器信號，并同時對兩路車速進行合理性診斷。正常情況下，取第一路車速計算vfzg，第二路車速輸入儀表盤；當第一路車速故障時，報第一路車速故障，并取第二路車速計算 vfzg；當兩路車速同時發生故障，報兩路故障，vfzg=0.試驗檢驗了切換前后車速，兩路車速輸出及合理性相關功能，包括切換前后車速對比，實際車速輸出檢查及為造故障驗證軟件邏輯，并確認故障發生時，故障能進入故障路徑，滿足故障修復條件時，能夠正常修復[3]。車速來自ABS車速波動平穩，雙路車速輸出正常以及車速IUPR分子正常增長，未發現不符合軟件邏輯的情況。試驗過程中沒有發現存在誤判車速故障的情況

5 結束語

根據大量的試驗和工況下，在定速巡航過程中發動機控制模塊（ECU）采集ABS輪速信號作為車輛的主車速信號，有利于車輛巡航狀態時的車速穩定與可靠性，消除了采用變速箱車速傳感器車速信號帶來的車速不穩定性，提高系統的可靠性和穩定性。并且采用兩路車速信號，確保在某一路車速信號出錯時依然有備用車速供整車其他模塊采用，更提高了整車的安全和可靠性。