基于VCU的商用車車速信號(hào)處理技術(shù)

呂亭強(qiáng)，周亮亮，江 進(jìn)，李成岳，趙維偉，張 鵬

（一汽解放事業(yè)本部商用車開發(fā)院，吉林 長(zhǎng)春 130011）

1 前言

車速識(shí)別技術(shù)是車輛控制中最基本的技術(shù)之一，傳統(tǒng)商用車采用渦輪蝸桿配磁電式車速傳感器，脈沖信號(hào)經(jīng)過車速控制盒處理后發(fā)送儀表進(jìn)行車速計(jì)算和顯示，具有傳遞環(huán)節(jié)多、誤差大、可靠性差、車速控制盒售后維護(hù)困難等缺點(diǎn)，市場(chǎng)反饋經(jīng)常出現(xiàn)車速指針擺動(dòng)、歸零等故障現(xiàn)象，并導(dǎo)致巡航功能失效，用戶駕駛體驗(yàn)較差。

GB7258-2012規(guī)定，自2014年9月1日以后生產(chǎn)的半掛牽引車應(yīng)安裝防抱死制動(dòng)裝置，即ABS已經(jīng)成為當(dāng)今卡車標(biāo)準(zhǔn)配置，ABS系統(tǒng)本身采集4輪或6輪輪速信息，如果能加以利用，可提高車速信號(hào)可靠性。又EBS、行車記錄儀等部件需要第三方車速進(jìn)行校驗(yàn)，所以車速傳感器又不能取消。基于以上車輛客觀存在的兩路信號(hào)源，利用整車控制器進(jìn)行綜合計(jì)算、冗余設(shè)計(jì)，可大大提供車速信號(hào)的準(zhǔn)確性、可靠性。

本文從系統(tǒng)構(gòu)成、計(jì)算方法、工程實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面介紹了整車控制器車速處理技術(shù)的具體方案，試驗(yàn)結(jié)果表明此方法切實(shí)可行，可大規(guī)模應(yīng)用于量產(chǎn)車型。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與原理

本文所述方法基于商用車整車控制系統(tǒng)，其中包括VCU、車速傳感器、ABS控制器、ABS輪速傳感器、加速度傳感器、CAN儀表行車記錄儀，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

VCU同時(shí)有以下兩種方式獲得車速。

1）方式1，傳感器車速：VCU硬線連接車速傳感器，采集變速器輸出軸靶輪脈沖信號(hào)，根據(jù)車輛后橋速比、輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速。

2）方式2，ABS車速：ABS控制器通過底盤CAN總線發(fā)輪速信號(hào)給VCU，VCU根據(jù)車輛輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速。

VCU優(yōu)先選取傳感器車速作為第一車速，ABS車速作為冗余車速。當(dāng)VCU識(shí)別出車速傳感器出現(xiàn)故障時(shí)將使用ABS車速，同時(shí)儀表提示駕駛員車速傳感器出現(xiàn)故障，盡快維修處理。

圖1 車速處理功能框圖

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 傳感器車速計(jì)算方法

車速傳感器采用霍爾式頻率傳感器，霍爾式傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)，輸出信號(hào)幅值不受靶輪轉(zhuǎn)速影響、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。傳感器安裝于變速器輸出軸靶輪，采集靶輪脈沖信號(hào)，VCU根據(jù)脈沖信號(hào)周期、車輛后橋速比、輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速，計(jì)算公式如下：

式中：Vout-sensor——VCU根據(jù)車速傳感器計(jì)算的車速；n——傳感器靶輪齒數(shù)；r——輪胎滾動(dòng)半徑；ra——后橋主減速比；k——修正系數(shù)（默認(rèn)為1，可標(biāo)定）；t——脈沖信號(hào)周期。

3.2 ABS車速計(jì)算方法

ABS發(fā)送的EBC2報(bào)文中含有前輪平均輪速信號(hào)，單位為km／h，正常情況下取前輪兩輪速的平均值，在車輪無抱死情況下較為準(zhǔn)確。如一個(gè)出現(xiàn)故障，則發(fā)送正常工作的車輪輪速，如兩個(gè)同時(shí)出現(xiàn)故障，則不發(fā)送平均輪速，會(huì)發(fā)送故障狀態(tài)。

ABS控制器發(fā)送的輪速是按照輪胎滾動(dòng)一周3 200 mm（廠家默認(rèn)值）計(jì)算的，VCU需要根據(jù)實(shí)際車輛輪胎滾動(dòng)半徑、滾動(dòng)半徑誤差進(jìn)行修正：

式中：Vout-ABS——VCU根據(jù)ABS發(fā)送的輪速信息計(jì)算的車速；VABS——ABS控制器發(fā)出的輪速值；r——輪胎滾動(dòng)半徑；k——修正系數(shù)（默認(rèn)為1，可標(biāo)定）。

3.3 數(shù)據(jù)融合設(shè)計(jì)

關(guān)于數(shù)據(jù)融合，在1997年Linas與Hall兩位學(xué)者如下敘述：“能夠從多個(gè)傳感器的聯(lián)合數(shù)據(jù)庫提供的相關(guān)信息及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)中，獲取比單個(gè)傳感器信息所能得出的更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的結(jié)論”。其本質(zhì)是對(duì)多個(gè)信息源在一定準(zhǔn)則下進(jìn)行綜合分析，得出更為可能正確的結(jié)果。

本文闡述的車速處理方法中，VCU優(yōu)先選取車速傳感器作為信號(hào)源，當(dāng)VCU識(shí)別出車速傳感器出現(xiàn)故障后，選用ABS車速進(jìn)行儀表顯示及控制。

車速傳感器故障主要為信號(hào)不可信，這是一種邏輯故障，即通過邏輯判斷識(shí)別出的故障，主要有以下兩種邏輯。

1）車速傳感器與ABS發(fā)出的輪速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，差別超過閾值則報(bào)車速傳感器故障。ABS輪速傳感器同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，EBC2將不發(fā)輪速信息，即策略里默認(rèn)只要可以接收到輪速信息即認(rèn)為是可信的。

2）根據(jù)車速傳感器計(jì)算的車速計(jì)算車輛加速度，與加速度傳感器進(jìn)行對(duì)比，差別超過一定閾值報(bào)車速傳感器信號(hào)不可信故障。

3.4 車速補(bǔ)償

根據(jù)法規(guī)《GB 15082-2008》要求，儀表顯示車速要大于實(shí)際車速，以免駕駛員超速行駛，具體范圍如下：

式中：v1——顯示車速；v2——實(shí)際車速。

原則上顯示車速在大于實(shí)際車速前提下越準(zhǔn)確越好，無論是ABS車速還是傳感器車速，主要誤差來自于輪胎滾動(dòng)半徑的誤差 （機(jī)械傳動(dòng)系誤差可忽略），輪胎實(shí)際滾動(dòng)半徑受胎壓、車輛載荷、胎面磨損等因素影響，為了保證輪胎更換前顯示車速仍不小于實(shí)際車速，經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)車速補(bǔ)償2%較為合理，即k值為1.02，儀表進(jìn)行1∶1顯示。

4 信號(hào)品質(zhì)

車速信號(hào)品質(zhì)分為最低識(shí)別車速、分辨率、誤差、響應(yīng)時(shí)間 （表1），其中最低識(shí)別車速和分辨率取決于傳感器性能和車輛傳動(dòng)系參數(shù)，響應(yīng)時(shí)間取決于控制器處理速度、CAN總線傳輸速率、傳輸路徑。以FAW某主銷重型牽引車舉例說明。

車速傳感器／ABS輪速傳感器最低響應(yīng)頻率：5 Hz；變速器輸出軸靶輪齒數(shù)：48；后橋主減速比：3.417；輪胎規(guī)格及滾動(dòng)半徑：12R22.5，527 mm；ABS靶輪齒數(shù)：100。

車速傳感器最低識(shí)別車速：

車速傳感器分辨率：

ABS最低識(shí)別車速：

ABS車速分辨率：

表1 車速信號(hào)品質(zhì)

5 工程實(shí)現(xiàn)及售后

5.1 工程實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)車速計(jì)算，VCU需要獲取以下車輛參數(shù)：①車速傳感器靶輪齒數(shù)；②ABS齒圈齒數(shù)；③后橋主減速比；④輪胎滾動(dòng)半徑。其中，F(xiàn)AW某車型前兩項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)配置，固化于軟件中 （可標(biāo)定），后兩項(xiàng)不同車型變化較為多樣，為了不讓這兩項(xiàng)影響VCU的整車標(biāo)定數(shù)據(jù)種類，通過下面方法可以實(shí)現(xiàn)。

1）在PDM （Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）車型結(jié)構(gòu)下的后橋總成、輪胎總成中增加屬性信息，后橋總成增加主減速比，輪胎總成增加滾動(dòng)半徑，如圖2、3所示。

2）在解放整車裝配線終端，EOL設(shè)備掃面車型碼獲取裝車BOM中的后橋減速比、輪胎半徑信息，并寫入VCU的預(yù)留Flash區(qū)，VCU獲取用于車速計(jì)算。

5.2 關(guān)于售后

圖2 輪胎總成滾動(dòng)半徑參數(shù)

圖3 后橋總成減速比參數(shù)

商用車在用戶使用過程中經(jīng)常遇見更換不同規(guī)格輪胎的情況，甚至為了適應(yīng)運(yùn)輸區(qū)域地理特點(diǎn)更換不同減速比的后橋，又或者車輛某些原因更換了新的VCU，VCU刷寫的整車數(shù)據(jù)中只有默認(rèn)的輪胎半徑和后橋速比，這些可能的變化勢(shì)必會(huì)影響車速計(jì)算的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)車輛這種情況需要重新計(jì)算傳遞參數(shù)選擇不同的車速控制盒，實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜且會(huì)增加成本。

基于VCU的車速方案，遇到以上情況，可利用診斷儀對(duì)后橋減速比、輪胎半徑進(jìn)行簡(jiǎn)單的選擇匹配即可，既快捷方便又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。如圖4所示。

6 結(jié)束語

圖4 更換輪胎后寫入滾動(dòng)半徑參數(shù)

本文介紹了基于整車控制器的車速處理技術(shù)，此方法利用車輛客觀存在的兩路車速源進(jìn)行數(shù)據(jù)融合設(shè)計(jì)，大大降低車速故障率，提高了信號(hào)可靠性及巡航等控制功能品質(zhì)；對(duì)應(yīng)開發(fā)的車速計(jì)算參數(shù)EOL獲取方法簡(jiǎn)單可行，降低整車數(shù)據(jù)管理工作量，為車型多配置、大規(guī)模生產(chǎn)及售后提供可行方案。