輪速信號(hào)在定速巡航控制中的應(yīng)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(tǒng)（CRUISE CONTROL SYSTEM）縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。按司機(jī)要求的速度合開(kāi)關(guān)之后，不用踩油門踏板就自動(dòng)地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置，當(dāng)在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行車后，司機(jī)就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時(shí)減少了不必要的車速變化，可以節(jié)省燃料。因而，具有廣闊的市場(chǎng)前景。汽車定速巡航系統(tǒng)，主要是通過(guò)巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，通過(guò)精準(zhǔn)的電子計(jì)算發(fā)出指令，保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)的節(jié)氣門開(kāi)度及供油量。但當(dāng)來(lái)自車速傳感器的車速信號(hào)波動(dòng)幅動(dòng)范圍過(guò)大，引起定速車速波動(dòng)大及退出巡航。本文基于車速傳感器輸出車速波動(dòng)幅度大，引用輪速信號(hào)作為車速信號(hào)以提高定速巡航車速控制穩(wěn)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(shù)的快速猛進(jìn)的發(fā)展。

1 定速巡航控制原理及功能分類

1.1 巡航控制原理數(shù)學(xué)模型

巡航控制原理數(shù)學(xué)模型如下：

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

圖1 定速巡航控制系統(tǒng)圖

ECU根據(jù)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行對(duì)比信號(hào)差，通過(guò)PID控制算法對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行精確控制，若車速高于設(shè)定車速，ECU控制節(jié)氣門適當(dāng)減??；若車速低于設(shè)定車速，ECU控制節(jié)氣門適當(dāng)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(guò)巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，通過(guò)精準(zhǔn)的電子計(jì)算發(fā)出指令，保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)供油量。

（2）電子節(jié)油功能。主要是通過(guò)智能優(yōu)化控制節(jié)氣門的開(kāi)啟角度與開(kāi)啟時(shí)間，有效屏蔽電子油門傳感器由于顛簸路段及不良駕駛習(xí)慣形成的雜亂信號(hào)，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算噴油量，使燃油得到最充分燃燒，來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)油。

（3）油門加速功能。主要是通過(guò)提高節(jié)氣門響應(yīng)靈敏度實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)司機(jī)有加速意愿時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門盡可能快的打開(kāi)，這樣就使油門響應(yīng)的敏感度得到了提高。在油門踏板被踩下時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)踩下幅度、時(shí)間計(jì)算油門信號(hào)的變化率，變化越快，說(shuō)明加速要求越強(qiáng)烈，最終實(shí)現(xiàn)油門響應(yīng)速度更快，整車的動(dòng)力感會(huì)明顯增加，能夠讓司機(jī)感覺(jué)到整車動(dòng)力大大提升。

（4）限速設(shè)定功能。通過(guò)控制器，根據(jù)限定的速度值，設(shè)定輸出油門信號(hào)最大值，當(dāng)油門輸出信號(hào)超不過(guò)設(shè)定的最大值，來(lái)實(shí)現(xiàn)限制速度的目的。

（5）剎車故障報(bào)警功能。通過(guò)采取剎車電路的信號(hào)，當(dāng)剎車電路或剎車保險(xiǎn)故障時(shí)，會(huì)通過(guò)報(bào)警的方式對(duì)司機(jī)進(jìn)行提示。

2 車速信號(hào)與來(lái)自輪速的車速信號(hào)對(duì)比

在定速巡航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問(wèn)題就是車速信號(hào)的精確度及穩(wěn)定性，尤其是在手動(dòng)擋后驅(qū)車上，車輛在行駛過(guò)程中來(lái)自路面震動(dòng)、后驅(qū)動(dòng)橋齒輪加工精度偏差引起的沖擊震動(dòng)、傳動(dòng)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(jìn)而引起車速傳感器信號(hào)輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受外力振動(dòng)，導(dǎo)致車速傳感器發(fā)出的車速信號(hào)波動(dòng)幅度較大，如圖2所示來(lái)自車速傳感器的車速與ABS輪速傳感器的車速對(duì)比，在相同的周期內(nèi)車速傳感器車速達(dá)到了6 km/h的波動(dòng)范圍，而在相同的周期內(nèi)來(lái)自輪速傳感器的車速波動(dòng)僅0.2 km/h，可見(jiàn)車速傳感器受到振動(dòng)影響直接導(dǎo)致車速輸出波動(dòng)劇烈，而輪速車速卻十分穩(wěn)定。

圖2 車速傳感器與輪速傳感器車速對(duì)比圖

對(duì)定速巡航階段來(lái)自車速傳感器和輪速傳感器的車速分別進(jìn)行了監(jiān)控，其中圖3所示來(lái)自車速傳感器的車速信號(hào)，在各車速區(qū)間定速工況下車速波動(dòng)福度較大，尤其是當(dāng)車輛處在定速巡航工況下在PID控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下司乘人員可以明顯地感覺(jué)到定速不穩(wěn)，最大達(dá)到6 km/h的波動(dòng)幅度。

圖3 來(lái)自車速傳感器計(jì)算的車速

經(jīng)過(guò)修改ECU軟件后采用兩路車速信號(hào)，第一路采用ABS發(fā)出的輪速信號(hào)，第二路車速來(lái)自車速傳感器信號(hào)，并以ABS輪速信號(hào)為主車速信號(hào)源，如圖4所示，通過(guò)采用輪速信號(hào)計(jì)算車速，在各車速區(qū)間定速巡行車速穩(wěn)定且定速穩(wěn)定。

圖4 來(lái)自輪速傳感器計(jì)算的車速

通過(guò)圖2、圖3、圖4所示，分別采用車速及輪速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，車速傳感器與輪速傳感器在相同的周期內(nèi)，來(lái)自車速傳感器的車速波動(dòng)幅度為6.5 km/h，來(lái)自輪速傳感器的車速波動(dòng)幅度為0.3 km/h，根據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)車速傳感器發(fā)出的車速（VFZG_W）波動(dòng)幅度大且波動(dòng)頻率較大，不適宜用作定速巡航的車速信號(hào)源；而來(lái)自ABS輪速傳感器的轉(zhuǎn)換而來(lái)的車速信號(hào)穩(wěn)定適合作定速巡航的車速信號(hào)源。

3 第一路車速信號(hào)的計(jì)算

第一路車速信號(hào)的計(jì)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(gè)車輪的輪速信號(hào)作為計(jì)算車速的信號(hào)源，采用加權(quán)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(hào)。且該邏輯對(duì)每個(gè)輪速信號(hào)的有效性都進(jìn)行診斷，在此基礎(chǔ)上當(dāng)某一個(gè)或兩個(gè)輪速信號(hào)無(wú)效時(shí)依然可以取其它有效的輪速信號(hào)作為車速信號(hào)的信號(hào)源進(jìn)行計(jì)算，從而確保了整個(gè)邏輯系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性

圖5 輪速車速計(jì)算邏輯

4 兩路車速信號(hào)的診斷

由于車速信號(hào)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(jīng)濟(jì)性、OBD診斷、駕駛性體驗(yàn)等整車表現(xiàn)的重要基礎(chǔ)信號(hào)。而發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成（ECU）是處理車速信號(hào)與ABS輪速信號(hào)的中樞神經(jīng)元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成（ECU）處理過(guò)后的車速信號(hào)才能被整車其它模塊引用，所以發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成（ECU）必須能有效地甄別車速傳感器車速信號(hào)與來(lái)自ABS輪速傳感器車速信號(hào)的可靠性，因此將原有只診斷車速傳感器車速信號(hào)的診斷策略進(jìn)行了修改，增加了對(duì)來(lái)自ABS輪速信號(hào)車速的診斷，并將ABS輪速傳感器車速信號(hào)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成（ECU）的第一優(yōu)先車速使用，用于定速巡航控制，并在輪速傳感器出現(xiàn)故障導(dǎo)致輪速車速信號(hào)失效時(shí)引用變速箱殼體上的車速傳感器車速信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)車輛的安全控制。診斷邏輯如下[2]：

If

//如果第一路車速信號(hào)為真

then vroh_w is vfzg_w

//ECU取第一路車速信號(hào)為主車速信號(hào)

else if

//如果第一路車速信號(hào)為假

then vroh_w is vfzg_w and b_vfzabserr is true

//ECU取第二路車速信號(hào)為主車速信號(hào)并報(bào)第一路車速信號(hào)故障

else if

//如果兩路車速信號(hào)都為假

then b_vfzgerr is true

//報(bào)車速故障碼出來(lái)

end if

第一路車速來(lái)自ABS輪速信號(hào)，第二路車速來(lái)自車速傳感器信號(hào)，并同時(shí)對(duì)兩路車速進(jìn)行合理性診斷。正常情況下，取第一路車速計(jì)算vfzg，第二路車速輸入儀表盤；當(dāng)?shù)谝宦奋囁俟收蠒r(shí)，報(bào)第一路車速故障，并取第二路車速計(jì)算 vfzg；當(dāng)兩路車速同時(shí)發(fā)生故障，報(bào)兩路故障，vfzg=0.試驗(yàn)檢驗(yàn)了切換前后車速，兩路車速輸出及合理性相關(guān)功能，包括切換前后車速對(duì)比，實(shí)際車速輸出檢查及為造故障驗(yàn)證軟件邏輯，并確認(rèn)故障發(fā)生時(shí)，故障能進(jìn)入故障路徑，滿足故障修復(fù)條件時(shí)，能夠正常修復(fù)[3]。車速來(lái)自ABS車速波動(dòng)平穩(wěn)，雙路車速輸出正常以及車速IUPR分子正常增長(zhǎng)，未發(fā)現(xiàn)不符合軟件邏輯的情況。試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在誤判車速故障的情況

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)大量的試驗(yàn)和工況下，在定速巡航過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）采集ABS輪速信號(hào)作為車輛的主車速信號(hào)，有利于車輛巡航狀態(tài)時(shí)的車速穩(wěn)定與可靠性，消除了采用變速箱車速傳感器車速信號(hào)帶來(lái)的車速不穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。并且采用兩路車速信號(hào)，確保在某一路車速信號(hào)出錯(cuò)時(shí)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。