整車控制器加速踏板信號處理及診斷策略研究

蔣立偉 檀生輝 吳勇

摘要：本文以整車控制器的加速踏板信號為研究對象，首先采用Simulink軟件開發(fā)了加速踏板信號處理及診斷策略模型，然后對其實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和說明，最后通過實(shí)車測試和故障注入的方式對開發(fā)的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明所開發(fā)的策略模型能有效可靠地實(shí)現(xiàn)對加速踏板信號的處理和診斷，提高了整車的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：整車控制器;加速踏板;信號處理;故障診斷

中圖分類號：TU3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0015-03

1? 加速踏板信號處理及診斷策略開發(fā)

首先對加速踏板供電電源進(jìn)行處理和診斷，然后對兩路加速踏板原始電壓信號進(jìn)行處理和診斷，通過Simulink搭建的頂層策略模型，由傳感器電源SRC模塊和加速踏板位置傳感器模塊構(gòu)成，如圖1所示。

1.1 供電電源SRC模塊開發(fā)

1.1.1 功能描述

根據(jù)底層軟件傳遞的電源電壓的A/D采樣結(jié)果，根據(jù)其傳感器的技術(shù)規(guī)格書，其信號有效范圍是一定的。此模塊的主要功能是對傳感器輸出電壓信號進(jìn)行信號范圍校驗(yàn)，確保其滿足控制需求。

對其進(jìn)行SRC（Signal Range Check）校驗(yàn)，為使用此電源的部件提供相應(yīng)信息，并根據(jù)其故障形式，對電源進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，包括永久關(guān)斷故障電源等。

1.1.2 供電電源SRC模塊策略開發(fā)

該模塊的功能實(shí)現(xiàn)，模型如圖2所示。在初始狀態(tài)時(shí)，此模塊的故障狀態(tài)輸出為0，即無故障狀態(tài)。將輸入信號的物理電壓值與標(biāo)定的信號最大最小值進(jìn)行比較。如果其超過標(biāo)定的最大電壓閥值，進(jìn)入第2步，如果其小于標(biāo)定的最小電壓閥值，進(jìn)入第3步，如果其電壓值在此兩閥值之間，無故障，如下：

①其臨時(shí)故障狀態(tài)被檢測出來，被賦值為1，此時(shí)永久故障狀態(tài)仍為0（無故障），當(dāng)其處在此狀態(tài)的時(shí)間大于Par_SRC_H_PosDeb時(shí)，臨時(shí)狀態(tài)為0，永久故障狀態(tài)被賦值為1。如果在故障Debouncing過程中，此信號電壓又小于最大電壓Par_SRC_H_Threshold，臨時(shí)故障狀態(tài)清零。當(dāng)其處于永久故障狀態(tài)時(shí)，如果其信號電壓又小于最大電壓Par_SRC_H_Threshold，此時(shí)將立即進(jìn)入故障的Healing狀態(tài)，如果在此狀態(tài)的時(shí)間大于SRC HIGH 故障消除Debouncing時(shí)間Par_SRC_H_NegDeb，此故障消除，永久故障狀態(tài)清零。當(dāng)其處于永久故障狀態(tài)時(shí)，如果其信號電壓又大于最大電壓，故障狀態(tài)不變，傳感器處于SRC HIGH故障狀態(tài)。

②其臨時(shí)故障狀態(tài)被檢測出來，被賦值1，此時(shí)永久故障狀態(tài)仍為0，當(dāng)其處在此狀態(tài)的時(shí)間大于Par_SRC_L_PosDeb時(shí)，臨時(shí)狀態(tài)為0，永久故障狀態(tài)被賦值為0。如果在故障Debouncing過程中，此信號電壓又大于最小電壓，臨時(shí)故障狀態(tài)清零。當(dāng)其處于永久故障狀態(tài)時(shí)，如果其信號電壓又大于最小電壓，此時(shí)將立即進(jìn)入故障的healing狀態(tài)，如果在此狀態(tài)的時(shí)間大于SRC LOW 故障消除Debouncing時(shí)間，此故障消除，永久故障狀態(tài)清零。當(dāng)其處于永久故障狀態(tài)時(shí)，如果其信號電壓又小于最小電壓，故障狀態(tài)不變，傳感器處于SRC LOW故障狀態(tài)。如果在以上運(yùn)行過程中，有清除故障請求命令，不管其當(dāng)前是否存在故障，其故障輸出為0，即不存在故障。

1.2 加速踏板位置傳感器模塊開發(fā)

該模塊包括加速踏板位置信號SRC校驗(yàn)和加速踏板位置信號計(jì)算兩個(gè)子模塊，如圖3所示。

1.2.1 功能描述

根據(jù)底層軟件傳遞的電壓的A/D采樣結(jié)果，對其進(jìn)行SRC校驗(yàn)，判斷其故障狀態(tài)。并根據(jù)供電電壓的故障狀態(tài)，計(jì)算加速位置的百分比，具體為：

①信號故障類型判斷：只有當(dāng)電源無故障時(shí)進(jìn)行SRC狀態(tài)判斷，電源出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)信號不可信故障。 ②進(jìn)行信號線性化，將其轉(zhuǎn)化為物理值。③當(dāng)出現(xiàn)臨時(shí)故障時(shí)，加速踏板位置百分比信號保持上一次的有效輸出。④當(dāng)出現(xiàn)永久故障時(shí)，加速踏板位置百分比信號立即切換到替代值SID_C_pc_PosDefault（可標(biāo)定）。

1.2.2 加速踏板位置信號SRC校驗(yàn)策略開發(fā)

該模塊包括兩路踏板位置信號SRC校驗(yàn)、SRC結(jié)果綜合和信號可信度校核三個(gè)子模塊，如圖4所示。

①當(dāng)來自供電電源模塊的PwrSplySRC。永久故障狀態(tài)=0時(shí)，即供電電源沒故障時(shí)，允許SRCCheck模塊運(yùn)行，檢測方案同1.1.2節(jié)供電電源SRC模塊策略，不在累述。

②當(dāng)來自電源模塊的PwrSplySRC。永久故障狀態(tài)=1時(shí)，即電源有故障，進(jìn)入SRC結(jié)果綜合（SRC_Collect）模塊，信號PlauCheck被置0，信號可信度校核模塊不工作，Defect_Status被置3，即信號不可信;在電源正常的情況下，正常輸出兩路位置信號的SRC校驗(yàn)結(jié)果。

③信號可信度校核模塊被激活后，兩路位置信號A與AK電壓值同時(shí)滿足A-2*Ak<=PlauOffset，A-2*Ak>=-PlauOffse時(shí)，輸出雙路信號可信狀態(tài)為0（可信）;條件不滿足時(shí)，信號可信故障狀態(tài)為1，通過抖動消除模塊處理后輸出穩(wěn)定結(jié)果。

④加速踏板位置信號SRC結(jié)果綜合模塊輸出的兩路信號SRC結(jié)果，經(jīng)過信號可信度校核模塊輸出的信號選擇，最終輸出兩路信號SRC結(jié)果，為整車控制軟件其他模塊使用。

⑤根據(jù)油門特性曲線，將采集的電壓信號，通過查表的方式轉(zhuǎn)換為百分比信號。

1.2.3 加速踏板位置信號處理策略開發(fā)

位置信號處理模塊：

①若臨時(shí)故障=1，則輸出電壓值=上一次有效輸出電壓信號值，若臨時(shí)故障狀態(tài)=0，則輸出電壓值=加速踏板信號值。②若永久故障狀態(tài)=0，則輸出的位移信號值=濾波后信號值，若有故障狀態(tài)，則位移信號值=標(biāo)定位移值。③油門百分比信號經(jīng)過一階低通數(shù)字濾波器處理。

2? 仿真及結(jié)果

在加速踏板位置信號和其供電電源正常的情況下，車輛運(yùn)行過程中采集到的數(shù)據(jù)如圖5所示。

如圖5所示，在加速踏板位置信號和其供電電源正常情況下，加速踏板信號被濾波和進(jìn)行位置百分比轉(zhuǎn)換，未出現(xiàn)異常檢測。

通過故障注入的方式，在試驗(yàn)臺架上，給加速踏板傳感器供電電源注入故障，采集到的數(shù)據(jù)如圖6所示。

如圖6所示，在加速踏板供電異常時(shí)，在3.8s到5.6s期間，加速踏板傳感器供電電壓高于5.1V，電源臨時(shí)SRC置1，即傳感器電源有臨時(shí)故障，由于故障時(shí)間小于SRC最大值彈跳時(shí)間，此時(shí)電源SRC未被激活;當(dāng)傳感器供電電源在15.3s到19.5s期間，加速踏板傳感器供電電源電壓再次高于5.1V，電源臨時(shí)SRC再次被置1，即傳感器電源有臨時(shí)故障，當(dāng)故障時(shí)間大于SRC最大值恢復(fù)時(shí)間，此時(shí)電源SRC被激活，即電源電壓過高故障被確認(rèn);在19.5s到21s期間，供電恢復(fù)到正常5V，但時(shí)間小于SRC最大值恢復(fù)時(shí)間，估電源SRC保持激活狀態(tài);在21s到24s期間，供電電源電壓恢復(fù)到正常5V，電源電壓過高故障消失。

在加速踏板傳感器供電電壓低于0.8V時(shí)，即供電電源電壓過低故障，其測試過程與結(jié)果與供電電源電壓過高故障相似，不在累述。

3? 結(jié)束語

通過實(shí)車測試和故障注入的方式對開發(fā)的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明所開發(fā)的策略模型能有效可靠地實(shí)現(xiàn)對加速踏板信號的處理和診斷，提高了整車的可靠性和穩(wěn)定性。

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