淺談ACC功能及EMS對其控制邏輯

郭義才 劉靈

摘要：隨著生活水平的不斷升高，顧客對汽車產(chǎn)品的要求也不斷提高。本文通過分析ACC功能、結(jié)構(gòu)以及邏輯控制概述，研究了EMS在ACC功能開發(fā)中的項(xiàng)目及注意事項(xiàng)，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)該功能給予指導(dǎo)。

Abstract： As living standards rise， customer requirements for automobile products also improve. By analyzing the overview of ACC function， structure and logic control， this paper studies the EMS project and precautions in ACC function development， and gives guidance for the subsequent project development of this function.

關(guān)鍵詞：ACC;EMS系統(tǒng);自適應(yīng)巡航

Key words： ACC;EMS system;adaptive cruise control

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）02-0086-03

0 ?引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對汽車品質(zhì)要求逐漸提升。動力強(qiáng)勁、油耗低、良好的操控性、舒適、安全、智能等性能也已成為顧客評價車輛品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)。

ACC（Adaptive Cruise Control）又稱自適應(yīng)巡航。即根據(jù)對前方目標(biāo)車實(shí)現(xiàn)自動跟車的功能，可以隨著目標(biāo)車的加速、減速、停車來自動控制車輛速度;或是根據(jù)與前車之間的距離進(jìn)行設(shè)置，按照距離跟車，實(shí)現(xiàn)了可代替司機(jī)控制車速，避免司機(jī)頻繁踩油門等操作，從而提升了行車安全性。

ACC的另一項(xiàng)功能是可實(shí)現(xiàn)定速巡航，即在車輛前方?jīng)]有目標(biāo)車或目標(biāo)車消失的狀況下，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的定速巡航功能，按照設(shè)定的目標(biāo)車速勻速行駛。

1 ?ACC功能簡介

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)是在定速巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上延伸的，一種能夠?qū)崿F(xiàn)智能化自動控制的系統(tǒng)。車輛在行駛過程中，通過車輛前端的車距雷達(dá)（傳感器）對前方道路上的車輛進(jìn)行掃描，通過輪速傳感器采集到的信號，計(jì)算與前車之間的距離通過與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、ESP等系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)動作。例如車距過小時，ACC控制單元可以發(fā)出指令，對發(fā)動機(jī)的輸出扭矩限制、讓車輛進(jìn)行制動，從而保證與前方目標(biāo)車輛的安全距離。

另外，為了保證自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在控制車輛制動時的舒適度，當(dāng)需要進(jìn)行很大的減速度時，ACC控制單元會通過發(fā)出聲光信號的方式來通知駕駛者采取主動制動。當(dāng)與前車的距離再次到達(dá)安全距離時，車輛則恢復(fù)原設(shè)置的車速進(jìn)行行駛。

1.1 ACC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACC系統(tǒng)是由雷達(dá)傳感器控制單元、ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)、傳感器（輪速、橫擺角、轉(zhuǎn)向角等）、ECU、TCU、顯示和設(shè)定儀表按鈕、CAN網(wǎng)絡(luò)等部件組成。見圖1。

ACC系統(tǒng)控制單元是各控制單元、傳感器及人機(jī)單元（儀表臺）通過CAN通訊的方式相互進(jìn)行信息的交互，從而實(shí)現(xiàn)信號的采集、意圖判斷及巡航控制的。見圖2。

1.2 ACC控制邏輯概述

ACC系統(tǒng)是在定速巡航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能衍生的。主要的控制邏輯為：

①車輛前方無目標(biāo)車時，可實(shí)現(xiàn)定速巡航功能，按照設(shè)定的目標(biāo)車速行駛;

②車輛前方出現(xiàn)目標(biāo)車時，可根據(jù)設(shè)定的車距或車速，開展跟車的功能，還可按照目標(biāo)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動加速、減速、停車等操作。見圖3。

ACC功能典型動作如圖4所示。與定速巡航系統(tǒng)一樣，在當(dāng)前方?jīng)]有汽車時可按照設(shè)定的車速（如100km/h）行駛;當(dāng)前方出現(xiàn)車輛車速較慢（如80km/h）時，則車輛將根據(jù)前方汽車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行減速控制;或是，可通過設(shè)定的車距的方式進(jìn)行功能設(shè)置，根據(jù)輛車間距隨行控制。

2 ?ACC功能EMS系統(tǒng)控制邏輯

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACC功能是以ACC控制器為核心，協(xié)調(diào)EMS，ESP，EPB等系統(tǒng)共同完成。ACC控制器通過向其他控制器發(fā)出扭矩和制動指令，實(shí)現(xiàn)對車速的控制。EMS接收巡航按鍵信號，經(jīng)過識別和診斷正常后，通過CAN總線給ACC控制器發(fā)生信號;其計(jì)算后向EMS發(fā)出扭矩的請求;另外，EMS通過CAN總線接收ESP的扭矩干涉或制動信號、接收EPB的制動信號后經(jīng)過控制器的計(jì)算，綜合判斷后，決定是否滿足ACC的請求;最后，EMS根據(jù)巡航需求扭矩和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來計(jì)算虛擬加速踏板的開度，通過CAN總線給TCU發(fā)送需求信號，進(jìn)行換擋操作。如圖5所示。

2.2 EMS自適應(yīng)巡航相關(guān)功能方案

2.2.1 自適應(yīng)巡航開關(guān)信號采集和診斷

EMS采集開關(guān)按鈕的信號，并對開關(guān)按鈕的信號進(jìn)行診斷。自適應(yīng)巡航開關(guān)是采用撥桿式的開關(guān)，其有6種狀態(tài)，如表1所示。

巡航開關(guān)采用電阻阻值的方式，按下不同的按鍵時會產(chǎn)生不同的電壓值，EMS根據(jù)采集到不同的電壓信號，來進(jìn)行按鍵狀態(tài)的判斷。對各個按鍵電壓上下限增加5%的余量，各開關(guān)的電壓范圍如表2所示。

表2中的上限和下限值都為可匹配量。EMS可對以下3種開關(guān)信號來判定巡航開關(guān)故障：

①兩路AD信號電壓差值超過0.2V（匹配量），并且持續(xù)0.1s（匹配量）;

②Cancel，Set，Headway，Resume四個復(fù)位式開關(guān)被持續(xù)按下60s（匹配量）;

③電壓不在任何一個按鍵的電壓限制范圍內(nèi)。

故障修復(fù)條件為：主開關(guān)打開，并且以上三種情況都不存在。

2.2.2 接收巡航狀態(tài)并進(jìn)行校驗(yàn)

EMS接收ACC的巡航狀態(tài)ACCstatus和錯誤狀態(tài)ACCErrorStatus，并對其狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)發(fā)生以下3種情況中的一種時，則判定ACC巡航為不合理狀態(tài)。

①cancel鍵按下或者剎車踏板踩下但是ACCStatus還是active;

②active和override情況下ACCErrorStatus 是error狀態(tài);

③set和resume鍵沒有按下，ACCStatus是active狀態(tài)。

2.2.3 接收ACC扭矩請求并判斷是否響應(yīng)

EMS只有出現(xiàn)以下的某一項(xiàng)情況，將不再響應(yīng)ACC發(fā)送的巡航需求扭矩，直接把巡航需求扭矩降為零：

①巡航主開關(guān)關(guān)閉;

②按下Cancel鍵;

③踩下剎車踏板;

④剎車踏板故障;

⑤制動主缸壓力校驗(yàn)剎車信號不合理故障;

⑥ESP和EPB制動或扭矩干涉;

⑦巡航開關(guān)故障;

⑧碰撞斷油;

⑨ACC節(jié)點(diǎn)checksum 錯誤;

⑩ACC節(jié)點(diǎn)livecounter錯誤;

{11}扭矩需求TorqueRequest_ACC為無效值;

{12}緊急制動;

{13}ACC狀態(tài)校驗(yàn)不合理;

{14}EMS監(jiān)控層要求退出巡航。

2.2.4 緊急制動狀態(tài)判斷

ACC向EMS發(fā)送的制動加速度和制動狀態(tài)信號請求時，這兩個信號同時滿足以下兩個條件時，EMS則判定當(dāng)前處于緊急制動狀態(tài)：

①制動加速度值小于-1m/s2（可匹配值）;

②制動狀態(tài)為緊急制動。

EMS針對緊急制動狀態(tài)的策略：

①緊急制動時EMS取踏板扭矩和ACC請求扭矩兩者的最小值;

②緊急制動時EMS直接將ACC請求扭矩降為零，防止下次巡航響應(yīng)時扭矩的突變造成的車輛頓挫。

2.2.5 接收ESP及EPB的制動和扭矩干涉信號

EMS從CAN總線接收ESP的扭矩干涉或制動信號，接收EPB的制動信號，作為扭矩響應(yīng)條件的條件。

2.2.6 計(jì)算和發(fā)送虛擬加速踏板開度信號

巡航狀態(tài)時，由EMS根據(jù)巡航需求的扭矩大小，結(jié)合發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算虛擬加速踏板開度，然后通過CAN總線發(fā)送給TCU，進(jìn)行換擋。

2.2.7 發(fā)送能否響應(yīng)ACC扭矩請求標(biāo)志

EMSResponseACC信號的定義： EMS是否能夠響應(yīng)ACC發(fā)出的需求扭矩。如表3所示。

當(dāng)發(fā)生以下情況時，EMS將不響應(yīng)ACC扭矩：

①兩路節(jié)氣門信號故障;

②節(jié)氣門與主負(fù)荷傳感器同時存在故障;

③ACC節(jié)點(diǎn)checksum錯誤;

④ACC節(jié)點(diǎn)livecounter錯誤;

⑤ACC節(jié)點(diǎn)CAN通信故障;

⑥EMS監(jiān)控層要求退出巡航;

⑦ACC狀態(tài)校驗(yàn)不合理;

⑧巡航主開關(guān)關(guān)閉;

⑨Cancel鍵按下;

⑩ESP和EPB制動或扭矩干涉;

{11}碰撞斷油;

{12}剎車踏板故障;

{13}制動主缸壓力校驗(yàn)剎車信號不合理故障;

{14}主動巡航下線誤配置為定速巡航;

{15}巡航開關(guān)故障。

2.2.8 發(fā)送Override標(biāo)志

Override信號置位后，ACC會把駕駛權(quán)交給駕駛員，不再發(fā)送扭矩請求和采取制動。

2.2.8.1 Override置位條件

當(dāng)加速踏板扭矩大于ACC請求扭矩時，Override置1，根據(jù)二者的差值選擇Override置位的延遲時間，如表4所示。

2.2.8.2 Override復(fù)位條件

當(dāng)ACC請求扭矩大于或是等于加速踏板扭矩時，Override復(fù)位。

2.2.9 發(fā)送巡航開關(guān)狀態(tài)及其故障狀態(tài)

EMS識別巡航開關(guān)的on，off，cancel，set/-，res/+， headway的狀態(tài)并進(jìn)行診斷，把開關(guān)信息和故障狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給ACC控制器。

2.2.10 發(fā)送剎車踏板信號

EMS采集剎車踏板信號并進(jìn)行診斷，將剎車信號通過CAN總線發(fā)出給ACC。

3 ?總結(jié)

通過對ACC功能及方案研究，加深對該功能的結(jié)構(gòu)和控制原理的理解;明確各控制器在功能實(shí)現(xiàn)中的工作內(nèi)容，便于在功能開發(fā)中完善各個系統(tǒng)的匹配，提高工作效率。

對ACC功能EMS實(shí)施方案的研究，理解其開發(fā)思路及標(biāo)定方法;為搭載該功能的開發(fā)提供理論依據(jù)，能夠更高效的解決開發(fā)過程中所遇到的EMS標(biāo)定問題。

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