某純電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板信號(hào)漂移現(xiàn)象分析及優(yōu)化

吳苗苗，侯海貴，謝 斌，任 升

某純電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板信號(hào)漂移現(xiàn)象分析及優(yōu)化

吳苗苗1，侯海貴1，謝 斌2，任 升2

（1.陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，陜西 西安 710200； 2.陜西德創(chuàng)數(shù)字工業(yè)智能科技有限公司，陜西 西安 710200）

制動(dòng)踏板模擬信號(hào)對(duì)純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收功能及行車制動(dòng)功能的正常實(shí)現(xiàn)具有直接影響。由于車輛在行駛過程中受裝配一致性、運(yùn)行交變負(fù)荷、道路震動(dòng)等因素影響，制動(dòng)踏板頂桿的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，從而引起制動(dòng)踏板頂桿行程變化，導(dǎo)致制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值異常。結(jié)合某純電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板信號(hào)漂移現(xiàn)象展開研究，從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣連接兩個(gè)方面闡述了導(dǎo)致制動(dòng)踏板模擬信號(hào)漂移的原因和兩種基本解決措施，即通過精確調(diào)整頂桿螺母固定位置，從而改變制動(dòng)踏板頂桿行程的方式，使得制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值始終處于大于330的狀態(tài)；更改整車控制器制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值范圍，使得制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值處于該范圍之內(nèi)。該研究解決了純電動(dòng)車輛制動(dòng)踏板模擬信號(hào)漂移問題，為同類結(jié)構(gòu)車輛制動(dòng)踏板信號(hào)漂移問題的解決提供了參考。

純電動(dòng)汽車；制動(dòng)踏板；信號(hào)漂移；制動(dòng)踏板頂桿行程；頂桿螺母

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，其中純電動(dòng)汽車的產(chǎn)銷量和保有量更是增長(zhǎng)迅猛[1]。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)量連續(xù)8年位于世界第一，2022年銷售688.7萬輛，市場(chǎng)占有率突破25.6%[2]，逐步進(jìn)入全面市場(chǎng)化拓展期，已迎來新的發(fā)展和增長(zhǎng)階段。新能源汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、可靠性等產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)也進(jìn)入充分競(jìng)爭(zhēng)階段。

電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板信號(hào)是整車控制系統(tǒng)的重要輸入信號(hào)之一，車輛制動(dòng)、制動(dòng)能量回收等功能的正常實(shí)現(xiàn)均需其作為輸入的判定條件[3]。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，車輛通過獲取制動(dòng)踏板位置信號(hào)電壓，判斷制動(dòng)踏板信號(hào)是否處于預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)，若制動(dòng)踏板信號(hào)電壓處于預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)，則判定制動(dòng)踏板信號(hào)正常；若制動(dòng)踏板信號(hào)電壓處于預(yù)設(shè)區(qū)間外，則判定制動(dòng)踏板信號(hào)異常。但是，由于車輛制動(dòng)踏板老化、信號(hào)漂移等因素影響，使得制動(dòng)踏板位置信號(hào)電壓處于預(yù)設(shè)區(qū)間外，從而影響車輛制動(dòng)能量回收等功能的實(shí)現(xiàn)，甚至威脅行車安全[4]。本文選取某型純電動(dòng)汽車，針對(duì)其出現(xiàn)的制動(dòng)踏板信號(hào)漂移問題從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器控制兩個(gè)方面進(jìn)行深入分析研究，并提出有效解決方案。

1 問題提出

某型純電動(dòng)汽車正常行駛過程中，儀表突然顯示制動(dòng)踏板模擬信號(hào)采集故障，造成車輛制動(dòng)能量回收功能失效，但不影響車輛正常行駛。據(jù)此，本次測(cè)試選取16輛該型純電動(dòng)汽車進(jìn)行故障原因分析，汽車制動(dòng)踏板信號(hào)參數(shù)如表1所示。該制動(dòng)踏板總成具有兩路信號(hào)輸出，一路為踏板開關(guān)信號(hào)，用于反饋踏板是否踩下，踏板踩下后反饋高電平，踏板松開后反饋低電平；一路為模擬信號(hào)，用于反饋踏板開度及其變化速率。制動(dòng)能量回收功能主要采集模擬信號(hào)，基于市場(chǎng)問題（由模擬信號(hào)一路反饋）進(jìn)行現(xiàn)象分析。

測(cè)試制動(dòng)踏板模擬信號(hào)時(shí)，首先將安裝有CAN-APE（Controller Area Network-Analyses of Phylogenetics and Evolution）軟件的制動(dòng)踏板模擬數(shù)據(jù)采集儀器通過特定接口與整車控制器相連接。連接完成后，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集儀器自帶軟件，與整車控制器進(jìn)行相互通信。通信建立完成后，踩踏制動(dòng)踏板即可獲取制動(dòng)踏板模擬信號(hào)，圖1為車輛制動(dòng)踏板模擬信號(hào)測(cè)量幅值圖。

表1 制動(dòng)踏板信號(hào)參數(shù)

名稱參數(shù)值 正常電壓/V0.4～0.6 正常模擬信號(hào)值360～420 額定工作電壓/V24±0.1 正常使用溫度/℃-40～+80 防護(hù)等級(jí)IP65

圖1 制動(dòng)踏板模擬信號(hào)測(cè)量幅值圖

2 現(xiàn)象分析與優(yōu)化

2.1 現(xiàn)象分析

從影響模擬信號(hào)因素的角度考慮，現(xiàn)象分析需排查踏板頂桿行程，制動(dòng)踏板頂桿行程信號(hào)由制動(dòng)腳閥感知采集，而氣制動(dòng)總閥是行車制動(dòng)系統(tǒng)最主要的關(guān)鍵部件，也是行車制動(dòng)時(shí)的第一個(gè)制動(dòng)部件[5]。該車型腳制動(dòng)閥工作原理為當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板頂桿將制動(dòng)閥平衡彈簧上座下壓，經(jīng)過平衡彈簧、下座和鋼球，通過推桿及鋼球壓下平衡臂，推動(dòng)兩腔膜片總成下移。間隙消除后，先關(guān)閉排氣閥口，再打開進(jìn)氣閥口，貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)制動(dòng)閥進(jìn)入各制動(dòng)氣室，推桿推動(dòng)調(diào)整臂使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)蹄壓向制動(dòng)鼓，產(chǎn)生制動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。純電動(dòng)汽車在行駛過程中由于裝配一致性、運(yùn)行交變負(fù)荷、道路震動(dòng)等因素的影響，制動(dòng)踏板頂桿的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，從而引起制動(dòng)踏板頂桿行程變化，導(dǎo)致制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值異常。

圖2 制動(dòng)踏板總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

制動(dòng)踏板頂桿螺母的固定位置決定了頂桿行程的長(zhǎng)短，并直接影響整車控制器程序中制動(dòng)踏板初始信號(hào)采樣值。通過調(diào)整制動(dòng)踏板頂桿螺母固定位置，改變頂桿行程長(zhǎng)短的方式，調(diào)節(jié)踏板模擬信號(hào)數(shù)值。

16輛純電動(dòng)汽車出廠時(shí)，整車控制器程序設(shè)置制動(dòng)踏板初始信號(hào)電壓正常范圍為0.4～0.6 V，對(duì)應(yīng)制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值為360～420，如圖3所示。當(dāng)制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值小于330時(shí)，整車控制器判斷為車輛制動(dòng)踏板故障，并提醒駕駛員。

圖3 制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值與電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2為16輛某型純電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板初始信號(hào)數(shù)據(jù)與測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比。由表2可知，每輛車制動(dòng)踏板初始信號(hào)測(cè)量值均在不同程度上產(chǎn)生了漂移，其中13輛車向下漂移，最大漂移值為-25；3輛車向上漂移，最大漂移值為30。序號(hào)為1的車輛雖然其測(cè)量值高于初始值，但車輛長(zhǎng)期行駛過程中會(huì)不可避免地出現(xiàn)震動(dòng)或者顛簸，導(dǎo)致制動(dòng)踏板頂桿螺母松動(dòng)，使得制動(dòng)踏板頂桿行程改變，導(dǎo)致制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值低于330，從而使得整車控制器判斷為制動(dòng)踏板故障。此外，部分車輛制動(dòng)踏板信號(hào)測(cè)量數(shù)值接近判斷值330，后期也存在整車控制器判斷為制動(dòng)踏板故障的風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，車輛經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，制動(dòng)踏板和頂桿配合的行程產(chǎn)生了變化，導(dǎo)致制動(dòng)踏板初始信號(hào)產(chǎn)生漂移。

表2 制動(dòng)踏板模擬信號(hào)測(cè)量值與初始值對(duì)比

序號(hào)制動(dòng)踏板信號(hào)測(cè)量值制動(dòng)踏板信號(hào)初始值差值 1335360-25 2390415-25 3355380-25 4357360-3 5363375-12 6351365-14 7343360-17 8378383-5 93863833 103833758 11362373-11 1244041030 13389400-11 14407420-13 15385410-25 16371375-4

2.2 優(yōu)化方案

經(jīng)過上述分析，優(yōu)化純電動(dòng)車制動(dòng)踏板模擬信號(hào)漂移現(xiàn)象的方案共有兩種：1）通過精確調(diào)整頂桿螺母固定位置，從而改變制動(dòng)踏板頂桿行程的方式，使得制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值始終處于大于330的狀態(tài)；2）更改整車控制器制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值范圍，使得制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值處于該范圍之內(nèi)。由于車輛已出廠，通過精確調(diào)整制動(dòng)踏板頂桿螺母位置解決該問題的方式不僅操作空間有限，而且精準(zhǔn)調(diào)整制動(dòng)踏板頂桿長(zhǎng)度難度較大，因此，選擇通過修改整車控制器控制程序的方式來解決該問題。

通過對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出，應(yīng)將制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值的下限值和上限值分別減少25和增加30，且同時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小整車控制器判定制動(dòng)踏板故障的模擬信號(hào)數(shù)值限值。由于車輛在后續(xù)的運(yùn)行中，制動(dòng)踏板頂桿行程和頂桿螺母位置仍會(huì)出現(xiàn)變化，因此，在更改制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值范圍時(shí)，應(yīng)將該范圍擴(kuò)大一些。綜合考慮各種情況，將制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值的下限值和上限值分別調(diào)整為310和460，同時(shí)將整車控制器判定制動(dòng)踏板故障的模擬信號(hào)數(shù)值限值調(diào)整為280。將更改后的程序重新寫入整車控制器后，制動(dòng)踏板故障消失。

3 結(jié)語(yǔ)

制動(dòng)踏板是車輛制動(dòng)系統(tǒng)最重要的部件之一，其信號(hào)的正常與否直接影響著車輛制動(dòng)系統(tǒng)是否能夠正常穩(wěn)定工作。本文所研究的制動(dòng)踏板模擬信號(hào)數(shù)值漂移現(xiàn)象是純電動(dòng)汽車制動(dòng)系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一，該問題不會(huì)影響正常行車安全，但會(huì)導(dǎo)致純電動(dòng)車制動(dòng)能量回收功能失效，影響產(chǎn)品性能的市場(chǎng)表現(xiàn)。對(duì)于已運(yùn)行車輛，通過更改整車控制器程序中制動(dòng)踏板模擬信號(hào)的限值范圍，成功解決了制動(dòng)踏板信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)值漂移的現(xiàn)象。此外，汽車生產(chǎn)廠家應(yīng)該增加制動(dòng)踏板與制動(dòng)總閥安裝力矩、間隙等的一致性檢查，明確安裝規(guī)范要求，提高零部件裝配質(zhì)量，可有效避免此類問題的出現(xiàn)。

[1] 唐進(jìn).我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的研究[J].數(shù)值化用戶,2018(29):228.

[2] 中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì).我國(guó)2022年汽車出口突破300萬輛,產(chǎn)銷連續(xù)14年穩(wěn)居全球第一:乘勢(shì)而上,汽車產(chǎn)業(yè)馬力足[DB/OL].(2023-01-17)[2023-02-25].https:// www.gov.cn/xinwen/2023-01/17/content_5737416.htm?eqid=86cb5f7f0009fef8000000046458503e&wd=&eqid=8b266bd90001daa300000002648e9ee2.

[3] 陳燕,貝紹軼,汪偉,等.基于EMB與EBD的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2016(12): 62-66.

[4] 朱明,張君鴻,馬成杰,等.混合動(dòng)力汽車制動(dòng)踏板位移傳感器的故障診斷[J].汽車電器,2011(4):31-33,35.

[5] 楊春生,隋良紅,陳正龍.客車氣制動(dòng)總閥性能檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù), 2013(12):94-97.

Analysis and Optimize on the Phenomenon of Brake Pedal Signal Drift in the Pure Electric Vehicles

WU Miaomiao1, HOU Haigui1, XIE Bin2, REN Sheng2

( 1.Technology Center of Shaanxi Automobile Group Company Limited, Xi'an 710200, China; 2.Shaanxi Dechuangshuzi Intelligent Technology Company Limited, Xi'an 710200, China )

The analog signal of the brake pedal has a direct influence on the normal realization of the regenerative braking energy function and the service braking function of electric vehicles. Due to influence of factors as assembly consistency, driving stress alternation and road vibrations etc., the length of the brake pedal ejector pin changes, causing the ejector pin’s stroke to change, resulting in an unusual figure in the brake pedal analog signal value. This paper explains the reasons for the drift of the brake pedal analog signal for electric vehicles from two aspects of mechanical structure and electrical connection. That is, by accurately adjusting the fixed position of the top rod nut, the analog signal value of the brake pedal is always greater than 330; Changing the numerical range of the analog signal value of the vehicle controller is within this range. The study solves the problem of the electric vehicles brake pedal analog signal drift by changing the program of the vehicle control units.

Pure electric vehicles; Brake pedal; Signal drift; Brake pedal ejector stroke; Ejector nut

U469.72

A

1671-7988(2023)19-30-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.006

吳苗苗（1988－），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾履茉凑囬_發(fā)，E-mail:709038324@qq.com。