优化的发动机碰撞识别系统

2017-06-19关懿峰

汽车电器 2017年5期

关键词：后处理校验总线

关懿峰

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

优化的发动机碰撞识别系统

关懿峰

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

阐述在现有的单网络碰撞信息输入系统的基础上，构建网络和硬线 “双输入”的发动机碰撞识别系统。借助嵌入式的软件开发方式和硬件在环的测试方法，对方案的有效性进行验证。

双输入；嵌入式软件开发；硬件在环

目前，市场上的车辆在发生严重碰撞后都要求能够自动切断发动机的燃油供给。根据断油实现方式的不同，可以分为被动式断油和主动式断油。被动式断油是指惯性开关在碰撞发生后，自动切断燃油泵的电源供给；主动断油是指控制器识别出碰撞状态之后，禁止对燃油泵、喷油器等供油零件的控制输出。在主动断油的应用中，市场上绝大多数车型的碰撞状态识别是基于控制器通过网络信号对车辆碰撞状态的判断而实现，此技术方案的碰撞信息输入源单一，在网络介质出现问题的情况下存在安全隐患。因此，无论从系统的安全性还是可靠性，都存在一定的提升空间。本课题的研究目的就是在当前主流的主动式发动机碰撞断油识别系统的基础上进行设计优化，全面提升系统的安全性和可靠性。

1 系统方案设计

本课题的系统方案中，所包含的控制器和执行部件有：发动机控制器ECM，检测和诊断模块SDM，低压油泵继电器，高压油泵和起动继电器［1］。如图1所示。

检测和诊断模块SDM主要用于检测车辆的碰撞状态，并将相关信息反馈给其它控制单元。在本课题的系统设计方案中，除了要求SDM能够通过CAN网络传递碰撞状态信息外，还要求其能够以数字信号的形式进行点对点的硬线端口输出。

图1 发动机碰撞识别系统架构

ECM是本课题的核心控制单元。它主要用于检测SDM方面所发布的碰撞状态信息，并基于此来决定是否需要禁止对油泵继电器、起动继电器、喷油器和高压油泵等执行部件的驱动输出。从而保证在碰撞发生后，动力系统能够及时并彻底地被切断。

网络接口是SDM和ECM之间进行信息传递的主要通道， CAN网络接口定义见表1。

表1 发动机碰撞识别系统的CAN网络接口定义

1）碰撞状态由SDM发出，代表SDM所检测到的车辆碰撞状态。如果SDM检测到发生碰撞，“碰撞状态”应一直指示为“真”，直至售后对SDM进行维护处理。

2）碰撞状态校验由SDM发出，用于保护“碰撞状态”信号。仅当“碰撞状态校验”信息与预期相符时，接收方才会判断“碰撞状态”信息。

3）同步计数器由SDM发出，被接收方用于检测“碰撞状态”和“碰撞状态检验”信号的同步性，避免在网络信息不更新时出现误判断情况。

4）碰撞后处理结果由ECM发出，代表动力系统方面的碰撞后处理状态。

考虑到CAN总线中断、硬线损坏、控制单元的CAN收发器损坏等不利因素，在本次设计的系统方案中，硬线接口是SDM和ECM之间进行信息传递的重要辅助通道。结合现有的SDM成熟产品，硬线输出的碰撞状态以图2所示的形式进行定义：80%占空比代表非碰撞状态；反置后的20%占空比代表检测到碰撞发生。

图2 碰撞硬线输出的占空比定义

2 控制策略与方案实现

碰撞识别逻辑主要在ECM中完成。ECM需要根据CAN网络和硬线的碰撞状态信息输入，综合考虑诊断状态影响和各种输入组合情况，从而判断出动力系统是否需要采取相应的碰撞后处理措施。

2.1 网络输入识别策略

SDM在碰撞发生之后应持续将“碰撞状态”发送为“真”，直至维修站对SDM进行返修处理或更换。

ECM对碰撞信息的网络输入识别策略主要需要考虑网络信号状态、网络信号的校验状态以及网络通信状态。

1）网络信号状态如果“碰撞状态”为“真”，ECM认为碰撞发生；如果“碰撞状态”为“假”，ECM认为无碰撞发生。

2）网络信号的校验状态当ECM判断出“碰撞状态校验”和“同步计数器”的信息正确时，ECM会判断“碰撞状态”，如果“碰撞状态”为“真”，ECM认为碰撞发生，如果“碰撞状态”为“假”，ECM认为无碰撞发生；当ECM判断出“碰撞状态校验”和“同步计数器”的信息不正确时，ECM不会判断“碰撞状态”，持续认为无碰撞发生。

3）网络通信状态网络通信状态主要是指总线中断状态和节点丢失状态。如果在总线中断或节点丢失之前，ECM判断出碰撞发生，则在总线中断或节点丢失期间，持续认为碰撞发生；如果在总线中断或节点丢失之前，ECM判断出无碰撞发生，则在总线中断或节点丢失期间，持续认为无碰撞发生。

2.2 硬线输入识别策略

在车辆上电后，SDM持续通过碰撞硬线输出80%的占空比。如果碰撞发生，SDM通过碰撞硬线输出20%的反置占空比，并持续一定周期。

ECM对碰撞信息的硬线输入识别策略主要考虑硬线输入的占空比和对硬线输入的诊断结果。

1）硬线输入的占空比状态如果检测到碰撞硬线的占空比输入为20%，ECM认为碰撞发生；如果检测到碰撞硬线的占空比输入为80%，ECM认为无碰撞发生。

2）对硬线输入的诊断结果 ECM应具备对碰撞硬线输入的诊断能力，需要能够识别对电源短路、对搭铁短路、开路和占空比信号不合理等失效形式。如果检测到硬线失效的当前故障，ECM持续认为无碰撞发生；如果没有检测到硬线失效，ECM根据碰撞硬线的占空比输入状态来判断碰撞是否发生。

2.3 碰撞识别逻辑

ECM应尽最大可能通过网络输入和硬线输入来检测碰撞状态。在其中一路的碰撞信息输入出现异常的状态下，如果ECM通过另外一路检测到碰撞输入为“真”，则认为碰撞发生。如表2所示，在出现网络信号校验故障、总线中断故障和SDM内部故障B时，ECM可以基于碰撞硬线输入来判断碰撞状态。在出现碰撞硬线输入故障和SDM内部故障A时，ECM可以基于碰撞网络输入来判断碰撞状态。这样就可以在上述故障情况出现时，依然具有识别车辆碰撞状态的能力，以提升系统的安全等级。

表2 碰撞状态识别逻辑矩阵

基于上述逻辑，在判断出发生碰撞以后，仅当碰撞网络输入和碰撞硬线输入同时指示为无碰撞发生时，ECM才会认为恢复为非碰撞状态。这意味着SDM需要在维修站进行返修或更换。

2.4 碰撞后处理

在ECM检测到碰撞发生后，会禁止起动继电器、油泵继电器、高压油泵和喷油器的驱动输出，使上述零部件处于非工作状态。同时，应将“碰撞后处理结果”发送为“真”状态。

出于安全考虑，如果车辆在上电后恢复为非碰撞状态，应在当前上电循环保持断油的状态后，从下一个上电循环开始恢复供油。

2.5 方案实现

在发动机控制器ECM中，以上述控制策略为指导进行碰撞断油识别和后处理相关的建模及软件开发工作。通过嵌入式的软件开发方法，在原有的ECM应用层软件中开放与断油识别及后处理功能相关的软件接口，并使用与ECM供应商相同的工具链进行建模工作，建模完成后再由供应商统一进行软件编译和代码生成。如图3所示。

图3 建模及软件开发方案示意

3 方案验证

在建模和软件开发工作完成后，采用硬件在环的测试方案，编译好测试环境后，进行相关的技术方案验证工作。图4是在Labcar上搭建的碰撞断油功能测试环境的人机操作界面。

图4 测试环境的人机操作界面

在屏蔽碰撞网络输入的情况下，将碰撞硬线输入的占空比信号反置为20%，模拟碰撞发生。在碰撞硬线输入的占空比反置后，ECM通过6个周期的状态识别，成功判断出碰撞发生状态。此处状态判断所需的信号周期可以在软件中进行标定，如图5所示。

图5 基于硬线输入的碰撞状态识别测试结果

在屏蔽碰撞硬线输入的情况下，将网络输入“碰撞状态”发送为“真”，同时保证“碰撞状态校验”和“同步计数器”正确变化。在检测到“碰撞状态”为“真”后，ECM通过3个信号周期的状态识别，成功判断出碰撞发生状态。此处状态判断所需的信号周期可以在软件中进行标定，如图6所示。

在碰撞网络输入和碰撞硬线输入正常的情况下，同时将网络输入和硬线输入指示为碰撞发生状态。ECM成功识别出碰撞发生状态后，切断发动机的油路供给，发动机转速逐步降至0，如图7所示。

图7 基于硬线和网络输入的碰撞状态识别测试结果

4 结语

采用网络和硬线“双输入”的发动机碰撞识别系统，可以在总线中断故障、网络节点掉线和硬线输入故障等工况下，有效地识别出车辆碰撞状态并及时进行碰撞后处理响应，有效提升系统的可靠性和安全性。

综合考虑当前市场上诊断与检测模块SDM的主流产品，都预留了碰撞硬线信号的输出能力。优化的发动机碰撞识别系统的额外要求仅在于SDM到ECM之间碰撞状态输出线束的增加，成本变化不超过1元。整车的系统设计工程师可以在车辆成本和系统的安全性、可靠性之间进行综合考虑，选择符合产品定位的最佳方案。

［1］关懿峰.碰撞保护系统及其使用车辆.中国，CN203126537U［P］.2013-08-14.

（编辑凌波）

Optimization of Engine Collision Detection System

GUAN Yi-feng
（First Automobile Workshop Technology Centre， Shanghai 201804， China）

Based on the current single can collisiondata input system， this study brings the engine collision detection system with both can input and hardware input. Through the embedded software development and hardware in the loop method， the scheme is verified on effectiveness.

double input； embedded software development； hardware in loop