整车控制器加速踏板信号处理及诊断策略研究

蒋立伟 檀生辉 吴勇

摘要：本文以整车控制器的加速踏板信号为研究对象，首先采用Simulink软件开发了加速踏板信号处理及诊断策略模型，然后对其实现过程进行了详细的分析和说明，最后通过实车测试和故障注入的方式对开发的模型进行了验证，试验结果表明所开发的策略模型能有效可靠地实现对加速踏板信号的处理和诊断，提高了整车的可靠性和稳定性。

关键词：整车控制器;加速踏板;信号处理;故障诊断

中图分类号：TU3                                        文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0015-03

1  加速踏板信号处理及诊断策略开发

首先对加速踏板供电电源进行处理和诊断，然后对两路加速踏板原始电压信号进行处理和诊断，通过Simulink搭建的顶层策略模型，由传感器电源SRC模块和加速踏板位置传感器模块构成，如图1所示。

1.1 供电电源SRC模块开发

1.1.1 功能描述

根据底层软件传递的电源电压的A/D采样结果，根据其传感器的技术规格书，其信號有效范围是一定的。此模块的主要功能是对传感器输出电压信号进行信号范围校验，确保其满足控制需求。

对其进行SRC（Signal Range Check）校验，为使用此电源的部件提供相应信息，并根据其故障形式，对电源进行相应的保护，包括永久关断故障电源等。

1.1.2 供电电源SRC模块策略开发

该模块的功能实现，模型如图2所示。在初始状态时，此模块的故障状态输出为0，即无故障状态。将输入信号的物理电压值与标定的信号最大最小值进行比较。如果其超过标定的最大电压阀值，进入第2步，如果其小于标定的最小电压阀值，进入第3步，如果其电压值在此两阀值之间，无故障，如下：

①其临时故障状态被检测出来，被赋值为1，此时永久故障状态仍为0（无故障），当其处在此状态的时间大于Par_SRC_H_PosDeb时，临时状态为0，永久故障状态被赋值为1。如果在故障Debouncing过程中，此信号电压又小于最大电压Par_SRC_H_Threshold，临时故障状态清零。当其处于永久故障状态时，如果其信号电压又小于最大电压Par_SRC_H_Threshold，此时将立即进入故障的Healing状态，如果在此状态的时间大于SRC HIGH 故障消除Debouncing时间Par_SRC_H_NegDeb，此故障消除，永久故障状态清零。当其处于永久故障状态时，如果其信号电压又大于最大电压，故障状态不变，传感器处于SRC HIGH故障状态。

②其临时故障状态被检测出来，被赋值1，此时永久故障状态仍为0，当其处在此状态的时间大于Par_SRC_L_PosDeb时，临时状态为0，永久故障状态被赋值为0。如果在故障Debouncing过程中，此信号电压又大于最小电压，临时故障状态清零。当其处于永久故障状态时，如果其信号电压又大于最小电压，此时将立即进入故障的healing状态，如果在此状态的时间大于SRC LOW 故障消除Debouncing时间，此故障消除，永久故障状态清零。当其处于永久故障状态时，如果其信号电压又小于最小电压，故障状态不变，传感器处于SRC LOW故障状态。如果在以上运行过程中，有清除故障请求命令，不管其当前是否存在故障，其故障输出为0，即不存在故障。

1.2 加速踏板位置传感器模块开发

该模块包括加速踏板位置信号SRC校验和加速踏板位置信号计算两个子模块，如图3所示。

1.2.1 功能描述

根据底层软件传递的电压的A/D采样结果，对其进行SRC校验，判断其故障状态。并根据供电电压的故障状态，计算加速位置的百分比，具体为：

①信号故障类型判断：只有当电源无故障时进行SRC状态判断，电源出现故障时，报信号不可信故障。 ②进行信号线性化，将其转化为物理值。③当出现临时故障时，加速踏板位置百分比信号保持上一次的有效输出。④当出现永久故障时，加速踏板位置百分比信号立即切换到替代值SID_C_pc_PosDefault（可标定）。

1.2.2 加速踏板位置信号SRC校验策略开发

该模块包括两路踏板位置信号SRC校验、SRC结果综合和信号可信度校核三个子模块，如图4所示。

①当来自供电电源模块的PwrSplySRC。永久故障状态=0时，即供电电源没故障时，允许SRCCheck模块运行，检测方案同1.1.2节供电电源SRC模块策略，不在累述。

②当来自电源模块的PwrSplySRC。永久故障状态=1时，即电源有故障，进入SRC结果综合（SRC_Collect）模块，信号PlauCheck被置0，信号可信度校核模块不工作，Defect_Status被置3，即信号不可信;在电源正常的情况下，正常输出两路位置信号的SRC校验结果。

③信号可信度校核模块被激活后，两路位置信号A与AK电压值同时满足A-2*Ak<=PlauOffset，A-2*Ak>=-PlauOffse时，输出双路信号可信状态为0（可信）;条件不满足时，信号可信故障状态为1，通过抖动消除模块处理后输出稳定结果。

④加速踏板位置信号SRC结果综合模块输出的两路信号SRC结果，经过信号可信度校核模块输出的信号选择，最终输出两路信号SRC结果，为整车控制软件其他模块使用。

⑤根据油门特性曲线，将采集的电压信号，通过查表的方式转换为百分比信号。

1.2.3 加速踏板位置信号处理策略开发

位置信號处理模块：

①若临时故障=1，则输出电压值=上一次有效输出电压信号值，若临时故障状态=0，则输出电压值=加速踏板信号值。②若永久故障状态=0，则输出的位移信号值=滤波后信号值，若有故障状态，则位移信号值=标定位移值。③油门百分比信号经过一阶低通数字滤波器处理。

2  仿真及结果

在加速踏板位置信号和其供电电源正常的情况下，车辆运行过程中采集到的数据如图5所示。

如图5所示，在加速踏板位置信号和其供电电源正常情况下，加速踏板信号被滤波和进行位置百分比转换，未出现异常检测。

通过故障注入的方式，在试验台架上，给加速踏板传感器供电电源注入故障，采集到的数据如图6所示。

如图6所示，在加速踏板供电异常时，在3.8s到5.6s期间，加速踏板传感器供电电压高于5.1V，电源临时SRC置1，即传感器电源有临时故障，由于故障时间小于SRC最大值弹跳时间，此时电源SRC未被激活;当传感器供电电源在15.3s到19.5s期间，加速踏板传感器供电电源电压再次高于5.1V，电源临时SRC再次被置1，即传感器电源有临时故障，当故障时间大于SRC最大值恢复时间，此时电源SRC被激活，即电源电压过高故障被确认;在19.5s到21s期间，供电恢复到正常5V，但时间小于SRC最大值恢复时间，估电源SRC保持激活状态;在21s到24s期间，供电电源电压恢复到正常5V，电源电压过高故障消失。

在加速踏板传感器供电电压低于0.8V时，即供电电源电压过低故障，其测试过程与结果与供电电源电压过高故障相似，不在累述。

3  结束语

通过实车测试和故障注入的方式对开发的模型进行了验证，试验结果表明所开发的策略模型能有效可靠地实现对加速踏板信号的处理和诊断，提高了整车的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]郑润.纯电动汽车加速踏板信号处理机制研究[J].科技与创新，2020，9（17）：16-18.

[2]吴浩.低速纯电动汽车整车控制器研究[D].湖南大学，2015，5：42-49.

[3]张振兆.纯电动客车整车控制系统故障诊断与容错控制策略研究[D].吉林大学，2017.

[4]邓元望，吴浩，陈宇，郑潮雄.纯电动汽车电子加速踏板可靠性控制研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2016（08）.

[5]曾小华，彭宇君，李胜，白鸽，宋大凤，刘彬娜，杨南南，贺辉，巴特，李相华.混合动力汽车加速踏板信号处理方法[P].中国专利：CN103552520A.