鄭潤

（合肥工業(yè)大學，安徽 合肥230009）

1 加速踏板信號研究現(xiàn)狀

在純電動汽車加速踏板故障診斷技術研究中，采用非接觸式霍爾傳感器作為加速踏板位置傳感器，并使用改進的一階濾波算法對信號進行處理。為滿足加速踏板的高診斷率和覆蓋率需求，根據(jù)ISO 26262設計了一種應對加速踏板信號失效的安全機制，這些故障診斷研究提高了加速踏板故障診斷的可靠性和及時性[1-3]。

2 加速踏板信號解析

加速踏板硬件的兩路踏板的5 V模擬信號電源由整車控制提供，整車控制器實時采集兩路模擬信號的電壓，從而識別加速踏板當前的狀態(tài)和踏板的位置。

加速踏板信號處理機制如圖1所示，整車控制器對兩路加速踏板信號的處理分為兩個模塊：①加速踏板信號有效性判斷。采集加速踏板傳感器輸出的AD信號，并將其轉化為對應的電壓信號，對轉化的電壓信號進行有效性診斷，確定用于計算加速踏板開度的電壓值。②加速踏板開度計算。將加速踏板有效電壓進行歸一化處理，并進行故障診斷與控制，最后將計算后的踏板開度輸出給扭矩處理模塊進行扭矩計算。

圖1加速踏板信號處理機制

在加速踏板信號有效性判斷中，首先將輸入的AD值進行電壓值轉換，轉換公式為：

式（1）中：PV_out為加速踏板實際的模擬電壓值；Pin為基礎層實時采集的AD值；Vmax為加速踏板模擬電壓值所允許的最大值；Pin_max為采集的最大AD值。

對轉換后的電壓值采用滾動平滑濾波法進行濾波，濾波算法為：

式（2）中：Pout為當前輸出電壓值；Ttick為采樣周期；Tenum為時間常數(shù)；Pin為當前采集的電壓輸入值；Ppreout為上一次輸出的電壓值。

而在加速踏板開度計算中，首先對有效性輸出的兩路踏板電壓信號進行計算：

式（3）中：Aout為輸出的踏板開度信號；Pin為經過有效性判斷輸出的踏板電壓信號；Pzero為根據(jù)踏板特性曲線標定的開度下限計算值；Pup為根據(jù)踏板特性曲線標定的開度上限計算值。

將計算得出的開度信號經過故障診斷控制方可輸出至扭矩控制模塊，進行當前駕駛員需求扭矩計算。

3 加速踏板信號故障診斷

為了真實有效地反映出駕駛員對當前扭矩需求，對加速踏板信號的診斷必須快速準確，既不能因為故障診斷而犧牲精度，也不能因為故障診斷而將當前踏板開度延時時間過長，所以診斷算法必須選取合適。本文選擇邏輯門診斷策略，該策略具有響應時間周期短、穩(wěn)定性高、使用廣泛、相對成熟等優(yōu)點。

根據(jù)雙路加速踏板輸出的電壓值特性進行分析，從而得出加速踏板信號的故障類型，具體診斷流程如圖2所示。

短路故障診斷：根據(jù)加速踏板特性曲線可查得兩路踏板信號的上限和下限值，并根據(jù)此值設定故障檢測的上下限閾值。加速踏板的第一路信號區(qū)間值為[（0.75±0.15）V，（3.84±0.25）V]，即當信號輸入值為（0.75±0.15）V時，則認為第一路信號輸入的開度為0%，當信號輸入的值為（3.84±0.25）V時，則認為第一路信號輸入的開度為100%。加速踏板第二路信號區(qū)間值為[（0.375±0.2）V，（1.92±0.3）V]，即當信號輸入值為（0.375±0.2）V時，則認為第二路信號輸入的開度為0%，當信號輸入的值為（1.92±0.3）V時，則認為第二路信號輸入的開度為100%。將輸入的兩路踏板信號和設定的短路閾值進行比較，若大于設定的閾值則認為出現(xiàn)短路故障。

圖2加速踏板故障診斷流程

同步性故障診斷：根據(jù)加速踏板特性曲線可知，第一路踏板信號值是第二路踏板信號值的2倍，根據(jù)特性曲線設定同步性故障診斷的閾值。將經過短路故障診斷輸出的兩路踏板信號進行分離，并將第二路踏板信號進行增益，將增益后的踏板信號和第一路踏板信號做差值處理，若得到的值不在設定的閾值范圍內，則判定當前出現(xiàn)不同步故障。

故障確認：由于加速踏板的信號來源于電壓型傳感器，傳感器的工作會受到周圍環(huán)境的影響，例如溫度、供電電壓以及機械操作等，所以需要對診斷出的瞬時性故障進行故障確認，以免診斷有誤。故障確認可利用防抖動處理機制，即在設定的時間里，若診斷出的短路瞬時故障和不同步瞬時故障在計數(shù)器累加超出設定的閾值時依舊沒有得到清除，此時就可以認為踏板信號出現(xiàn)短路故障或不同步故障。將確認的故障標志狀態(tài)傳遞給故障控制環(huán)節(jié)，以此來保證踏板信號的準確性以及整車的安全性。

4 加速踏板信號控制

為了防止加速踏板輸入信號不符合特性曲線，需要制定合適控制策略進行信號處理，考慮到加速踏板采用雙路信號輸入，即硬件采用了冗余結構設計，所以采用容錯控制思想。加速踏板信號控制一般采用容錯替換法，根據(jù)加速踏板故障診斷模塊輸出的故障信息，給控制策略中替代參數(shù)設定權重，對權重參數(shù)進行計算得出加速踏板最終輸出的開度值。

權重參數(shù)分別有第一路加速踏板信號值（APS1）、第二路加速踏板信號值（APS2）、上一時刻加速踏板開度值以及替代值，每一個權重參數(shù)在相應故障下的權重值如表1所示。

表1加速踏板故障控制權重值

加速踏板信號控制策略采用基于信號的控制率重構方式，重構算法中權重參數(shù)參考表1計算。當故障診斷模塊輸出信號存在瞬時性短路故障或不同步故障，則加速踏板信號計算值由上一時刻踏板開度值替代輸出；當故障診斷模塊輸出信號存在第一路加速踏板信號確認性故障，則加速踏板信號計算值由第二路加速踏板信號值替代輸出；當故障診斷模塊輸出信號存在第二路加速踏板信號確認性故障，則加速踏板信號計算值由第一路加速踏板信號值替代輸出；當故障診斷模塊輸出兩路加速踏板信號同時存在確認性故障，則根據(jù)整車安全要求設定的安全值替代加速踏板信號計算值；當故障診斷模塊輸出信號存在不同步確認故障，則根據(jù)整車安全要求設定的安全值替代加速踏板信號計算值；當故障診斷模塊輸出信號不存在故障時，則加速踏板信號計算值由第一路和第二路踏板信號值各取1/2計算后輸出。

5 加速踏板信號仿真測試

按照加速踏板信號處理流程，在Matlab/Simulink中搭建加速踏板信號仿真模型，并進行了仿真測試，按照加速踏板信號處理機制設計測試用例，將設計好的測試用例注入進行仿真測試，得到的仿真測試結果如圖3所示。

從圖3中可知，在2.046 s和8.79 s時，加速踏板分別發(fā)生了加速踏板單路確認性電壓故障，加速踏板故障診斷與控制系統(tǒng)可以很快進行踏板開度值切換，電機扭矩沒有出現(xiàn)突變，扭矩梯度值基本平滑過渡，所以不會對駕駛平順性產生影響。在15.519 s時，加速踏板發(fā)生不同步確認性故障時，整車控制器將當前計算的踏板開度值進行限制，由于當前車速值過高，需要進行限扭矩運行，扭矩平滑切換至27 Nm。在18.05 s時，加速踏板由單一確認性電壓故障變成兩路同時發(fā)生確認性電壓故障時，整車控制器立即將開度值進行置零，此時整車立即進行0扭矩輸出。在20.05 s時，加速踏板確認性故障消除時，即使開度值返回為實際輸入值時，從整車安全角度出發(fā)，整車扭矩也必須進行0扭矩限制，整車等待進入下電模式。

圖3測試加速踏板開度輸出

6 結論

根據(jù)加速踏板的仿真測試結果可以得出，按照本論文中提出的加速踏板信號處理機制可以比較理想地實現(xiàn)純電動汽車對驅動安全的設計要求。