廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司 陳 寧

對(duì)于傳統(tǒng)的汽車(chē)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，主要通過(guò)機(jī)械連接的方法，有效控制拉線式節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，其加速踏板的控制較為簡(jiǎn)單，但是往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，影響操作的精確度，造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和汽車(chē)的運(yùn)行狀況不相符。應(yīng)用汽車(chē)電子加速踏板，通過(guò)傳感器采集踏板位置的信號(hào)，經(jīng)過(guò)電控技術(shù)單元的處理之后，就可以通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)精確控制電子節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，不單純地由駕駛員操縱加速踏板而決定；在電控單元運(yùn)行過(guò)程中，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的工況以及汽車(chē)行駛的狀態(tài)等，有針對(duì)性地調(diào)整節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，確保發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于良好的運(yùn)行過(guò)程，保障企業(yè)的安全性、舒適性與動(dòng)力性。雖然這一過(guò)程中的控制較為復(fù)雜，但是精確度高，當(dāng)前已經(jīng)普遍投入使用。

另外，為了更好地提升節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的精確性、可靠性，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)針對(duì)此問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究，提出了各種各樣的控制技巧與計(jì)算方法，如模糊控制、PID控制、滑膜控制等，但是具體到汽車(chē)電子加速踏板的可靠性研究卻十分有限。應(yīng)該考慮到，汽車(chē)電子加速踏板與電子節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度控制密不可分，在電子加速踏板的工作過(guò)程中，必須保障踏板信號(hào)的精準(zhǔn)性，加強(qiáng)汽車(chē)電子加速踏板可靠性控制的相關(guān)分析，具有重要意義。

1.汽車(chē)電子加速踏板的工作原理

汽車(chē)電子加速踏板主要包括踏板、電路、位移傳感器及相關(guān)附件等；利用位移傳感器的作用，可以將踏板的位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓模擬信號(hào)；在踏板中，存在兩個(gè)獨(dú)立發(fā)生作用的傳感器，可以根據(jù)踏板位置的變化情況，對(duì)輸出端的電阻值做出相應(yīng)變化調(diào)整，進(jìn)而帶動(dòng)輸出電壓信號(hào)的變化，只要測(cè)試輸出電壓值的大小就可以判斷踏板具體位置。

2.汽車(chē)電子加速踏板的可靠性控制策略

2.1 信號(hào)濾波的診斷

對(duì)于經(jīng)過(guò)位移傳感器傳輸?shù)碾妷耗M信號(hào)來(lái)說(shuō)，必須經(jīng)過(guò)濾波處理之后，減少信號(hào)中存在的毛刺或干擾問(wèn)題，以此提高信號(hào)的精準(zhǔn)性、有效性。例如，采取限幅濾波與中位值平衡濾波相結(jié)合的方法，處理電壓信號(hào)濾波，如圖1所示。

為了更好地提高信號(hào)可靠性，在經(jīng)過(guò)濾波處理之后，必須診斷信號(hào)狀況，以保障其檢測(cè)的精準(zhǔn)性。分別在踏板空載與踏板滿載的位置進(jìn)行濾波信號(hào)的比較，如果獲得數(shù)值大于滿載位置的電壓或者小于空載位置的電壓，則可判斷該信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)需要輸入APS1信號(hào)的錯(cuò)誤標(biāo)志位：APS1_Signal_Error為1；如果該數(shù)值位于滿載位置電壓和空載位置電壓的數(shù)值中間，那么可判斷該信號(hào)為正確信號(hào)，此時(shí)需要輸出標(biāo)志位：0。為確保所有濾波后的正確信號(hào)都能被檢測(cè)到，在設(shè)定比較電壓時(shí)，放大上下限值的范圍，因此設(shè)定APS1比較電壓上限值U’max1=0.961V，下限值U’min1=0.085V；設(shè)定APS2比較電壓上限值U’max2=0.496V，下限值U’min2=0.010V。

2.2 傳感器的信號(hào)選擇

在汽車(chē)電子加速踏板中，分別存在兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的傳感器，當(dāng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，其中一個(gè)傳感器的輸出信號(hào)就是顯示踏板位置的信號(hào)。首先，應(yīng)該判斷兩個(gè)傳感器分別所處的信號(hào)狀態(tài)，如何二者均存在故障或缺陷，則此時(shí)輸出傳感器選取標(biāo)志位：APS_Sensor_Choice為0；且輸出選取信號(hào)APS_Sensor為0；如果兩個(gè)傳感器只有一個(gè)發(fā)生故障，那么另一個(gè)傳感器仍然可以用于正確輸出信號(hào)，并獲得相應(yīng)位置的標(biāo)志位，此時(shí)選取傳感器APS1的標(biāo)志位：1；傳感器APS2的標(biāo)志位：2。如果兩個(gè)傳感器都處于正常狀態(tài)，那么利用APS1的信號(hào)值減去APS2信號(hào)值的2倍，將其差值的絕對(duì)值與事先設(shè)定的限值進(jìn)行比較，如果大于限值，則信號(hào)存在錯(cuò)誤，此時(shí)輸出選取標(biāo)志位：0，輸出信號(hào)也為0；如果小于該限值，則由傳感器APS1信號(hào)作為輸出信號(hào)。

圖1 信號(hào)濾波及其診斷控制模型

圖2 傳感器故障診斷的模型

圖3 傳感器APsl仿真測(cè)試

圖4 傳感器Aps2仿真測(cè)試

2.3 傳感器的故障診斷

為了更好地確定經(jīng)過(guò)信號(hào)診斷發(fā)生錯(cuò)誤信號(hào)的原因，必須進(jìn)一步診斷錯(cuò)誤信號(hào)，判斷其是否由于傳感器故障而引起。當(dāng)前，大多采用對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行頻度與寬度的檢測(cè)，其中頻度檢測(cè)設(shè)置在特定的時(shí)間范圍內(nèi)，查看累計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)的次數(shù)是否超過(guò)限定值；寬度檢測(cè)主要判斷連續(xù)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)的頻率是否已經(jīng)超過(guò)了事先設(shè)定的次數(shù)。例如，在傳感器APS1中進(jìn)行寬度檢測(cè)，如圖2所示。

假定其中a=15，如果連續(xù)出現(xiàn)了15次以上的錯(cuò)誤信號(hào)，那么就可判定傳感器發(fā)生故障，此時(shí)輸出APS1傳感器故障的標(biāo)志位：APS1_Signal_Error為1；在進(jìn)行頻度檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的周期為5ms，設(shè)置時(shí)間的周期為1s，那么在該周期范圍內(nèi)運(yùn)行的次數(shù)為200次，假設(shè)c=200，b=25，當(dāng)周期內(nèi)累計(jì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤信號(hào)超過(guò)了25次，則判斷傳感器發(fā)生故障，此時(shí)輸出傳感器故障的標(biāo)志位：1。反之，如果沒(méi)有超過(guò)25次，則輸出標(biāo)志位：0。為了保證加速踏板開(kāi)度的穩(wěn)定性，且方便系統(tǒng)采樣和計(jì)算，須對(duì)計(jì)算得到的加速踏板開(kāi)度值做取整運(yùn)算，只保留加速踏板開(kāi)度值的整數(shù)位。

如果傳感器的故障標(biāo)志位APS1_Signal_Error為1，那么可以判斷該傳感器存在故障，為了確保系統(tǒng)能夠保持平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行，應(yīng)停止使用由該傳感器輸出的信號(hào)，不需要繼續(xù)判斷傳感器的故障；當(dāng)傳感器發(fā)生故障之后，系統(tǒng)也無(wú)需針對(duì)其故障進(jìn)行建模，只有檢修合格之后，才能重新啟動(dòng)系統(tǒng)并投入工作。

2.4 定標(biāo)處理過(guò)程

當(dāng)已經(jīng)選擇了正確的信號(hào)指揮，應(yīng)該將輸出的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；也就是將傳感器中的輸出電壓轉(zhuǎn)換為電子加速踏板的開(kāi)度值；例如，在應(yīng)用傳感器APS1時(shí)，假設(shè)踏板處于空載位置對(duì)應(yīng)的加速踏板為0開(kāi)度；在滿載位置時(shí)對(duì)應(yīng)的加速踏板為100%開(kāi)度，那么為了避免去除誤差、空行程等對(duì)加速踏板開(kāi)度造成影響，應(yīng)該設(shè)置電壓為0.145V和加速踏板的0開(kāi)度對(duì)應(yīng)；同時(shí)設(shè)置電壓為0.911V和加速踏板的100%開(kāi)度對(duì)應(yīng)，改對(duì)應(yīng)關(guān)系呈為現(xiàn)象變化模式。

3.項(xiàng)目檢測(cè)與試驗(yàn)

為了更好地提高汽車(chē)電子加速踏板可靠性控制效果，需要對(duì)控制的過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，如濾波測(cè)試、傳感器故障測(cè)試、信號(hào)測(cè)試及定標(biāo)測(cè)試等。通過(guò)構(gòu)建仿真測(cè)試的控制模型，APS1輸入信號(hào)約為APS2輸入信號(hào)的2倍；

利用MotoTron快速控制的原型開(kāi)發(fā)工具，在Matlab的運(yùn)行環(huán)境中，利用編譯軟件進(jìn)行仿真測(cè)試，將程序代碼輸入到MotoTron產(chǎn)品級(jí)的開(kāi)發(fā)中，形成一個(gè)快速、精準(zhǔn)的控制原型控制系統(tǒng)。利用信號(hào)發(fā)生器，可模擬事先設(shè)置的踏板位置電壓信號(hào)值，以此作為快速控制原型控制系統(tǒng)的輸入依據(jù)。經(jīng)過(guò)濾波處理之后，可減少毛刺和脈沖對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的干擾，對(duì)傳感器APS1進(jìn)行測(cè)試，判斷其周期內(nèi)的信號(hào)是否正確，包括寬度檢測(cè)、頻度檢測(cè)等。如圖3、4所示。

傳感器APS2在0.23s發(fā)生信號(hào)錯(cuò)誤，在第0.28s經(jīng)過(guò)寬度檢測(cè)之后，判斷為傳感器故障；在0-0.09s范圍內(nèi)，傳感器APS1與APS2均處于正常狀態(tài)；從0.28s開(kāi)始，傳感器APS1處于正常狀態(tài)，而傳感器APS2發(fā)生故障。

4.結(jié)論與思考

本文系統(tǒng)性地分析了汽車(chē)電子加速踏板的工作原理，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建電子踏板可靠性控制模型，通過(guò)檢測(cè)與試驗(yàn)，獲得如下結(jié)果：

（1）通過(guò)對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行選取、判斷傳感器的故障，可有效避免由于傳感器故障而造成輸出失誤，進(jìn)而影響加速踏板開(kāi)度的精準(zhǔn)性，保障電子加速踏板的可靠性；

（2）采取聯(lián)合濾波技術(shù)，可減少干擾信號(hào)，進(jìn)而避免影響踏板的信號(hào)采集，保障信號(hào)精確性、完整性；

（3）經(jīng)過(guò)對(duì)輸入踏板位置信號(hào)的處理，可以精確地控制加速踏板開(kāi)度，滿足可靠性控制要求，提高行車(chē)安全性。

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