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        汽車(chē)電子加速踏板可靠性控制的研究

        2013-04-13 05:53:24廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司
        電子世界 2013年2期
        關(guān)鍵詞:踏板開(kāi)度濾波

        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。

        [1]楊曉明,陳金成.LMS在汽車(chē)踏板驅(qū)動(dòng)載荷試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].汽車(chē)零部件,2012(5).

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        [6]鄭宏宇,宗長(zhǎng)富,高越等.線控制動(dòng)系統(tǒng)的力模擬研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008(4).

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