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        輪速信號(hào)在定速巡航控制中的應(yīng)用

        2018-10-17 06:00:58范永鵬彭有榮
        裝備制造技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:定速巡航輪速節(jié)氣門

        范永鵬,彭有榮,盧 恒

        (上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州545007)

        定速巡航系統(tǒng)(CRUISE CONTROL SYSTEM)縮寫為CCS,又稱為定速巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。按司機(jī)要求的速度合開關(guān)之后,不用踩油門踏板就自動(dòng)地保持車速,使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置,當(dāng)在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行車后,司機(jī)就不用再去控制油門踏板,減輕了疲勞,同時(shí)減少了不必要的車速變化,可以節(jié)省燃料。因而,具有廣闊的市場(chǎng)前景。汽車定速巡航系統(tǒng),主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來的脈沖信號(hào)與設(shè)定的速度進(jìn)行比較,通過精準(zhǔn)的電子計(jì)算發(fā)出指令,保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)的節(jié)氣門開度及供油量。但當(dāng)來自車速傳感器的車速信號(hào)波動(dòng)幅動(dòng)范圍過大,引起定速車速波動(dòng)大及退出巡航。本文基于車速傳感器輸出車速波動(dòng)幅度大,引用輪速信號(hào)作為車速信號(hào)以提高定速巡航車速控制穩(wěn)定性。如今一些高端配置的車上,還具有智能控制與前車保持安全距離的功能等等。功能在不斷的增加,這也代表著汽車技術(shù)的快速猛進(jìn)的發(fā)展。

        1 定速巡航控制原理及功能分類

        1.1 巡航控制原理數(shù)學(xué)模型

        巡航控制原理數(shù)學(xué)模型如下:

        式中,k 為采樣序號(hào),k=1,2,……,e(k-1),e(k)分別為第(k-1)和第k時(shí)刻所得的偏差信號(hào)定速巡航控制系統(tǒng)圖,如圖1所示。

        圖1 定速巡航控制系統(tǒng)圖

        ECU根據(jù)際車速與設(shè)定車速進(jìn)行對(duì)比信號(hào)差,通過PID控制算法對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行精確控制,若車速高于設(shè)定車速,ECU控制節(jié)氣門適當(dāng)減??;若車速低于設(shè)定車速,ECU控制節(jié)氣門適當(dāng)增大[1]。

        1.2 電子式多功能定速巡航器的主要功能

        (1)定速巡航功能。主要是通過巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來的脈沖信號(hào)與設(shè)定的速度進(jìn)行比較,通過精準(zhǔn)的電子計(jì)算發(fā)出指令,保證車輛在設(shè)定速度下的最精準(zhǔn)供油量。

        (2)電子節(jié)油功能。主要是通過智能優(yōu)化控制節(jié)氣門的開啟角度與開啟時(shí)間,有效屏蔽電子油門傳感器由于顛簸路段及不良駕駛習(xí)慣形成的雜亂信號(hào),經(jīng)過精確計(jì)算噴油量,使燃油得到最充分燃燒,來實(shí)現(xiàn)節(jié)油。

        (3)油門加速功能。主要是通過提高節(jié)氣門響應(yīng)靈敏度實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)司機(jī)有加速意愿時(shí),會(huì)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門盡可能快的打開,這樣就使油門響應(yīng)的敏感度得到了提高。在油門踏板被踩下時(shí),控制器會(huì)根據(jù)踩下幅度、時(shí)間計(jì)算油門信號(hào)的變化率,變化越快,說明加速要求越強(qiáng)烈,最終實(shí)現(xiàn)油門響應(yīng)速度更快,整車的動(dòng)力感會(huì)明顯增加,能夠讓司機(jī)感覺到整車動(dòng)力大大提升。

        (4)限速設(shè)定功能。通過控制器,根據(jù)限定的速度值,設(shè)定輸出油門信號(hào)最大值,當(dāng)油門輸出信號(hào)超不過設(shè)定的最大值,來實(shí)現(xiàn)限制速度的目的。

        (5)剎車故障報(bào)警功能。通過采取剎車電路的信號(hào),當(dāng)剎車電路或剎車保險(xiǎn)故障時(shí),會(huì)通過報(bào)警的方式對(duì)司機(jī)進(jìn)行提示。

        2 車速信號(hào)與來自輪速的車速信號(hào)對(duì)比

        在定速巡航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問題就是車速信號(hào)的精確度及穩(wěn)定性,尤其是在手動(dòng)擋后驅(qū)車上,車輛在行駛過程中來自路面震動(dòng)、后驅(qū)動(dòng)橋齒輪加工精度偏差引起的沖擊震動(dòng)、傳動(dòng)軸,變速箱齒輪及整車共振傳遞到安裝在變速箱殼體的車速傳感器,進(jìn)而引起車速傳感器信號(hào)輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受外力振動(dòng),導(dǎo)致車速傳感器發(fā)出的車速信號(hào)波動(dòng)幅度較大,如圖2所示來自車速傳感器的車速與ABS輪速傳感器的車速對(duì)比,在相同的周期內(nèi)車速傳感器車速達(dá)到了6 km/h的波動(dòng)范圍,而在相同的周期內(nèi)來自輪速傳感器的車速波動(dòng)僅0.2 km/h,可見車速傳感器受到振動(dòng)影響直接導(dǎo)致車速輸出波動(dòng)劇烈,而輪速車速卻十分穩(wěn)定。

        圖2 車速傳感器與輪速傳感器車速對(duì)比圖

        對(duì)定速巡航階段來自車速傳感器和輪速傳感器的車速分別進(jìn)行了監(jiān)控,其中圖3所示來自車速傳感器的車速信號(hào),在各車速區(qū)間定速工況下車速波動(dòng)福度較大,尤其是當(dāng)車輛處在定速巡航工況下在PID控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下司乘人員可以明顯地感覺到定速不穩(wěn),最大達(dá)到6 km/h的波動(dòng)幅度。

        圖3 來自車速傳感器計(jì)算的車速

        經(jīng)過修改ECU軟件后采用兩路車速信號(hào),第一路采用ABS發(fā)出的輪速信號(hào),第二路車速來自車速傳感器信號(hào),并以ABS輪速信號(hào)為主車速信號(hào)源,如圖4所示,通過采用輪速信號(hào)計(jì)算車速,在各車速區(qū)間定速巡行車速穩(wěn)定且定速穩(wěn)定。

        圖4 來自輪速傳感器計(jì)算的車速

        通過圖2、圖3、圖4所示,分別采用車速及輪速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),車速傳感器與輪速傳感器在相同的周期內(nèi),來自車速傳感器的車速波動(dòng)幅度為6.5 km/h,來自輪速傳感器的車速波動(dòng)幅度為0.3 km/h,根據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)車速傳感器發(fā)出的車速(VFZG_W)波動(dòng)幅度大且波動(dòng)頻率較大,不適宜用作定速巡航的車速信號(hào)源;而來自ABS輪速傳感器的轉(zhuǎn)換而來的車速信號(hào)穩(wěn)定適合作定速巡航的車速信號(hào)源。

        3 第一路車速信號(hào)的計(jì)算

        第一路車速信號(hào)的計(jì)算邏輯如圖5所示,分別采集右前輪 vradc_fr、右后輪 vradc_rr、左前輪vradc_fl、左后輪vradc_rl,4個(gè)車輪的輪速信號(hào)作為計(jì)算車速的信號(hào)源,采用加權(quán)平均的算法作為取值算法,可以有效、高精度的算取車速信號(hào)。且該邏輯對(duì)每個(gè)輪速信號(hào)的有效性都進(jìn)行診斷,在此基礎(chǔ)上當(dāng)某一個(gè)或兩個(gè)輪速信號(hào)無效時(shí)依然可以取其它有效的輪速信號(hào)作為車速信號(hào)的信號(hào)源進(jìn)行計(jì)算,從而確保了整個(gè)邏輯系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性

        圖5 輪速車速計(jì)算邏輯

        4 兩路車速信號(hào)的診斷

        由于車速信號(hào)被諸如EPS、車身控制模塊、儀表等其他功能模塊采集,并是功能安全、燃油經(jīng)濟(jì)性、OBD診斷、駕駛性體驗(yàn)等整車表現(xiàn)的重要基礎(chǔ)信號(hào)。而發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成(ECU)是處理車速信號(hào)與ABS輪速信號(hào)的中樞神經(jīng)元,發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成(ECU)處理過后的車速信號(hào)才能被整車其它模塊引用,所以發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成(ECU)必須能有效地甄別車速傳感器車速信號(hào)與來自ABS輪速傳感器車速信號(hào)的可靠性,因此將原有只診斷車速傳感器車速信號(hào)的診斷策略進(jìn)行了修改,增加了對(duì)來自ABS輪速信號(hào)車速的診斷,并將ABS輪速傳感器車速信號(hào)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊總成(ECU)的第一優(yōu)先車速使用,用于定速巡航控制,并在輪速傳感器出現(xiàn)故障導(dǎo)致輪速車速信號(hào)失效時(shí)引用變速箱殼體上的車速傳感器車速信號(hào),以實(shí)現(xiàn)車輛的安全控制。診斷邏輯如下[2]:

        If

        //如果第一路車速信號(hào)為真

        then vroh_w is vfzg_w

        //ECU取第一路車速信號(hào)為主車速信號(hào)

        else if

        //如果第一路車速信號(hào)為假

        then vroh_w is vfzg_w and b_vfzabserr is true

        //ECU取第二路車速信號(hào)為主車速信號(hào)并報(bào)第一路車速信號(hào)故障

        else if

        //如果兩路車速信號(hào)都為假

        then b_vfzgerr is true

        //報(bào)車速故障碼出來

        end if

        第一路車速來自ABS輪速信號(hào),第二路車速來自車速傳感器信號(hào),并同時(shí)對(duì)兩路車速進(jìn)行合理性診斷。正常情況下,取第一路車速計(jì)算vfzg,第二路車速輸入儀表盤;當(dāng)?shù)谝宦奋囁俟收蠒r(shí),報(bào)第一路車速故障,并取第二路車速計(jì)算 vfzg;當(dāng)兩路車速同時(shí)發(fā)生故障,報(bào)兩路故障,vfzg=0.試驗(yàn)檢驗(yàn)了切換前后車速,兩路車速輸出及合理性相關(guān)功能,包括切換前后車速對(duì)比,實(shí)際車速輸出檢查及為造故障驗(yàn)證軟件邏輯,并確認(rèn)故障發(fā)生時(shí),故障能進(jìn)入故障路徑,滿足故障修復(fù)條件時(shí),能夠正常修復(fù)[3]。車速來自ABS車速波動(dòng)平穩(wěn),雙路車速輸出正常以及車速IUPR分子正常增長(zhǎng),未發(fā)現(xiàn)不符合軟件邏輯的情況。試驗(yàn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)存在誤判車速故障的情況

        5 結(jié)束語

        根據(jù)大量的試驗(yàn)和工況下,在定速巡航過程中發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECU)采集ABS輪速信號(hào)作為車輛的主車速信號(hào),有利于車輛巡航狀態(tài)時(shí)的車速穩(wěn)定與可靠性,消除了采用變速箱車速傳感器車速信號(hào)帶來的車速不穩(wěn)定性,提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。并且采用兩路車速信號(hào),確保在某一路車速信號(hào)出錯(cuò)時(shí)依然有備用車速供整車其他模塊采用,更提高了整車的安全和可靠性。

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