呂亭強(qiáng),周亮亮,江 進(jìn),李成岳,趙維偉,張 鵬
(一汽解放事業(yè)本部商用車開(kāi)發(fā)院,吉林 長(zhǎng)春 130011)
車速識(shí)別技術(shù)是車輛控制中最基本的技術(shù)之一,傳統(tǒng)商用車采用渦輪蝸桿配磁電式車速傳感器,脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)車速控制盒處理后發(fā)送儀表進(jìn)行車速計(jì)算和顯示,具有傳遞環(huán)節(jié)多、誤差大、可靠性差、車速控制盒售后維護(hù)困難等缺點(diǎn),市場(chǎng)反饋經(jīng)常出現(xiàn)車速指針擺動(dòng)、歸零等故障現(xiàn)象,并導(dǎo)致巡航功能失效,用戶駕駛體驗(yàn)較差。
GB7258-2012規(guī)定,自2014年9月1日以后生產(chǎn)的半掛牽引車應(yīng)安裝防抱死制動(dòng)裝置,即ABS已經(jīng)成為當(dāng)今卡車標(biāo)準(zhǔn)配置,ABS系統(tǒng)本身采集4輪或6輪輪速信息,如果能加以利用,可提高車速信號(hào)可靠性。又EBS、行車記錄儀等部件需要第三方車速進(jìn)行校驗(yàn),所以車速傳感器又不能取消?;谝陨宪囕v客觀存在的兩路信號(hào)源,利用整車控制器進(jìn)行綜合計(jì)算、冗余設(shè)計(jì),可大大提供車速信號(hào)的準(zhǔn)確性、可靠性。
本文從系統(tǒng)構(gòu)成、計(jì)算方法、工程實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面介紹了整車控制器車速處理技術(shù)的具體方案,試驗(yàn)結(jié)果表明此方法切實(shí)可行,可大規(guī)模應(yīng)用于量產(chǎn)車型。
本文所述方法基于商用車整車控制系統(tǒng),其中包括VCU、車速傳感器、ABS控制器、ABS輪速傳感器、加速度傳感器、CAN儀表行車記錄儀,系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
VCU同時(shí)有以下兩種方式獲得車速。
1)方式1,傳感器車速:VCU硬線連接車速傳感器,采集變速器輸出軸靶輪脈沖信號(hào),根據(jù)車輛后橋速比、輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速。
2)方式2,ABS車速:ABS控制器通過(guò)底盤(pán)CAN總線發(fā)輪速信號(hào)給VCU,VCU根據(jù)車輛輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速。
VCU優(yōu)先選取傳感器車速作為第一車速,ABS車速作為冗余車速。當(dāng)VCU識(shí)別出車速傳感器出現(xiàn)故障時(shí)將使用ABS車速,同時(shí)儀表提示駕駛員車速傳感器出現(xiàn)故障,盡快維修處理。
圖1 車速處理功能框圖
車速傳感器采用霍爾式頻率傳感器,霍爾式傳感器具有抗干擾能力強(qiáng),輸出信號(hào)幅值不受靶輪轉(zhuǎn)速影響、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。傳感器安裝于變速器輸出軸靶輪,采集靶輪脈沖信號(hào),VCU根據(jù)脈沖信號(hào)周期、車輛后橋速比、輪胎滾動(dòng)半徑計(jì)算車速,計(jì)算公式如下:
式中:Vout-sensor——VCU根據(jù)車速傳感器計(jì)算的車速;n——傳感器靶輪齒數(shù);r——輪胎滾動(dòng)半徑;ra——后橋主減速比;k——修正系數(shù)(默認(rèn)為1,可標(biāo)定);t——脈沖信號(hào)周期。
ABS發(fā)送的EBC2報(bào)文中含有前輪平均輪速信號(hào),單位為km/h,正常情況下取前輪兩輪速的平均值,在車輪無(wú)抱死情況下較為準(zhǔn)確。如一個(gè)出現(xiàn)故障,則發(fā)送正常工作的車輪輪速,如兩個(gè)同時(shí)出現(xiàn)故障,則不發(fā)送平均輪速,會(huì)發(fā)送故障狀態(tài)。
ABS控制器發(fā)送的輪速是按照輪胎滾動(dòng)一周3 200 mm(廠家默認(rèn)值)計(jì)算的,VCU需要根據(jù)實(shí)際車輛輪胎滾動(dòng)半徑、滾動(dòng)半徑誤差進(jìn)行修正:
式中:Vout-ABS——VCU根據(jù)ABS發(fā)送的輪速信息計(jì)算的車速;VABS——ABS控制器發(fā)出的輪速值;r——輪胎滾動(dòng)半徑;k——修正系數(shù)(默認(rèn)為1,可標(biāo)定)。
關(guān)于數(shù)據(jù)融合,在1997年Linas與Hall兩位學(xué)者如下敘述:“能夠從多個(gè)傳感器的聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(kù)提供的相關(guān)信息及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)中,獲取比單個(gè)傳感器信息所能得出的更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的結(jié)論”。其本質(zhì)是對(duì)多個(gè)信息源在一定準(zhǔn)則下進(jìn)行綜合分析,得出更為可能正確的結(jié)果。
本文闡述的車速處理方法中,VCU優(yōu)先選取車速傳感器作為信號(hào)源,當(dāng)VCU識(shí)別出車速傳感器出現(xiàn)故障后,選用ABS車速進(jìn)行儀表顯示及控制。
車速傳感器故障主要為信號(hào)不可信,這是一種邏輯故障,即通過(guò)邏輯判斷識(shí)別出的故障,主要有以下兩種邏輯。
1)車速傳感器與ABS發(fā)出的輪速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,差別超過(guò)閾值則報(bào)車速傳感器故障。ABS輪速傳感器同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí),EBC2將不發(fā)輪速信息,即策略里默認(rèn)只要可以接收到輪速信息即認(rèn)為是可信的。
2)根據(jù)車速傳感器計(jì)算的車速計(jì)算車輛加速度,與加速度傳感器進(jìn)行對(duì)比,差別超過(guò)一定閾值報(bào)車速傳感器信號(hào)不可信故障。
根據(jù)法規(guī)《GB 15082-2008》要求,儀表顯示車速要大于實(shí)際車速,以免駕駛員超速行駛,具體范圍如下:
式中:v1——顯示車速;v2——實(shí)際車速。
原則上顯示車速在大于實(shí)際車速前提下越準(zhǔn)確越好,無(wú)論是ABS車速還是傳感器車速,主要誤差來(lái)自于輪胎滾動(dòng)半徑的誤差 (機(jī)械傳動(dòng)系誤差可忽略),輪胎實(shí)際滾動(dòng)半徑受胎壓、車輛載荷、胎面磨損等因素影響,為了保證輪胎更換前顯示車速仍不小于實(shí)際車速,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)車速補(bǔ)償2%較為合理,即k值為1.02,儀表進(jìn)行1∶1顯示。
車速信號(hào)品質(zhì)分為最低識(shí)別車速、分辨率、誤差、響應(yīng)時(shí)間 (表1),其中最低識(shí)別車速和分辨率取決于傳感器性能和車輛傳動(dòng)系參數(shù),響應(yīng)時(shí)間取決于控制器處理速度、CAN總線傳輸速率、傳輸路徑。以FAW某主銷重型牽引車舉例說(shuō)明。
車速傳感器/ABS輪速傳感器最低響應(yīng)頻率:5 Hz;變速器輸出軸靶輪齒數(shù):48;后橋主減速比:3.417;輪胎規(guī)格及滾動(dòng)半徑:12R22.5,527 mm;ABS靶輪齒數(shù):100。
車速傳感器最低識(shí)別車速:
車速傳感器分辨率:
ABS最低識(shí)別車速:
ABS車速分辨率:
表1 車速信號(hào)品質(zhì)
為了實(shí)現(xiàn)車速計(jì)算,VCU需要獲取以下車輛參數(shù):①車速傳感器靶輪齒數(shù);②ABS齒圈齒數(shù);③后橋主減速比;④輪胎滾動(dòng)半徑。其中,F(xiàn)AW某車型前兩項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)配置,固化于軟件中 (可標(biāo)定),后兩項(xiàng)不同車型變化較為多樣,為了不讓這兩項(xiàng)影響VCU的整車標(biāo)定數(shù)據(jù)種類,通過(guò)下面方法可以實(shí)現(xiàn)。
1)在PDM (Product Data Management,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))車型結(jié)構(gòu)下的后橋總成、輪胎總成中增加屬性信息,后橋總成增加主減速比,輪胎總成增加滾動(dòng)半徑,如圖2、3所示。
2)在解放整車裝配線終端,EOL設(shè)備掃面車型碼獲取裝車BOM中的后橋減速比、輪胎半徑信息,并寫(xiě)入VCU的預(yù)留Flash區(qū),VCU獲取用于車速計(jì)算。
圖2 輪胎總成滾動(dòng)半徑參數(shù)
圖3 后橋總成減速比參數(shù)
商用車在用戶使用過(guò)程中經(jīng)常遇見(jiàn)更換不同規(guī)格輪胎的情況,甚至為了適應(yīng)運(yùn)輸區(qū)域地理特點(diǎn)更換不同減速比的后橋,又或者車輛某些原因更換了新的VCU,VCU刷寫(xiě)的整車數(shù)據(jù)中只有默認(rèn)的輪胎半徑和后橋速比,這些可能的變化勢(shì)必會(huì)影響車速計(jì)算的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)車輛這種情況需要重新計(jì)算傳遞參數(shù)選擇不同的車速控制盒,實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為復(fù)雜且會(huì)增加成本。
基于VCU的車速方案,遇到以上情況,可利用診斷儀對(duì)后橋減速比、輪胎半徑進(jìn)行簡(jiǎn)單的選擇匹配即可,既快捷方便又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。如圖4所示。
圖4 更換輪胎后寫(xiě)入滾動(dòng)半徑參數(shù)
本文介紹了基于整車控制器的車速處理技術(shù),此方法利用車輛客觀存在的兩路車速源進(jìn)行數(shù)據(jù)融合設(shè)計(jì),大大降低車速故障率,提高了信號(hào)可靠性及巡航等控制功能品質(zhì);對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)的車速計(jì)算參數(shù)EOL獲取方法簡(jiǎn)單可行,降低整車數(shù)據(jù)管理工作量,為車型多配置、大規(guī)模生產(chǎn)及售后提供可行方案。