发明内容
本发明针对现有技术的不足,公开了一种汽车用电子油门信号的安全处理算法。用于处理电子油门信号,将其归一化为反映油门踏板行程的百分比信号。同时,在信号出现异常、不合理以及故障的情况下,通过适当的判断策略及故障应对机制,防止引发非期望的车辆加速和减速行为,从而保证用油门踏板信号作为输入的其它动力系统控制功能模块能够安全、可靠地工作。
为实现以上的技术目的,本发明将采取以下的技术方案:
一种汽车用电子油门信号的安全处理方法,包括以下步骤:(1)电压信号分路采集——采用油门踏板行程传感器检测电子油门踏板电压信号,并将该传感器检测到的电子油门踏板电压信号通过分压电路以输出1路电子油门踏板电压信号和2路电子油门踏板电压信号后,分别反馈至控制器;(2)电压信号归一化处理——控制器采用公式P=(V0-Vmin)/(Vmax-Vmin)*100分别对1路电子油门踏板电压信号和2路电子油门踏板电压信号进行归一化处理,以分别获取1路电子油门踏板电压信号归一化后的1路踏板百分比P1和2路电子油门踏板电压信号归一化后的2路踏板百分比P2;其中:P为归一化后的踏板百分比值,取值介于0-100%;V0为当前的电子油门踏板电压值;Vmin为电子油门踏板空行程的基准标定值;Vmax为电子油门踏板满行程的基准标定值;(3)电子油门踏板输出值的选择及数值大小控制——控制器根据诊断模块基于分压电路输出的硬件层诊断信号以及制动踏板的位置信号,选择输出1路踏板百分比P1或2路踏板百分比P2,以作为电子油门踏板的输出值;同时自动控制此刻电子油门踏板输出值的数值大小和变化率。
在进行步骤(2)所述的电压信号归一化处理前,先对电子油门踏板电压信号顺序进行防跳变信号滤波处理以及去毛刺滤波处理。
步骤(2)中的电子油门踏板空行程的基准标定值Vmin的取值根据以下方式获取:A)控制器根据油门踏板行程传感器的特性,预先设定电子油门踏板空行程的基准标定预设值Vmin_low,Vmin_high以及电子油门踏板满行程的基准标定值Vmax;B)若控制器接收到的油门踏板行程传感器所反馈的电子油门踏板电压信号均大于其相应的电子油门踏板空行程的基准标定预设值Vmin_low,则选择标定值Vmin_high作为该电子油门踏板空行程的基准标定值,且Vmin_high> Vmin_low;否则选取电子油门踏板空行程的基准标定预设值Vmin_low作为该电子油门踏板空行程的基准标定值Vmin,Vmin正常在0.8-1.2V之间。C)油门踏板满行程时控制器接收到的传感器所反馈的电子油门踏板电压信号即为Vmax,一般在4V到5V之间。
步骤(3)所述的诊断模块根据分压电路输出的硬件层诊断信号基于互锁机制建立:A、当诊断模块检测到分压电路输出的1路电子油门踏板电压信号和2路电子油门踏板电压信号的比值与预期值的差异超过一个标定值时,诊断模块输出分压电路存在瞬时比例故障的诊断信号;B、当诊断模块检测到分压电路输出的任一路电子油门踏板电压信号存在异常时,诊断模块输出产生该路电子油门踏板电压信号的分压电路部分存在瞬时故障的诊断信号,同时将分压电路存在瞬时比例故障的诊断信号锁定为无效;C、当存在瞬时故障的分压电路部分输出的电子油门踏板电压信号瞬时故障持续时间t1后仍未消除瞬时比例故障,诊断模块将存在瞬时故障的分压电路部分升级为存在确认瞬时故障的分压电路部分,同时将相应的存在瞬时故障的分压电路部分的诊断信号锁定为无效;D、当存在瞬时比例故障的分压电路输出的1路电子油门踏板电压信号和2路电子油门踏板电压信号持续时间t2后仍未消除瞬时比例故障,诊断模块将分压电路存在的瞬时比例故障升级为确认比例故障,同时将瞬时比例故障的诊断信号锁定为无效。
控制器内预设油门踏板输出值的上限值Pmax以及油门踏板输出值上升率的标定值K01;控制器根据诊断模块所反馈的关于某路电子油门踏板电压信号的诊断信息,自动控制该路电子油门踏板输出值的大小:当控制器接收到诊断模块反馈的关于某路电子油门踏板电压信号的诊断信息为瞬时故障时,自动控制此刻该路电子油门踏板百分比维持不便或者下降;当诊断模块反馈的关于某路电子油门踏板电压信号的诊断信息为确认瞬时故障和/确认比例故障时,自动控制此刻该路电子油门踏板百分比低于油门踏板输出值的上限值Pmax,同时限制此刻该路电子油门踏板百分比的上升率低于油门踏板输出值上升率的标定值K01。
控制器内预设油门踏板输出值的恢复上升率标定值K02,控制器接收到存在瞬时故障或者瞬时比例故障的分压电路恢复后,自动控制此刻的油门踏板输出值以不超过恢复上升率标定值K02的速度恢复至正常值。
步骤(3)所述控制器根据诊断模块输出的诊断信息对电子油门踏板输出值的选择具体为:控制器根据诊断模块所反馈的关于1路电子油门踏板电压信号和2路电子油门踏板电压信号的硬件层诊断信号,进行判断,若均为正常,选择输出1路踏板百分比P1和2路踏板百分比P2中的较小值作为电子油门踏板输出值;若其中一路电子油门踏板电压信号的硬件层诊断信号存在确认瞬时故障,而余下的另一路电子油门踏板电压信号的硬件层诊断信号正常,选择输出硬件层诊断信号正常的该路电子油门踏板电压信号归一化后的踏板百分比作为电子油门踏板输出值;若两路电子油门踏板电压信号的硬件层诊断信号均无确认瞬时故障,但是存在确认比例故障,选择输出1路踏板百分比P1和2路踏板百分比P2中的较小值作为电子油门踏板输出值;否则2路油门踏板电压信号均存在故障,则将电子油门踏板输出值锁定为0。
所述控制器内预设油门踏板输出值的下降率K03以及上升率K04;当控制器接收到电子油门踏板以及制动踏板同时被踩下的信息、诊断模块所反馈的关于分压电路的诊断信息为正常时,控制器自动控制此刻油门踏板输出值以下降率K03下降至0;当控制器接收到电子油门踏板以及制动踏板同时被踩下的信息、诊断模块所反馈的关于分压电路的诊断信息为确认瞬时故障或确认比例故障时,控制器自动限制此刻油门踏板输出值为0;当取消制动踏板在电子油门踏板被踩下的同时被踩下时,控制器根据该信息控制油门踏板输出值以不超过上升率K04的速度恢复至正常值。
根据以上的技术方案,可以实现以下的有益效果:
本发明主要包括电压信号滤波、空行程位置保护、原始电压信号到百分比值的归一化、诊断信号互锁机制、有效信号通道选择、制动并发情况下的油门保护机制、瞬时故障保护性恢复机制、确认故障保护机制等功能模块组成,因此,本发明能够在信号出现异常、不合理以及故障的情况下,通过适当的判断策略及故障应对机制,防止引发非期望的车辆加速和减速行为,从而保证用油门踏板信号作为输入的其它动力系统控制功能模块能够安全、可靠地工作。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图;以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示,本发明所述的电子油门信号安全处理算法,硬件上基于两路电子油门传感器信号,该算法主要的技术方案由电压信号滤波、空行程位置保护、原始电压信号到百分比值的归一化、诊断信号互锁机制、有效信号通道选择、制动并发情况下的油门保护机制、瞬时故障保护性恢复机制、确认故障保护机制等功能模块组成。
电压信号滤波:控制器从其硬件端口读入原始的传感器电子信号后,首先对该电子信号进行滤波。滤波分为两种:首先进行防跳变滤波,目的是为了去除因干扰因素引起电压值不合理的变化。当传感器电压信号在两个计算步长内变化幅度大于某预设值时,则认为该改变不合理而加以忽略,其中该预设值应大于两个计算步长内踏板行程改变的物理极限而引起的电压变化。然后,进行去毛刺滤波,目的是消除油门踏板电子信号的频繁小幅变化。当传感器电压信号在两个计算步长内的增量小于某预设值时,则忽略该增量,维持上一步长的初始值,仅当增量大于该预设值时,才认为传感器信号发生了有效变化。具体而言,所述控制器内分别预设防跳变电压变化幅值A(预设初值可以选定为1.5V)和去毛刺电压变化幅值B(预设初值可以选定为0.2V),当输入防跳变滤波处理模块的电压输入信号V
in与经过防跳变滤波处理模块滤波处理后输出的电压输出信号V
out的差值
V<A时,将当前输出的电压输出信号V
out作为输出信号,否则输出信号维持上一时刻的值;当输入去毛刺滤波处理模块的电压输入信号V
in与经过去毛刺滤波处理模块滤波处理后输出的电压输出信号V
out的差值
V>B时,则输出V
out=V
in,否则输出V
out保持上一时刻值。
空行程位置保护:该功能模块的目的是为了防止因踏板物理卡滞或踏板故障情况下,在车辆起动时引起非期望的加速。具体而言,在整车控制器上电后的时间T1内,(T1可标定,不大于1s)判断电子油门踏板信号是否超过Vmin_low,如果超过则取一个Vmin_high作为空行程基准电压,否则再取正常的标定值作为空行程基准电压。
原始电压信号到百分比值的归一化:对于每路电子油门踏板信号,采用下面的公式归一化为百分比值:P=(V0-Vmin)/(Vmax-Vmin)*100。其中,P为归一化后的踏板百分比值。V0为当前的电子油门踏板电压值,Vmin为空行程的基准标定值,Vmax为满行程的基准标定值。
诊断信号互锁机制:在本算法之外,需要有单独的诊断模块对电子油门踏板信号进行硬件层诊断,如断路、短路、参考电压不正常等。本算法接收诊断信号作为输入。诊断信号分为瞬时故障和确认故障,当诊断模块检测到任何一类异常时,首先设置该类型的瞬时故障,当经过时间t1后,则升级为确认故障。特别地,当两路电压信号的比例与预期值存在差异大于Pct(初值为,可标定)时,定义为比例故障。诊断信号互锁的目的是从逻辑上冗余明确各诊断信号的定义,以保证后续的信号处理逻辑能够顺利进行。例如,存在确认故障时,将瞬时故障锁定为无效;当某一路信号已经被诊断到故障时,将信号比例故障锁定为无效。
有效信号通道选择:该子功能块根据诊断信号的状态,选择安全的信号通道作为输出。共有五种可能的信号选择状态:正常状态、选择1路电子油门踏板电压信号、选择2路电子油门踏板电压信号、选择最小值、异常。正常状态即所有诊断信号均无异常的常规状态;当2路电子油门踏板电压信号有确认故障而1路电子油门踏板电压信号正常,并且没有确认比例故障时,选择1路电子油门踏板电压信号;当1路电子油门踏板电压信号有确认故障而2路电子油门踏板电压信号正常,并且没有确认比例故障时,选择2路电子油门踏板电压信号;当出现比例故障时,选择2路信号中的小值;除上述情况外,其它情况均视为异常状态,将输出值限制为0。此外,为防止选择状态切换时电子油门踏板输出值突然变大,进入选择1路电子油门踏板电压信号或2的状态之前,需要首先检测到踏板被完全释放一次,才进行切换,如图2所示,该图中的通道1即指1路电子油门踏板电压信,通道2即指2路电子油门踏板电压信号。
制动并发情况下的油门保护机制:电子油门踏板的解释过程中遵循制动优先的原则。当检测到油门踏板与制动踏板被同时踩下时,则视为不合理状态,此时令电子油门踏板输出值以下降率K03逐步下降,直至到0。此外,当该不合理状态消除时,为防止输出值发生突变,限制输出值的上升率K04,直至恢复到当前的真实踏板行程。
瞬时故障保护性恢复机制:发生任何瞬时故障时,不允许电子油门踏板输出值朝增大方向变化,而只能保持或者减小。如果瞬时故障恢复,为防止输出值突变,限制输出值的上升率不超过K04值,直至恢复到当前的真实踏板行程。
确认故障保护机制:发生任何确认故障时,限制电子油门踏板输出值不超过某标定上限,同时还限制该输出值的上升率不得超过K04。此外,一旦制动被踩下,则立刻将输出值置0。
本发明所提出的电子油门信号安全处理算法是一种适用于多种车辆的通用方法。为更好地说明其应用方式,现以一种电阻式电子油门踏板总成为例解释。
本实施例所采用的电子油门踏板总成为电阻式传感器,参考电压为5V,在整个踏板机械行程内,从空行程到满行程对应的传感器电压变化范围约为1-4V。传感器输出电压通过电路分成两路。分路后,1路电子油门踏板电压信号的电压范围为1-4V,2路电子油门踏板电压信号为1路电子油门踏板电压信号的一半,电压范围为0.5-2V。两路电子油门信号通过硬线电路分别与整车控制器的两个针脚连接。整车控制器中的计算周期为10ms。
在整车控制器的计算逻辑中,首先读入电子油门信号的物理电压值,并对该电压值进行滤波。在两个计算步长中,如果2路电压值分别变化达到2V和1V以上,即相当于10ms内踏板行程变化超过60%,则认为该变化是干扰信号予以忽略。另一方面,如果2路电压值上升分别小于0.01V和0.005V,对应的油门百分比值变化小于约0.3%,则保持原值,当电压值上升超过该幅度时,才采用当前值。
在车辆初始上电时,如果检测到2路电子油门电压值超过1V和0.5V,即意味着油门已经踩下或者卡滞,则采用较高的标定值2V和1V作为空行程基准值。
然后采用线性方法对物理电压值进行归一化,如果当前2路电子信号值分别为V1和V2,在上电时未检测到空行程位置异常的情况下,2路电子信号归一化后的值分别为P1=(V1-1)/3*100、P2=(V2-0.5)/1.5*100。检测到空行程位置异常情况下的计算方法与此相同。并且,要将计算出的百分比值限制在0-100%之间。如果此时诊断信号显示瞬时故障,则只允许P1和P2的值下降,而不允许继续上升。当瞬时故障消除时,采用单向线性滤波器对P1和P2进行上升率限制,直至与当前的实际值同步。用于上升率限制的单向线性滤波器可表示为当输入In与输出Out的差值(In-Out)大于K2时输出O=I+K2 ,其他情况下输出Out始终与In保持一致。
对于从另外的诊断模块接收的诊断信号,进行互锁处理。当任一确认故障置位时,将相应的瞬时故障置为无效;当涉及两路电子信号的任一诊断信号出现故障时,将瞬时以及确认比例检查故障均置为无效。如此一来能保证诊断信号从逻辑上意义明晰。
如果从诊断模块接收的诊断信号均未置位,则说明2路信号均正常,则输出P1和P2之中的较小值;如果2路电子油门踏板电压信号有确认故障而1路电子油门踏板电压信号正常,并且无确认的比例故障,输出P1;如果2路电子油门踏板电压信号有确认故障而1路电子油门踏板电压信号正常,并且无确认的比例故障,输出P2;如果发生比例故障,输出P1和P2之中的较小值;除上述情况外,其它情况均输出0。其中,因为其中一路故障而输出另一路时,例如输出P1,为防止输出值突变,需要首先检测到P1归零一次,才正常输出P1,否则输出0。经过选择后的输出值以下以P表示。
如果检测电子油门无诊断故障,且信号百分比输出不为零,同时制动开关又置位,表明出现制动与油门同时踩下的不合理情况,此时令输出P以斜率K03降低直至0。而如果该不合理情况消除,也要限制P的上升率K04,直至恢复到与实际值同步。
此外,在发生任何确认故障的情况下,限值输出值P的最大值不得超过极限值Pmax,同时限制上升率不得超过K02值。并且,一旦此时制动开关信号置位,立即输出P=0。