CN107918377B - 基于整车控制器的踏板故障诊断方法 - Google Patents

基于整车控制器的踏板故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于整车控制器的踏板故障诊断方法，在纯电动汽车中，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩。因此，踏板信号对整车动力性与安全性等方面起到重要作用。本发明针对踏板输出信号故障及驾驶员误操作加速踏板故障提出诊断方法，并提出相应的处理策略，提高了车辆对踏板输出信号容错能力与驾驶员误操作加速踏板的保护性能，为车辆安全行驶提供一定保障。

Description

基于整车控制器的踏板故障诊断方法
技术领域：
本发明涉及基于整车控制器的踏板故障诊断方法，其属于电动汽车整车控制器故障诊断技术领域。
背景技术：
随着环境污染与能源紧张问题的加剧，世界各国都在积极发展新能源技术。高性能的纯电动汽车具有结构简单、低噪声、无污染等优势，因而发展纯电动汽车来取代传统燃油汽车是有效解决环境恶化和能源危机的重要途径。
整车控制器作为纯电动汽车的核心部件之一，它对整车能量管理、驱动/制动控制、整车安全、故障诊断等方面起到重要作用。整车控制器根据驾驶员对加速踏板、制动踏板、档位的操作来解释驾驶员的操作意图，并综合各个控制单元的当前状态做出最优协调控制，以保障纯电动汽车运行时的动力性、安全性以及可靠性。现有技术实现了整车控制器的主要功能，但对车辆关键零部件的故障诊断等方面仍有欠缺，如当踏板发生短路、断路等故障以及在紧急情况时驾驶员误将加速踏板当制动踏板操作，若整车控制器未能正确解释驾驶意图，此时整车控制便会发生故障，故障严重时会导致交通事故发生，对车辆的安全行驶以及人身安全产生很大影响。因此，整车控制器对踏板信号的采集及故障诊断功能十分重要。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于整车控制器的踏板故障诊断方法。
本发明所采用的技术方案有：一种基于整车控制器的踏板故障诊断方法，采用双路成比例输出形式来实现踏板故障检测，其中信号1输出电压是信号2输出电压的2倍，步骤如下：
步骤(1)、根据加速踏板输出信号特性，将踏板故障分为以下两种：
故障1、踏板输出信号超出正常电压范围；
故障2、踏板输出的两路电压信号不成两倍比例关系；
步骤(2)、在整车控制器中对两路采样信号加权计算得到加速踏板最终采样值，计算公式为：
ACC_Pedal＝α*ACC_Pedal1+β*ACC_Pedal2  (1)
其中α、β分别为信号1、信号2的权重，且α+β＝1，ACC_Pedal1为信号1采集量，ACC_Pedal2为信号2采集量，ACC_Pedal为最终得到的踏板采集量；
步骤(3)、当踏板信号发生故障1时所有状况分为三种：信号1发生故障、信号2发生故障、信号1、信号2同时发生故障；
信号1发生该故障时，则调整α的权重，即则α其降为0，并报二级故障上传仪表，此时完全由信号2计算踏板深度；
信号2发生该故障时，则调整β的权重，即则β其降为0，并报二级故障上传仪表，此时完全由信号1计算踏板深度；
信号1、信号2同时发生该故障时，该故障情况下，无可信用的踏板信号，因而整车控制器中对踏板采样的最终值赋0，即需求扭矩降为0，是车辆平稳减速运行，发生该故障情况时，整车控制器报四级故障，提示驾驶员需停车处理；
步骤(4)、在踏板信号未发生故障1情况下，即踏板输出的两路信号都在正常电压范围之内，再判断踏板的两路输出信号是否发生故障2，故障2包括以下几种情况：信号1发生故障2、信号2发生故障2、信号1、信号2同时发生故障2；
故障判定方法：
当踏板信号受到干扰发生故障2时，即信号1与信号2不成2倍比例关系时，比较k-1时刻与k时刻信号1变化率Δx_1及信号2的变化率Δx_2，将计算的踏板两路输出信号变化率Δx_1、Δx_2与标定值Δx_max比较，若Δx_1>Δx_max，则判定踏板输出的信号1发生故障2；若Δx_2>Δx_max，则判定信号2发生故障2；若Δx_1>Δx_max且Δx_2>Δx_max，则判定两路信号均发生故障2；若Δx_1<Δx_max且Δx_2<Δx_max，判定变化率较大的那一路信号故障；
故障处理方法：
若踏板输出信号1发生故障2，则修改信号1在计算公式(1)中的权重α为0，仅由踏板输出信号2计算踏板采样值，并报二级故障；
若踏板输出信号2发生故障2，则修改信号2在计算公式(1)中的权重β为0，仅由踏板输出信号1计算踏板采样值，并报二级故障；
若踏板输出的两路信号均发生故障2，且故障时间小于100ms，则采用前一时刻的变化率与前一时刻的采样值计算该时刻的踏板采样值，即：x(k)＝x(k-1)+Δx(k-1)；若故障时间大于100ms，则认定踏板上输出的两路信号发生严重故障，此时整车控制器计算的踏板信号采样值始终给0，令电机不输出扭矩，并报四级故障，限功率运行；
若踏板输出两路信号的变化率均小于标定值Δx_max，且发生故障2时，比较两路信号的变化率Δx_1、Δx_2，采用变化率较小的输出信号作为踏板采样值的计算依据，使车辆以较小扭矩输出，保证车辆的安全行驶，并报二级故障。
进一步地，加速踏板误操作故障诊断与处理方法：正常行驶与紧急制动时，踏板响应区别：角速度ω、角加速度α以及踏板输出开度的响应时间t，通过对这三个变量的标定，将实际检测到的踏板信号，通过单片机实时计算这三个变量，并与标定值角速度ω_max、角加速度α_max以及踏板输出开度的响应时间t_max作比较，当三者的实际检测值均大于标定值时，再借助车载雷达检测车辆与前方障碍物的距离L，综合判断驾驶员是否误踩加速踏板。
进一步地，加速踏板误保护机制解除方法：驾驶员对踏板的二次操作解除误保护机制，使车辆按照踏板深度正常输出力矩。
本发明具有如下有益效果：本发明针对踏板输出信号故障及驾驶员误操作加速踏板故障提出诊断方法，并提出相应的处理策略，提高了车辆对踏板输出信号容错能力与驾驶员误操作加速踏板的保护性能，为车辆安全行驶提供一定保障。
附图说明：
图1是加速踏板输出信号比例关系示意图。
图2是踏板故障处理框图。
图3是踏板输出故障信号示意图。
图4是整车控制器采集最终的踏板信号示意图。
图5是加速踏板误操作故障处理逻辑框图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
在纯电动汽车中，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩。因此，踏板信号对整车动力性与安全性等方面起到重要作用。
图1为加速踏板传感器特性曲线，它采用双路成比例输出形式来实现踏板故障检测，其中信号1输出电压是信号2输出电压的2倍。当加速踏板传感器发生短路、断路或者受到电磁干扰时，整车控制器可能采集到错误的模拟信号。根据加速踏板输出信号特性，可将踏板故障分为以下两种：
故障1、踏板输出信号超出正常电压范围；
故障2、踏板输出的两路电压信号不成两倍比例关系。
本发明为提高加速踏板采集信号的容错性能，在整车控制器中对两路采样信号加权计算得到加速踏板最终采样值，计算公式为：
ACC_Pedal＝α*ACC_Pedal1+β*ACC_Pedal2  (1)
其中α、β分别为信号1、信号2的权重，且α+β＝1，ACC_Pedal1为信号1采集量，ACC_Pedal2为信号2采集量，ACC_Pedal为最终得到的踏板采集量。
整车控制器对采集的信号2放大两倍后与信号1进行加权计算最终踏板输出信号。正常情况下，两路信号的权重α、β分别为0.5，仅在发生故障时修改权重。
如当踏板信号发生故障1时所有状况分为三种：信号1发生故障、信号2发生故障、信号1、信号2同时发生故障。
信号1发生该故障时，则调整α的权重，即则α其降为0，并报二级故障上传仪表。此时完全由信号2计算踏板深度。
信号2发生该故障时，则调整β的权重，即则β其降为0，并报二级故障上传仪表。此时完全由信号1计算踏板深度。
信号1、信号2同时发生该故障时，该故障情况下，无可信用的踏板信号，因而整车控制器中对踏板采样的最终值赋0，即需求扭矩降为0，是车辆平稳减速运行。发生该故障情况时，整车控制器报四级故障，提示驾驶员需停车处理。
根据上述分析可看出，本发明所提出的方法能够有效判断并处理加速踏板中出现的短路、断路等故障，提高车辆安全行驶性能。
在踏板信号未发生故障1情况下，即踏板输出的两路信号都在正常电压范围之内，再判断踏板的两路输出信号是否发生故障2，故障2包括以下几种情况：信号1发生故障2、信号2发生故障2、信号1、信号2同时发生故障2。
故障判定方法：
当踏板信号受到干扰发生故障2时，即信号1与信号2不成2倍比例关系时，比较k-1时刻与k时刻信号1变化率Δx_1及信号2的变化率Δx_2，将计算的踏板两路输出信号变化率Δx_1、Δx_2与标定值Δx_max比较，若Δx_1>Δx_max，则判定踏板输出的信号1发生故障2；若Δx_2>Δx_max，则判定信号2发生故障2；若Δx_1>Δx_max且Δx_2>Δx_max，则判定两路信号均发生故障2；若Δx_1<Δx_max且Δx_2<Δx_max，判定变化率较大的那一路信号故障。
故障处理方法：
若踏板输出信号1发生故障2，则修改信号1在计算公式(1)中的权重α为0，仅由踏板输出信号2计算踏板采样值，并报二级故障。
若踏板输出信号2发生故障2，则修改信号2在计算公式(1)中的权重β为0，仅由踏板输出信号1计算踏板采样值，并报二级故障。
若踏板输出的两路信号均发生故障2，且故障时间小于100ms，则采用前一时刻的变化率与前一时刻的采样值计算该时刻的踏板采样值，即：x(k)＝x(k-1)+Δx(k-1)；若故障时间大于100ms，则认定踏板上输出的两路信号发生严重故障，此时整车控制器计算的踏板信号采样值始终给0，令电机不输出扭矩，并报四级故障，限功率运行。
若踏板输出两路信号的变化率均小于标定值Δx_max，且发生故障2时，比较两路信号的变化率Δx_1、Δx_2，采用变化率较小的输出信号作为踏板采样值的计算依据，使车辆以较小扭矩输出，保证车辆的安全行驶，并报二级故障。
踏板故障处理流程图如图2所示。为验证本发明所提出的故障处理方法有效性，在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型进行了仿真验证，仿真结果如图3、图4所示。其中图3是踏板输出的两路带故障信号，信号1在第1秒时由于受到干扰发生故障2，第2秒时出现短路，发生故障1。图4是整车控制器所采集最终踏板信号，可看出依据本发明中所提出的故障诊断方法，能够有效提高踏板输出信号故障的容错能力。
在踏板输出信号正常的情况下，如果驾驶员在某些紧急情况下误将加速踏板当制动踏板使用，此时电动汽车会输出较大的驱动扭矩，使车辆加速运行，与驾驶员操作意图不符。该错误操作可能会引发重大交通事故。本发明提出在整车控制器中增加误踩加速踏板的保护系统，保护系统能够快速判断出驾驶员误踩加速踏板行为并进行有效保护，防止事故发生。
加速踏板误操作故障诊断与处理：
正常行驶与紧急制动时，踏板响应区别：角速度ω、角加速度α以及踏板输出开度的响应时间t。本发明通过对这三个变量的标定，将实际检测到的踏板信号，通过单片机实时计算这三个变量，并与标定值角速度ω_max、角加速度α_max以及踏板输出开度的响应时间t_max作比较，当三者的实际检测值均大于标定值时，再借助车载雷达检测车辆与前方障碍物的距离L，利用这几个变量综合判断驾驶员是否误踩加速踏板。
当整车控制器判定为驾驶员误踩加速踏板故障时，整车控制器并不是根据加速踏板开度发送驱动扭矩，而是发送0扭矩，防止车辆加速发生事故，并报四级故障，仪表显示故障码。
加速踏板误保护机制解除：
在某些紧急情况下，如车辆经过火车轨道时，驾驶员需要急加速行驶。若在这种情况下，整车控制器计算的角速度ω、角加速度α以及踏板输出开度的响应时间都大于标定值，且雷达检测距离也小于标定值，则整车控制器发生误保护。误保护操作可能对车辆、人身产生危险，因而本发明提出了误操作的解除机制，即当整车控制器判定为驾驶员误操作加速踏板时，若该保护属于误保护，则驾驶员可通过对踏板的二次操作解除误保护机制，使车辆按照踏板深度正常输出力矩。
加速踏板误保护机制解除操作虽然牺牲了1秒至2秒的响应时间，但极大提高了车辆安全行驶性能，避免了驾驶员由于误踩加速踏板引起的潜在危险，具有很高的实用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于整车控制器的踏板故障诊断方法，采用双路成比例输出形式来实现踏板故障检测，其中信号1输出电压是信号2输出电压的2倍，其特征在于：步骤如下：
步骤（1）、根据加速踏板输出信号特性，将踏板故障分为以下两种：
故障1、踏板输出信号超出正常电压范围；
故障2、踏板输出的两路电压信号不成两倍比例关系；
步骤（2）、在整车控制器中对两路采样信号加权计算得到加速踏板最终采样值，计算公式为：
ACC_Pedal=α * ACC_Pedal1+β * ACC_Pedal2        （1）
其中α、β分别为信号1、信号2的权重，且α+β=1，ACC_Pedal1为信号1采集量，ACC_Pedal2为信号2采集量，ACC_Pedal为最终得到的踏板采集量；
步骤（3）、当踏板信号发生故障1时所有状况分为三种：信号1发生故障1、信号2发生故障1、信号1、信号2同时发生故障1；
信号1发生故障1时，则调整α的权重，即则α其降为0，并报二级故障上传仪表，此时完全由信号2计算踏板深度；
信号2发生故障1时，则调整β的权重，即则β其降为0，并报二级故障上传仪表，此时完全由信号1计算踏板深度；
信号1、信号2同时发生故障1时，该故障情况下，无可信用的踏板信号，因而整车控制器中对踏板采样的最终值赋0，即需求扭矩降为0，是车辆平稳减速运行，发生该故障情况时，整车控制器报四级故障，提示驾驶员需停车处理；
步骤（4）、在踏板信号未发生故障1情况下，即踏板输出的两路信号都在正常电压范围之内，再判断踏板的两路输出信号是否发生故障2，故障2包括以下几种情况：信号1发生故障2、信号2发生故障2、信号1、信号2同时发生故障2；
故障判定方法：
当踏板信号受到干扰发生故障2时，即信号1与信号2不成2倍比例关系时，比较k-1时刻与k时刻信号1变化率Δx_1及信号2的变化率Δx_2，将计算的踏板两路输出信号变化率Δx_1、Δx_2与标定值Δx_max比较，若Δx_1>Δx_max，则判定踏板输出的信号1发生故障2；若Δx_2>Δx_max，则判定信号2发生故障2；若Δx_1>Δx_max且Δx_2>Δx_max，则判定两路信号均发生故障2；若Δx_1<Δx_max且Δx_2<Δx_max，判定变化率较大的那一路信号故障；
故障处理方法：
若踏板输出信号1发生故障2，则修改信号1在计算公式（1）中的权重α为0，仅由踏板输出信号2计算踏板采样值，并报二级故障；
若踏板输出信号2发生故障2，则修改信号2在计算公式（1）中的权重β为0，仅由踏板输出信号1计算踏板采样值，并报二级故障；
若踏板输出的两路信号均发生故障2，且故障时间小于100ms，则采用前一时刻的变化率与前一时刻的采样值计算该时刻的踏板采样值，即：x(k)=x(k-1)+ Δx(k-1)；若故障时间大于100ms，则认定踏板上输出的两路信号发生严重故障，此时整车控制器计算的踏板信号采样值始终给0，令电机不输出扭矩，并报四级故障，限功率运行；
若踏板输出两路信号的变化率均小于标定值Δx_max，且发生故障2时，比较两路信号的变化率Δx_1、Δx_2，采用变化率较小的输出信号作为踏板采样值的计算依据，使车辆以较小扭矩输出，保证车辆的安全行驶，并报二级故障。
2.如权利要求1所述的基于整车控制器的踏板故障诊断方法，其特征在于：加速踏板误操作故障诊断与处理方法：正常行驶与紧急制动时，踏板响应区别：角速度ω、角加速度α以及踏板输出开度的响应时间t，通过对这三个变量的标定，将实际检测到的踏板信号，通过单片机实时计算这三个变量，并与标定值角速度ω_max、角加速度α_max以及踏板输出开度的响应时间t_max作比较，当三者的实际检测值均大于标定值时，再借助车载雷达检测车辆与前方障碍物的距离L，综合判断驾驶员是否误踩加速踏板。
3.如权利要求2所述的基于整车控制器的踏板故障诊断方法，其特征在于：加速踏板误保护机制解除方法：驾驶员对踏板的二次操作解除误保护机制，使车辆按照踏板深度正常输出力矩。
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