CN113844434A - 一种基于传感器容错的混合动力汽车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，通过基于待监测传感器的历史数据构建故障模式曲线，通过将待监测传感器的实时数据与故障模式曲线进行比对，快速的定位故障类型，并且根据不同的传感器类型实施不同的故障处理操作。本发明中的基于故障模式曲线判断待监测传感器的方法，无需复杂计算，思路简单且实现速度快，极大的降低了系统的复杂度以及系统的维护开发成本。

Description

一种基于传感器容错的混合动力汽车控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车控制技术领域，具体为一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法。

背景技术

油电混合动力汽车驱动系统由传统内燃机和电动机组成，相对于传统汽车，混合动力汽车增加了动力电池、电机等部件，电气和电控系统更加复杂。车辆行驶时，通过各种传感器实时获取驾驶人员的操作和汽车行驶的动态信息，作为控制车辆行驶的重要基础和依据。然而，在使用过程中作为信息采集的传感器也是会出现故障或者损坏。

现有故障诊断模块对故障进行诊断时，因为系统的复杂性，判断传感器故障和处理故障时考虑的因素过多，导致诊断模块也非常复杂，进而车辆控制系统也变得非常复杂，使得车辆研发成本、维护成本升高。

发明内容

为了解决现有技术中，随着故障检测模块复杂化导致混合动力汽车的控制系统研发和维护成本升高的问题，本发明提供一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其可确保基于简单结构实现传感器故障的容错及对传感器故障的判断和故障处理，提高系统的安全稳定性能的同时，降低了系统开发、维护成本。

本发明的技术方案是这样的：一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：获取待监测传感器在运行中的数据变化模式；

所述待监测传感器包括：油门传感器、档位传感器、制动传感器；

所述油门传感器、所述档位传感器都为双传感器；

S2：获取混动动力汽车运行中的所述待监测传感器的历史数据；

S3：基于所述历史数据构建所述待监测传感器对应的故障模式曲线；

所述油门传感器对应的故障模式包括：

传感器输出范围异常：故障导致传感器输出信号的电压值持续的超出预设的输出范围阈值；

传感器输出异常恒定：故障导致传感器输出信号的电压值在预设的正常值范围内，但是保持在某一恒定值或恒定范围内；

传感器输出产生振荡：传感器输出信号的电压值变化频率、变化范围同时大于预设的震荡阈值；

双传感器输出差异过大：双传感器中的任意一个传感器的输出差异超过预设的双传感器输出差异阈值；

所述档位传感器对应的故障模式包括：

开关型传感器闭合故障；

模拟型位置传感器信号偏移故障；

所述制动传感器对应的故障模式包括：

电压信号超范围；

S4：实时监测所述待监测传感器上传的数据，将所述待监测传感器上传的数据构建为对应的传感器运行曲线；

S5：将所述传感器运行曲线与其对应的所述故障模式曲线进行实时比对；

当所述传感器运行曲线变化符合所述故障模式曲线中的任意一种时，则判断所述待监测传感器发生输出信号异常，执行步骤S6；

否则，将所述待监测传感器传入的数据，输入到混合动力汽车的控制系统，进行混合动力汽车行驶的控制；

S6：执行故障确认操作，确定输出信号异常的所述待监测传感器是否真的发生了故障；

如果是真的发生了故障，则根据所述待监测传感器的类型执行相应的故障处理操作；

否则，执行步骤S2~S6。

其进一步特征在于：

步骤S6中，所述故障确认操作包括以下步骤：

a1：预设一个故障周期时间T；

a2：设输出异常的所述待监测传感器输出信号电压保持异常状态的时间为TA；

实时监测TA，实时比较TA和T；

当TA大于等于T时，判断所述待监测传感器发生了相应的故障，进入所述故障处理操作；

否则，判断所述待监测传感器没有发生相应的故障；

如果所述待监测传感器为双传感器，则比较过程中，使用无故障的传感器的输出信号输入到混合动力汽车控制系统；

步骤S6中，当所述待监测传感器为所述油门传感器时，所述故障处理操作的步骤包括：

b1：确认所述油门传感器发生的故障是否为双传感器输出差异过大；

如果是，则执行步骤b2；

如果不是，执行步骤b3；

b2：找到两个传感器输出信号差值突然变大的那个时间点，记做T0；

则，在T0时刻，找到输出信号变化值突然变大的按个传感器，为发生故障的传感器；

执行b4；

b3：确认输出信号异常的所述油门传感器的个数N_en；

如果N_en为1，则执行步骤b4；

如果N_en为2，则执行步骤b5；

b4：以非故障的油门传感器的输出信号输入为基准，计算获得油门开度，将所述油门开度上传到混合动力汽车的控制系统，对油门进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中；

结束本次故障检测和处理过程；

b5：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策；

步骤b4中，所述油门传感器输入值的计算包括以下步骤：

c1：获取混合动力汽车的实时驾驶数据；

所述实时驾驶数据包括：

无故障的所述油门传感器的输出，记做油门输出信号AP；

混合动力汽车的实时加速度ac和目标加速度az；

制动踏板的实时状态信号；

获取混合动力汽车的实时速度V；

c2：当混合动力汽车处于故障周期时间T的范围内时，实施过渡期油门开度设置；否则实施步骤c3；

所述过渡期油门开度的计算，包括以下步骤：

c21:将所述油门输出信号AP按照取值范围，从取值的大小，从高到低划分为三个值区域：

打开区域R2a、保持区域R2b和关闭区域R2c；

c22:为打开区域R2a设置一个油门开度增加值，为关闭区域R2c设置一个油门开度减少值；所述油门开度减少值、所述油门开度增加值为正数；

c23：检测所述门输出信号AP的实时值、所述油门开度的实时值，

c24:确认所述门输出信号AP的实时值属于哪个值区域；

如果所述门输出信号AP的实时值属于打开区域R2a，则将所述油门开度的实时值加上所述油门开度增加值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

如果所述门输出信号AP的实时值属于保持区域R2b，则将所述油门开度的实时值保持不变上传到混合动力汽车的控制系统；

如果所述门输出信号AP的实时值属于关闭区域R2c，则将所述油门开度的实时值减去所述油门开度减少值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

c3：当检测到制动传感器的实时状态信号为制动状态时，将所述油门开度设置为0；

否则执行步骤c4；

c4：当所述油门输出信号AP处于所述打开区域R2a的范围，同时所述实时加速度ac小于预设的最小加速度A_min时，则：

将预设油门开度偏移值F，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时加速度ac大于等于所述最小加速度A_min；

否则，实施步骤c5；

c5：当检测到实时加速度ac与目标加速度az具有相反符号时，执行以下步骤，否则执行步骤c6；

将偏移值F以目标加速度相同的符号，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至ac等于az；

c6：比较所述实时速度V、预设的速度阈值VT、目标速度VA，其中VT为大于0的数值，V<VA；

如果0≤V≤VA≤VT，则执行步骤c7；

如果0≤V≤VT≤VA，则执行步骤c8；

如果0≤VT<V≤VA，则执行步骤c9；

c7：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V等于所述目标速度VA；

c8：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V大于所述速度阈值VT后，执行步骤c9；

c9：使用预设的高速油门开度偏移值a2，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V等于所述目标速度VA，其中0<a1<a2；

步骤c21中，所述打开区域R2a的最小值为所述油门输出信号AP电压最高值的一半；

所述关闭区域R2c的最大值为所述油门输出信号AP电压最高值的20%；

步骤S6中，当所述待监测传感器为所述档位传感器，所述故障处理操作的步骤包括：

d1：确认输出信号异常的所述档位传感器的个数N_ge；

如果N_ge为2，则执行步骤d6；

如果N_ge为1，则执行步骤d2；

d2：确认两个所述档位传感器中的传感器类型；

如果两个所述档位传感器都是基于模拟型位置传感器实现的，则实施步骤d6；

如果两个所述档位传感器分别基于模拟型位置传感器、开关型传感器实现的，实施步骤d3；

如果两个所述档位传感器都是基于开关型传感器实现的，则实施步骤d7；

d3：确认输出信号异常的所述档位传感器的类型；

如果输出信号异常的所述档位传感器为模拟型位置传感器，则实施d4；

否则实施步骤d7；

d4：确认混合动力汽车当前是否处于未启动状态；

如果混合动力汽车处于启动后的行驶状态，则实施步骤d6；

否则实施步骤d5；

d5：确认输出信号异常的模拟型位置传感器故障位置是否为P档，并且N档无故障；

如果是，则允许混合动力汽车在N档启动；然后实施步骤d7；

否则，实施步骤d6；

d6：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策；

d7：以非故障的档位传感器的输出信号输入为基准，将档位数据上传到混合动力汽车的控制系统，对档位进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中；

步骤S6中，当所述待监测传感器为所述制动传感器，所述故障处理操作的步骤包括：

e1：获取制动传感器的输出信号，获取制动灯信号状态；

e2：当所述制动传感器分别符合下述任意一种条件时，则所述制动传感器发生故障，执行步骤e3；

当制动传感器的输出信号对应的电压超出预设的工作电压范围时，则所述制动传感器发生故障，

当所述制动灯信号状态为点亮，同时所述制动传感器的输出信号不发生任何变化时，则所述制动传感器发生故障；

e3：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策。

本发明提供的一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，通过基于待监测传感器的历史数据构建故障模式曲线，通过将待监测传感器的实时数据与故障模式曲线进行比对，快速的定位故障类型，并且根据不同的传感器类型实施不同的故障处理操作。本发明中的基于故障模式曲线判断待监测传感器的方法，无需复杂计算，思路简单且实现速度快，极大的降低了系统的复杂度以及系统的维护开发成本。

附图说明

图1为混合动力汽车传感器故障检测的系统模块结构示意图；

图2为油门传感器的输入输出特性曲线；

图3为正常操作期间油门传感器的传感器运行曲线实施例；

图4为油门传感器的传感器输出范围异常的故障模式曲线示例；

图5 为油门传感器的传感器输出异常恒定的故障模式曲线示例；

图6为油门传感器的传感器输出产生振荡故障示例1；

图7为油门传感器的传感器输出产生振荡故障示例2；

图8为油门传感器的双传感器输出差异过大的故障示例；

图9为过渡期油门开度AOP的计算示例；

图10为根据车速确定油门开度的变化率的示例；

图11为实时加速度与目标加速度具有相反符号时油门开度AOP设置示例；

图12为基于最小加速度设置油门开度AOP偏移值的示例；

图13为故障处理模块处理油门传感器故障的完整示例；

图14为两种档位传感器的结构示意图；

图15为两种类型的换档位置传感器的传感器运行曲线实施例；

图16为基于开关型传感器实现的档位传感器的故障曲线实施例；

图17为基于模拟型位置传感器实现的档位传感器的故障曲线实施例1；

图18为基于模拟型位置传感器实现的档位传感器的故障曲线实施例2；

图19为踏板型制动传感器的传感器运行曲线实施例；

图20为踏板型制动传感器的故障曲线实施例。

具体实施方式

如图1所示，为实现本发明基于传感器容错的混合动力汽车控制方法的系统模块的实施例，其包括：控制用传感器1、主控制器2、历史故障记录电路3；

主控制器2控制每个动力源的驱动，如发动机、电动机的转速、扭矩分配和其它被控量以及为其它ECU提供相应的控制信息；ECU是一个单片机，包括CPU、ROM、RAM、输入端口和输出端口。历史故障记录电路3由EEPROM和相应的电路构成，用于记录行车过程中传感器发生的故障信息，基于现有技术实现。

本发明技术方案中，控制用传感器1包括：油门传感器12、档位传感器11、制动传感器13；主控制器2包括故障检测模块21、故障处理模块22，主控制器2接收油门传感器12、档位传感器11和制动传感器13的输入信号。

故障检测模块21基于行车过程中传感器传送的数据检测故障信息，先确认异常数据是否是真的因为故障导致，确认是传感器发生故障后，并将故障信息送入到故障处理模块22；控制用传感器1的输入信号送入故障检测模块21，经过故障检测模块21检测，正常范围的传感器输入数据被送入到主控制器2对应的控制模块，即送入到现有的混合动力汽车的控制系统中控制汽车行驶，一旦检测到异输入数据，则送入故障处理模块22中。

故障处理模块22基于故障检测模块21传入的故障类型的进行分别的故障处理对策；故障处理模块22中进行故障处理对策后将得到的输入信号送入混合动力汽车的控制系统对应的控制模块，使用故障处理模块22故障对策后获得的传感器输入数据对汽车进行控制。

本实施例中，油门传感器12为双传感器，两个油门传感器12都基于电位计实现，其包括两个具有不同特性的传感器，对应的输出信号AP1和AP2输入到主控制器2，并由主控制器2控制油门打开位置（油门开度）。

档位传感器11为双传感器，基于模拟型位置传感器、开关型传感器，两个档位传感器11可以选择同类型传感器也可以分别使用不同的传感器实现。对应的输出信号为SP2和SP2，用于指示换档位置。

制动传感器13，包括：制动操作、减速操作，其对应的输入、输出信号分别为BPA和BPR。

在行驶过程中，当油门传感器12或换档位置传感器或制动传感器13发生故障时，一方面要进行故障检测和处理，另一方面还要将发生的故障记录在EEPROM中，主控制器2和故障历史记录电路经由双向通信线路COM交换请求和通知。

在实际应用中，动力汽车中使用的双传感器通常采用的规格、特性都不一样，传感器的输出值以及对输出值的处理也不会完全一样。所以两个传感器中如果一个出现了故障，是不能直接使用另外一个的，基于本发明技术方案，可以在一个传感器出现故障的时候，确保双传感器之间进行连续控制和平稳过渡。

基于上述控制系统实现的一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于，其包括以下步骤。

S1：获取待监测传感器在运行中的数据变化模式。

S2：获取混动动力汽车运行中的待监测传感器的历史数据。

S3：基于历史数据构建待监测传感器对应的故障模式曲线；

油门传感器12对应的故障模式包括：

传感器输出范围异常：故障导致传感器输出信号的电压值持续的超出预设的输出范围阈值；

传感器输出异常恒定：故障导致传感器输出信号的电压值在预设的正常值范围内，但是保持在某一恒定值或恒定范围内；

传感器输出产生振荡：传感器输出信号的电压值变化频率、变化范围同时大于预设的震荡阈值，这种传感器的输出的变化包括：规律和不规律，都属于输出震荡；当每一次的传感器输出信号的电压值变化频率、变化范围不完全一样的时候，属于不规律震荡；

双传感器输出差异过大：双传感器中的任意一个传感器的输出差异超过预设的双传感器输出差异阈值；

档位传感器11对应的故障模式包括：

开关型传感器闭合故障；

模拟型位置传感器信号偏移故障；

制动传感器13对应的故障模式包括：

电压信号超范围；

具体实现时，基于历史数据获得每种传感器的故障模式后，将传感器类型和对应的故障模式和故障模式曲线存储到主控制器2的ROM中，故障检测模块21在故障检测操作中进行调用。

S4：在故障检测模块21中，实时监测待监测传感器上传的数据，将待监测传感器上传的数据构建为对应的传感器运行曲线。

S5：在故障检测模块21中，将传感器运行曲线与其对应的故障模式曲线进行实时比对；

当传感器运行曲线变化符合故障模式曲线中的任意一种时，则判断待监测传感器发生输出信号异常，执行步骤S6；

否则，将待监测传感器传入的数据，输入到混合动力汽车的控制系统主控制器2中对应的车辆行为控制模块（图中未标记）中，进行混合动力汽车行驶的控制。

S6：在故障检测模块21中，先执行故障确认操作，确定输出信号异常的待监测传感器是否真的发生了故障；

如果是真的发生了故障，则送入到故障处理模块22中，根据待监测传感器的类型执行相应的故障处理操作；

否则，执行步骤S2~S6。

其中，故障确认操故障确认操作包括以下步骤：

a1：预设一个故障周期时间T；

a2：设输出异常的待监测传感器输出信号电压保持异常状态的时间为TA；

实时监测TA，实时比较TA和T；

当TA大于等于T时，判断待监测传感器发生了相应的故障，进入故障处理操作；

否则，判断待监测传感器没有发生相应的故障；

如果待监测传感器为双传感器，则比较过程中，使用无故障的传感器的输出信号输入到混合动力汽车控制系统。

基于故障周期时间T的设置，通过故障确认操作的步骤，防止因为待监测传感器意外导致的输出临时变化，被误检测为传感器故障。在确保真实的故障不会漏检基础上，同时本发明技术方案更具实用性。

如图2描述了油门传感器12的输入和输出特性，两个传感器的输出信号AP1和AP2具有相同的梯度，但偏移量不同。具体实施时，也可以设置AP1和AP2具有不同的梯度值。本实施例中，设置两个传感器的正常输出范围分别为R1和R2，以提供油门开度（油门踏板的踩下距离）和每个传感器输出AP1和AP2之间的唯一线性关系。

如图3所示，为正常操作期间油门传感器12的传感器运行曲线，描述了两个传感器正常工作时不同油门的位置信号。当两者正常工作时，主控制器2根据现有的油门控制器控制原则，可以基于第一个输出信号AP1设置控制输入，也可以基于第二输出信号AP2来设置油门开度。

步骤S6中，当待监测传感器为油门传感器12时，故障处理操作的步骤包括：

b1：确认油门传感器12发生的故障是否为双传感器输出差异过大；

如果是，则执行步骤b2；

如果不是，执行步骤b3；

b2：找到两个传感器输出信号差值突然变大的那个时间点，记做T0；

则，在T0时刻，找到输出信号变化值突然变大的按个传感器，为发生故障的传感器；

执行b4；

b3：确认输出信号异常的油门传感器12的个数N_en；

如果N_en为1，则执行步骤b4；

如果N_en为2，则执行步骤b5；

b4：以非故障的油门传感器12的输出信号输入为基准，计算获得油门开度，将油门开度上传到混合动力汽车的控制系统，对油门进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中；

结束本次故障检测和处理过程；

b5：向混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策。

步骤b4中，油门传感器12输入值的计算包括以下步骤：

c1：获取混合动力汽车的实时驾驶数据；

实时驾驶数据包括：

无故障的油门传感器12的输出，记做油门输出信号AP；

混合动力汽车的实时加速度ac和目标加速度az；

制动踏板的实时状态信号；

获取混合动力汽车的实时速度V；

c2：当混合动力汽车处于故障周期时间T的范围内时，实施过渡期油门开度设置；否则实施步骤c3；

过渡期油门开度的计算，包括以下步骤：

c21:将油门输出信号AP按照取值范围，从取值的大小，从高到低划分为三个值区域：

打开区域R2a、保持区域R2b和关闭区域R2c；

打开区域R2a的最小值为油门输出信号AP电压最高值的一半；

关闭区域R2c的最大值为油门输出信号AP电压最高值的20%；

c22:为打开区域R2a设置一个油门开度增加值，为关闭区域R2c设置一个油门开度减少值；油门开度减少值、油门开度增加值为正数；

c23：检测门输出信号AP的实时值、油门开度的实时值，

c24:确认门输出信号AP的实时值属于哪个值区域；

如果门输出信号AP的实时值属于打开区域R2a，则将油门开度的实时值加上油门开度增加值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

如果门输出信号AP的实时值属于保持区域R2b，则将油门开度的实时值保持不变上传到混合动力汽车的控制系统；

如果门输出信号AP的实时值属于关闭区域R2c，则将油门开度的实时值减去油门开度减少值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

c3：当检测到制动踏板的实时状态信号为制动状态时，将油门开度设置为0；

否则执行步骤c4；

c4：当油门输出信号AP处于打开区域R2a的范围，同时实时加速度ac小于预设的最小加速度A_min时，则：

将预设油门开度偏移值F，以频率f均匀的添加到油门开度中，直至实时加速度ac大于等于最小加速度A_min；

否则，实施步骤c5；

c5：当检测到实时加速度ac与目标加速度az具有相反符号时，执行以下步骤，否则执行步骤c6；

将偏移值F以目标加速度相同的符号，以频率f均匀的添加到油门开度中，直至ac等于az；

c6：比较实时速度V、预设的速度阈值VT、目标速度VA，其中VT为大于0的数值，V<VA；

如果0≤V≤VA≤VT，则执行步骤c7；

如果0≤V≤VT≤VA，则执行步骤c8；

如果0≤VT<V≤VA，则执行步骤c9；

c7：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到油门开度中，直至实时速度V等于目标速度VA；

c8：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到油门开度中，直至实时速度V大于速度阈值VT后，执行步骤c9；

c9：使用预设的高速油门开度偏移值a2，以频率f均匀的添加到油门开度中，直至实时速度V等于目标速度VA，其中0<a1<a2。

如图4所示，为油门传感器12发生了传感器输出范围异常的故障模式曲线；双油门传感器12包括第一油门传感器、第二油门传感器，对应的输入信号为AP1、AP2，图4为第一油门传感器发生了传感器输出范围异常故障中的一种：信号输入停止，表现在图中为AP1输入信号线断开。当第一油门传感器的信号线断开时，其输出信号AP1迅速减小，降到规定的断开电平LB以下，并且降到正常输出范围R1之外。当输出信号AP1降到LB以下时，故障检测模块21设置第一油门传感器输入异常，已经发生故障的初步故障通知（PRE），还需要进一步确定是否真的发生了故障，如果确认输出信号AP1在大于预定周期T的时间内仍保持在LB以下，则故障检测模块21进一步得出第一油门传感器确实已经产生故障（时间t1），于是向故障处理模块22发送故障检测命令DET，表示在第一油门传感器中发生了故障。

在t0到t1的时间段T内，需要在此期间最终确定是否发生了故障，在此期间，使用第二油门传感器的输出信号AP2而不是第一油门传感器的输出信号来设置油门开度。确保在故障检测期间也可以持续的控制车辆。在时间t1之后，故障处理模块22基于正常工作的第二油门传感器计算获得对油门开度的控制值，确保在双传感器中一个发生了故障，另一个也能顺利的确保车辆能够正常行驶。

图5示出了在第一油门传感器中发生“传感器输出异常固定状态”故障时产生的变化输出信号。“传感器输出异常固定状态”是指输出信号保持恒定的情况，或者是指在传感器正常工作的情况下无法获得的传感器输出的状态。

当油门传感器12正常工作时，驾驶员很难将油门踏板保持在恒定位置而使传感器的输出信号保持恒定。因此可以得出结论，当传感器的输出信号保持恒定时，油门传感器12已发生故障。

在图5所示的情况下，如果在输出信号AP1变得恒定（时间2a）之后经过了规定的时段T，则故障检测模块21向控制输入设置部分22发送预先故障通知PRE，当故障检测器模块确认输出信号AP1的电平已被进一步维持预定时段T时，得出第一油门传感器已产生故障（时间t2b），然后，将故障检测信号DET发送到故障处理模块22，以确定第一油门传感器已经产生故障。

传感器输出异常固定状态故障的特征在于两个传感器的输出保持在其相应的正常输出范围R1和R2内。在常规实践中，这样的故障事件使得很难确定哪个传感器发生了故障。在本实施例中，故障检测器模块通过确定由油门传感器产生的输出信号的时间变化模式是否对应于预设的传感器输出异常固定状态故障模式曲线来检测传感器故障。因此，即使传感器输出保持在正常范围内，也可以检测到故障的发生，并定位故障模式的类型。

图6示出了在第一油门传感器中发生了传感器输出的振荡故障中的方波振荡时输出信号的变化。当油门传感器12正常工作时，驾驶员很难踩下油门踏板使得传感器的输出信号变为方波，因此可以得出结论，当传感器的输出信号变为方波形式时，油门传感器12已发生故障。

如果输出信号Ap1在时刻t0以大于预定阈值的变化率突然变化，则故障检测模块21向控制故障处理模块22提供初步故障通知PRE。如果确认输出信号AP1的方波已经持续预定时段T，则故障检测模块21得出结论，第一油门传感器已经产生故障（时间t3）。故障检测命令DET被发送到控制输入设置部分22以指示故障事件在第一油门传感器中出现。

如图7所示为当在第一油门传感器中发生传感器输出的振荡故障中的不规则振荡时，在输出信号中的变化。如果在时刻t0输出信号AP1以大于预定阈值的变化率突然变化，则故障检测器模块向故障处理模块22提供初步故障通知PRE， 如果确认第一油门传感器的输出信号AP1的变化已经持续了预定的时间段T，则故障检测器21得出结论，第一油门传感器已经发生故障（时间t4），向控制输入设定部22发送故障检测命令DET，表示在第一油门传感器中发生了震荡故障事件。

图6和7所示故障可以认为是同一类型的，属于影响输出信号的振荡现象。因此为了精确区分，可以通过分析输出信号的变化率的大小、频率和其他独特的振荡特性来决定将故障再进行分类。本发明技术方案中，通过对故障模式曲线的精细定义，可以精准地识别出各种类似的但是不同的故障模式，与现有的故障检测方法相比，本发明技术方案通过更简单的系统实现更复杂的功能。

如图8所示，在两个油门传感器中发生双传感器输出差异过大的故障时，在输出信号中引起的变化。当油门传感器12正常工作时，两个输出信号AP1和AP2之间的差值必须在基本恒定的适当范围内。例如，图2、图3示例中所示的两个输入/输出特性具有相同的梯度时，两个输出信号Ap1和AP2之间的差基本上保持恒定。因此，如果两个油门传感器12的输出信号之间的差异不在恒定的适当范围内（图中标记为范围异常处），则可以得出结论，其中一个传感器已发生故障。

如果输出信号Ap1改变并且两个信号之间的差在t0时刻到达到预定阈值了，则故障检测模块21向故障处理模块22提供初步故障通知PRE。故障检测模块21得出结论，如果确认不规则差异已持续预定时间T，则第一油门传感器或第二油门传感器产生故障（时间t5）。在这种情况下，具有较大输出变化的传感器在时间t0（这是差异变得不规则的时间）已经发生故障。此时，故障检测模块21向故障处理模块22发送故障检测命令DET，表示在第一油门传感器中发生了故障，故障类型为：双传感器输出差异过大的故障。

如图9为过渡期油门开度AOP的计算方法；以油门传感器12的故障模式为：传感器输出范围异常为例来说明，两个油门传感器12的输出信号AP1和AP2的变化方式与图4所示的故障模式相同。

将正常油门传感器12的输出范围分为三个区域：打开区域R2a、保持区域R2b和关闭区域R2c。故障处理模块22根据三个区域R2a、R2b和R2c中的哪个区域包含传感器输出AP2来设定油门开度AOP。当传感器输出AP2落在打开区域R2a内时，允许油门开度AOP以规定的速率增大；当传感器输出AP2落在保持区域R2b内时，油门开度AOP保持不变；当传感器输出AP2落在关闭区域R2c内时，允许油门开度AOP以规定的速率减小。

例如，在图9中,t10-t11期间，传感器输出AP2落在开区R2a开区内时,油门开度AOP增大，

在t11-t12期间，传感器输出AP2落在保持区域R2b内时，油门开度AOP保持恒定。在t12-t13期间，在闭合区域R2c处，油门开度AOP减小。

根据车辆的特性，R2a-R2b-R2c区域的设置，可以将打开区域R2a和保持区域R2b之间的边界设置为与传感器输出AP2的电压的大约50%对应的位置；保持区域R2b和关闭区域R2c之间的边界可以设置为与传感器输出AP2的电平的大约20%相对应的位置。具体实施的时候，打开区域R2a的增大率和闭合区域R2c的减小率可以具有相同或不同的绝对值。

本发明技术方案中，当驾驶员踩下制动踏板时，将油门开度AOP强制设置为零。通常情况下，驾驶员在踩下制动踏板时会将脚从油门踏板上移开。但是，如果油门传感器12出现故障，即使驾驶员将脚从加速踏板上移开，传感器AP2也会落在闭合区域R2c内，因此，如果采用图9所示的区域分布，油门开度AOP将以恒定速率减小，从而产生与驾驶员意图相反的结果。由此，当驾驶员踩下制动踏板时，采用将油门开度AOP强制设置为零的方法，这样能更好地反映驾驶员的意图。具体实施的时候，为了更精细地设置油门开度AOP，可以将打开区R2a，保持区R2b和闭合区R2c进一步划分为多个小域，并将每个域的变化率设置为不同的值，这样可以提高了可操作性，并且能够更精细地调整油门开度AOP。

图10描述了根据车速确定油门开度的变化率（增大或减小）。当车速在0-V1范围内时，变化率被设置为相对较低的水平a1，当车速大于V1时，变化率被设置为相对较高的水平a2。

即：油门开度以较低的变化率a1直线增加，直到速度达到V1，然后以较高的变化率a2继续直线增加。此时，油门开度的变化率随着速度的增加而增加，从而使车辆在其中一个油门传感器12出现故障时更具操纵性。

图11描述出了当加速度ac与目标加速度az具有相反符号时，油门开度AOP设置偏移值F的方法。如图11所示，目标加速度az在B范围内为正，在R范围内为负。当车辆的当前加速度与其目标加速度符号相反时，偏移值F以逐步的方式添加到油门开度AOP中。例如，当选择B范围作为从静止开始，并且车辆的当前加速度ac为负符号（当车辆开始向后滚动时），零速度下的偏移值FF1被添加到油门开度中。这同样适用于选择R档从静止起动，且车辆当前加速度ac为正号的情况。

图12中描述了基于最小加速度a_min设置油门开度AOP偏移值F的方法。如果当前加速度ac未能达到最小值a_min，则增加油门开度的偏移量，将最小加速度a_min设设置为小于目标加速度az的规定值。当油门踏板一直踩，油门传感器12输出值为打开区域R2a，但车辆的当前加速度ac仍未能达到最小加速度a_min时，图12所示的偏移值F以逐步添加的方式加到油门开度AOP中，从而可以更平稳地加速车辆。具体实施时，可以仅根据当前加速度az是否已经达到最小加速度a_min来确定是否添加偏移值F，而不需要判断当前加速度az与预期加速度是否符号相反。

如图13所示，为故障处理模块22处理油门传感器12故障的完整过程示例。当第一油门传感器在t20时间出现故障时，此后仅使用正常的第二油门传感器的输出AP2。

在时段t20～t21期间，由于第二油门传感器的输出AP2落在保持区域R2b内，所以油门开度AOP保持恒定。在随后的时间段t21-t22中，由于传感器输出AP2落在闭合区域R2c内，油门开度AOP减小。在时间t22，检测到了驾驶员踩下制动踏板，制动传感器13产生输出，油门打开AOP被清零。当驾驶员再次踩下油门踏板并且传感器输出AP2在时间t23到达打开区域R2a时，当前加速度ac（负）与目标加速度az（正）符号相反，油门开度AOP增加偏移值F1或F2。在t23-t24期间，油门开度AOP以低速率a1增加。在时刻t24，在速度达到V1之后，油门开度AOP以高速率a2增加。

步骤S6中，当待监测传感器为档位传感器11，故障处理操作的步骤包括：

d1：确认输出信号异常的档位传感器11的个数N_ge；

如果N_ge为2，则执行步骤d6；

如果N_ge为1，则执行步骤d2；

d2：确认两个档位传感器11中的传感器类型；

如果两个档位传感器11都是基于模拟型位置传感器实现的，则实施步骤d6；

如果两个档位传感器11分别基于模拟型位置传感器、开关型传感器实现的，实施步骤d3；

如果两个档位传感器11都是基于开关型传感器实现的，则实施步骤d7；

d3：确认输出信号异常的档位传感器11的类型；

如果输出信号异常的档位传感器11为模拟型位置传感器，则实施d4；

否则实施步骤d7；

d4：确认混合动力汽车当前是否处于未启动状态；

如果混合动力汽车处于启动后的行驶状态，则实施步骤d6；

否则实施步骤d5；

d5：确认输出信号异常的模拟型位置传感器故障位置是否为P档，并且N档无故障；

如果是，则允许混合动力汽车在N档启动；然后实施步骤d7；

否则，实施步骤d6；

d6：向混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策；

d7：以非故障的档位传感器11的输出信号输入为基准，将档位数据上传到混合动力汽车的控制系统，对档位进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中；

如图14所示，为两种类型的档位传感器11的结构，图15为两中类型的档位传感器11的输入和输出特性。第一换档位置传感器采用模拟传感器，如：电位计，其特点是输出信号SP1随着换档杆的移动而连续变化。第二档位置传感器采用多个位置开关SW1-SW6组成的开关型传感器。在本实施例的混合动力车辆中采用P、R、N、B四个换档位置。

对于第一换档位置传感器的模拟传感器信号SP1，预先定义每个位置的信号电平的有效范围，通过查看图形的纵轴可以确定档位所在位置。第一换档位置传感器输出的模拟传感器信号SP1，第二档位置传感器输出开关信号SP2。模拟传感器信号SP1的值被放置在有效P范围内位置开关信号SP2表示只有P档的第一个开关SW1闭合（图中用黑色圆圈表示）。因此，当档位传感器11的两个传感器正常工作时，它们产生冗余控制输入（换档位置）。

图16示出了在档位传感器11为开关型传感器，发生了闭合故障情况。在本例中，实际换档杆处于B档，模拟传感器信号SP1正确指示B档，但位置开关信号SP2关闭了P和B档的开关SW1和SW4。其处理方法类似油门开度设置方法，如果两个信号SP1和SP2指示相同的位置（B范围），则该位置被用作正确的位置；当某个传感器出现故障时，则使用正常传感器继续执行控制程序。

图17描述了档位传感器11为模拟型位置传感器，发生了位置传感器输出偏移故障示例1。实际档位传感器11输出信号SP1‘的特性相对于正确信号SP1的特性向上偏移，特别是位移在P范围附近偏移较大，并向B范围减小。在这种情况下，两个信号SP1和SP2未能指示相同的位置，表明有一个传感器出现了故障。当模拟传感器信号SP1出现异常偏移时，P范围不能被使用，但其档位被使用的可能性仍然很高。因此，在换档位置传感器出现此类故障后，需要将车辆开到维修厂进行修理。

在图18所示的模拟型位置传感器发生了位置偏移故障示例2中，其实际换档杆处于B档,位置开关信号SP2指示B,模拟传感器信号SP1也在B范围，尽管实际档位传感器11输出信号SP1‘的特性相对于无障碍时的输出信号SP1的特性向上偏移了，但由两个信号SP1和SP2指示相同位置，由此，即使其中一个传感器出现故障，也可以使用其它多个档位控制车辆。

通常情况下，车辆只有在换档位置在P（驻车）档位时才能起动，当故障以图17和图18所示的方式出现在P范围内时，车辆将无法启动。因此，在优选实践故障处理中，当P档出现故障但N档保持正常时，主控制器2允许车辆在N档（空档）起动。当两个档位传感器11中的一个出现故障时，需要驾驶员踩下制动器时，才允许换档位置从N档变为B档。如果驾驶员在没有踩下制动器的情况下将换档位置传感器从N档移到B档，则故障处理模块22将忽略该移动，并继续从N档控制车辆。

步骤S6中，当待监测传感器为制动传感器13，故障处理操作的步骤包括：

e1：获取制动传感器13的输出信号，获取制动灯信号状态；

e2：当制动传感器13分别符合下述任意一种条件时，则制动传感器13发生故障，执行步骤e3；

当制动传感器13的输出信号对应的电压超出预设的工作电压范围时，则制动传感器13发生故障，

当制动灯信号状态为点亮，同时制动传感器13的输出信号不发生任何变化时，则制动传感器13发生故障；

e3：向混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策。

如图19描述制动传感器13输出特性曲线，制动传感器13输出的电压与制动踏板的踏板位移成线性关系，制动传感器13故障通常为传感器电路故障和传感器性能合理性故障。

如图20描述制动传感器13的故障模式，设制动传感器13的标准工作电压为v， 其正常工作电压范围在v1-v2，转化为对应v的百分比参考电压为10%-90%之间，对应的踏板位移是 0mm~dmm，当故障检测模块21检测到电压信号超出正常工作电压范围的范围，则故障检测模块21发出PRE预警信号，如果不正常信号持续一段时间T，故障检测模块21进一步确定此传感器发生了故障而发出DET信号。

如果制动传感器13输出电压信号在正常工作范围内，但其输出值不符合具体工况要求，如：表现为固定不动；具体实施故障检测时，借助制动灯开关状态来检验制动传感器13的信号是否发生异常。检测思想为：当制动传感器13和制动灯信号都有效时，踩下制动踏板使得制动灯开关接通，此时制动踏板应变化一定行程才合理；同样，当松开制动踏板使得制动灯开关断开，此时，制动踏板的复位会导致其行程变小；当制动灯开关已经接通时，而制动踏板位移仍为零，显然制动踏板传感器出现了故障。一旦制动传感器13出现了故障，则为严重故障，必须向混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的原有故障处理进行对策。

使用本发明的技术方案后，可以快速准确地检测到油门传感器12、档位传感器11、制动传感器13的故障，同时在传感器出现故障时也能够对车辆进行连续平稳控制。本发明的控制思路简单，运行稳定可靠，可以根据传感器发生的故障采取相应的措施，能提高乘坐的舒适性、行驶的稳定性和安全性。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：获取待监测传感器在运行中的数据变化模式；

所述待监测传感器包括：油门传感器、档位传感器、制动传感器；

所述油门传感器、所述档位传感器都为双传感器；

S2：获取混动动力汽车运行中的所述待监测传感器的历史数据；

S3：基于所述历史数据构建所述待监测传感器对应的故障模式曲线；

所述油门传感器对应的故障模式包括：

传感器输出范围异常：故障导致传感器输出信号的电压值持续的超出预设的输出范围阈值；

传感器输出异常恒定：故障导致传感器输出信号的电压值在预设的正常值范围内，但是保持在某一恒定值或恒定范围内；

传感器输出产生振荡：传感器输出信号的电压值变化频率、变化范围同时大于预设的震荡阈值；

双传感器输出差异过大：双传感器中的任意一个传感器的输出差异超过预设的双传感器输出差异阈值；

所述档位传感器对应的故障模式包括：

开关型传感器闭合故障；

模拟型位置传感器信号偏移故障；

所述制动传感器对应的故障模式包括：

电压信号超范围；

S4：实时监测所述待监测传感器上传的数据，将所述待监测传感器上传的数据构建为对应的传感器运行曲线；

S5：将所述传感器运行曲线与其对应的所述故障模式曲线进行实时比对；

当所述传感器运行曲线变化符合所述故障模式曲线中的任意一种时，则判断所述待监测传感器发生输出信号异常，执行步骤S6；

否则，将所述待监测传感器传入的数据，输入到混合动力汽车的控制系统，进行混合动力汽车行驶的控制；

S6：执行故障确认操作，确定输出信号异常的所述待监测传感器是否真的发生了故障；

如果是真的发生了故障，则根据所述待监测传感器的类型执行相应的故障处理操作；

否则，执行步骤S2~S6。

2.根据权利要求1所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤S6中，所述故障确认操作包括以下步骤：

a1：预设一个故障周期时间T；

a2：设输出异常的所述待监测传感器输出信号电压保持异常状态的时间为TA；

实时监测TA，实时比较TA和T；

当TA大于等于T时，判断所述待监测传感器发生了相应的故障，进入所述故障处理操作；

否则，判断所述待监测传感器没有发生相应的故障；

如果所述待监测传感器为双传感器，则比较过程中，使用无故障的传感器的输出信号输入到混合动力汽车控制系统。

3.根据权利要求1所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤S6中，当所述待监测传感器为所述油门传感器时，所述故障处理操作的步骤包括：

b1：确认所述油门传感器发生的故障是否为双传感器输出差异过大；

如果是，则执行步骤b2；

如果不是，执行步骤b3；

b2：找到两个传感器输出信号差值突然变大的那个时间点，记做T0；

则，在T0时刻，找到输出信号变化值突然变大的按个传感器，为发生故障的传感器；

执行b4；

b3：确认输出信号异常的所述油门传感器的个数N_en；

如果N_en为1，则执行步骤b4；

如果N_en为2，则执行步骤b5；

b4：以非故障的油门传感器的输出信号输入为基准，计算获得油门开度，将所述油门开度上传到混合动力汽车的控制系统，对油门进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中；

结束本次故障检测和处理过程；

b5：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策。

4.根据权利要求3所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤b4中，所述油门传感器输入值的计算包括以下步骤：

c1：获取混合动力汽车的实时驾驶数据；

所述实时驾驶数据包括：

无故障的所述油门传感器的输出，记做油门输出信号AP；

混合动力汽车的实时加速度ac和目标加速度az；

制动踏板的实时状态信号；

获取混合动力汽车的实时速度V；

c2：当混合动力汽车处于故障周期时间T的范围内时，实施过渡期油门开度设置；否则实施步骤c3；

所述过渡期油门开度的计算，包括以下步骤：

c21:将所述油门输出信号AP按照取值范围，从取值的大小，从高到低划分为三个值区域：

打开区域R2a、保持区域R2b和关闭区域R2c；

c22:为打开区域R2a设置一个油门开度增加值，为关闭区域R2c设置一个油门开度减少值；所述油门开度减少值、所述油门开度增加值为正数；

c23：检测所述门输出信号AP的实时值、所述油门开度的实时值，

c24:确认所述门输出信号AP的实时值属于哪个值区域；

如果所述门输出信号AP的实时值属于打开区域R2a，则将所述油门开度的实时值加上所述油门开度增加值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

如果所述门输出信号AP的实时值属于保持区域R2b，则将所述油门开度的实时值保持不变上传到混合动力汽车的控制系统；

如果所述门输出信号AP的实时值属于关闭区域R2c，则将所述油门开度的实时值减去所述油门开度减少值后，上传到混合动力汽车的控制系统；

c3：当检测到制动传感器的实时状态信号为制动状态时，将所述油门开度设置为0；

否则执行步骤c4；

c4：当所述油门输出信号AP处于所述打开区域R2a的范围，同时所述实时加速度ac小于预设的最小加速度A_min时，则：

将预设油门开度偏移值F，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时加速度ac大于等于所述最小加速度A_min；

否则，实施步骤c5；

c5：当检测到实时加速度ac与目标加速度az具有相反符号时，执行以下步骤，否则执行步骤c6；

将偏移值F以目标加速度相同的符号，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至ac等于az；

c6：比较所述实时速度V、预设的速度阈值VT、目标速度VA，其中VT为大于0的数值，V<VA；

如果0≤V≤VA≤VT，则执行步骤c7；

如果0≤V≤VT≤VA，则执行步骤c8；

如果0≤VT<V≤VA，则执行步骤c9；

c7：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V等于所述目标速度VA；

c8：使用预设的低速油门开度偏移值a1，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V大于所述速度阈值VT后，执行步骤c9；

c9：使用预设的高速油门开度偏移值a2，以频率f均匀的添加到所述油门开度中，直至所述实时速度V等于所述目标速度VA，其中0<a1<a2。

5.根据权利要求4所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤c21中，所述打开区域R2a的最小值为所述油门输出信号AP电压最高值的一半；

所述关闭区域R2c的最大值为所述油门输出信号AP电压最高值的20%。

6.根据权利要求1所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤S6中，当所述待监测传感器为所述档位传感器，所述故障处理操作的步骤包括：

d1：确认输出信号异常的所述档位传感器的个数N_ge；

如果N_ge为2，则执行步骤d6；

如果N_ge为1，则执行步骤d2；

d2：确认两个所述档位传感器中的传感器类型；

如果两个所述档位传感器都是基于模拟型位置传感器实现的，则实施步骤d6；

如果两个所述档位传感器分别基于模拟型位置传感器、开关型传感器实现的，实施步骤d3；

如果两个所述档位传感器都是基于开关型传感器实现的，则实施步骤d7；

d3：确认输出信号异常的所述档位传感器的类型；

如果输出信号异常的所述档位传感器为模拟型位置传感器，则实施d4；

否则实施步骤d7；

d4：确认混合动力汽车当前是否处于未启动状态；

如果混合动力汽车处于启动后的行驶状态，则实施步骤d6；

否则实施步骤d5；

d5：确认输出信号异常的模拟型位置传感器故障位置是否为P档，并且N档无故障；

如果是，则允许混合动力汽车在N档启动；然后实施步骤d7；

否则，实施步骤d6；

d6：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策；

d7：以非故障的档位传感器的输出信号输入为基准，将档位数据上传到混合动力汽车的控制系统，对档位进行控制；并将故障数据上传到混合动力汽车的控制系统中。

7.根据权利要求1所述一种混合动力汽车传感器故障检测及处理方法，其特征在于：步骤S6中，当所述待监测传感器为所述制动传感器，所述故障处理操作的步骤包括：

e1：获取制动传感器的输出信号，获取制动灯信号状态；

e2：当所述制动传感器分别符合下述任意一种条件时，则所述制动传感器发生故障，执行步骤e3；

当制动传感器的输出信号对应的电压超出预设的工作电压范围时，则所述制动传感器发生故障，

当所述制动灯信号状态为点亮，同时所述制动传感器的输出信号不发生任何变化时，则所述制动传感器发生故障；

e3：向所述混合动力汽车的控制系统报警，根据混合动力汽车的控制系统的故障处理进行对策。

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