电动汽车加速踏板控制策略之欧阳计创编.docx

1、电动汽车加速踏板控制策略之欧阳计创编加速踏板控制策略时间：2021.02.11创作：欧阳计一、控制步骤：1、选择加速踏板电压开度信号与电机扭矩的对应关系曲线曲线a比较合适。2、找出拟合曲线，式中 y 电机扭矩(N*m)；x 加速踏板开度电压(V)。3、根据曲线计算电机扭矩值4、去抖动，滤波第一步为在进行8次求平均值时候加上阈值限制，每加一个采样值首先判断是否超出一个范围，如果超出则为尖峰值，将其设定为下一个比较基准值，具体参考程序段：AD采样初步滤波示例程序段.doc去抖的一种方法是同样的模拟信号用两路AD进行采集，目前的电路板有一路AD是给转向单元准备的，可以考虑用在加速踏板上面。二、软件流

2、程图：E:电动汽车论文软件功能相关-纯电动中巴车整车控制及仿真研究.kdh，3.2.1节3.2.1 加速踏板控制策略整车控制器从加速踏板采集的是模拟量 05V 电压信号，之后整车控制器通过一定的算法，计算出对应输出的电机扭矩值，再通过CAN总线发送给电机控制器。车辆的加速特性就取决于整车控制器中所采用的算法。加速踏板电压开度信号和电机扭矩有三种常见的对应关系。对应关系图如图 3-3 所示。图中三条曲线 a、b、c 分别表示三种不同的加速踏板控制策略曲线。a 条曲线代表硬踏板控制策略，b 条直线表示线性踏板控制策略，c 条曲线代表软踏板控制策略。一般常用的是前两种控制策略。两种策略各有优缺点，a

3、 种控制策略汽车起步时更快，更有劲，也更于换挡，驾驶感觉比较好。但对应函数关系较复杂处理的过程中计算量过大，响应特性较差；b 种线性踏板控制策略，函数关系处理比较简单，但是在汽车的加速性上偏慢，司机驾驶感觉差一些。现分别介绍两种控制算法也就是加速踏板曲线。线性控制策略处理起来比较简单，只需要找到固定的比例系数就可以。硬踏板非线性控制策略处理起来比较复杂，需要一些理论和实验相结合得到一些数据，再通过拟合得到硬踏板控制策略曲线，曲线图形如下图 3-4 所示。曲线通过 EXCEL 表格拟合得到近似的曲线，因为是拟合曲线，所以从相似度高低依次可以得到几种曲线。这就需要综合考虑选择更合适的一种。这里采用

4、多项式的趋势曲线，采用更高次的方程相似度会更高一些，但同时计算量更大一些；而选用低次的方程相似度又会差一些，所以综合考虑选择三次方程组。拟合曲线的方程为三次方程组，曲线的方程如公式 3-1 所示。式中 y 电机扭矩(N*m)；x 加速踏板开度电压(V)。从曲线还可以看出，刚开始轻微踩踏板时没有扭矩。这样做的目的是考虑到人们的驾驶习惯，开车的时候，脚会习惯性放在加速踏板上，如车辆在行驶过程中遇到红灯停下来，这时车还在抖动，脚也随着抖动，连带着踏板也会抖动，这时就会出现电机空转，电机所做的功是无用的。还有就是从安全角度看，更利于控制。所以在软件编程中，加速踏板轻微开度不产生扭矩。E:电动汽车论文软

5、件功能相关-电动汽车分布式控制系统的总线调度与整车控制策略的研究.kdh 6.1.16.1.1 加速力矩控制策略 加速力矩控制策略直接影响到整车驾驶的动力性和舒适性。从加速踏板采集到 0-5V 信号，经过标定程序转换得到相对踏板位置的比率，经过一定函数运算，计算出加速踏板对应的加速力矩。函数关系可以是线性直线，也可以是曲线。线性函数关系处理比较简单，但是在汽车的加速性上偏慢，复杂的函数关系在处理的过程中计算量过大。通过归一化的处理方法，采用了简单的函数关系来表示，如图 6-2 所示。图中曲线A、B 和 C 分别表示了三种加速踏板策略：硬踏板策略、线性踏板策略和软踏板策略。实际上等同于加速踏板信

6、号的比例，反映了踏板的位置。通过道路试验选取了曲线 A。这条曲线基本满足加速的需求，在中负荷司机的驾驶感觉也良好，在小负荷时考虑到力矩的需求比较小，踏板的行程很小，如果按照这条曲线，司机的操控性不好，所以通过试验修改了曲线在小负荷状态下的曲线特性，以保证低速行驶的稳定性。 结合电机的外特性曲线和加速踏板回零的制动需求，电机驱动的范围如图6-3 所示。图中上曲线是电机的外特性曲线，也就是电机在额定功率下运行的理想曲线，分为恒扭距和恒功率两个区间，额定转速为 3600r/min。下曲线是在踏板回零时电机制动的曲线，考虑到电机在小转速时无法起到回馈的效果，制动结束点选取在 800r/min 左右。通

7、过试验发现此时的回馈电流很小，可以忽略。考虑到电机的转速过高时制动功率过大对电池的充电冲击很大，所以基本不回馈制动。制动起始转速为 4500r/min，当然该点实际上与电池状态有关。其值是在电池电量比较足的情况下试验调整的，它应该随着电池的电压的下降而增大，这需要做很多试验。有了图 6-3 的驱动力矩的范围曲线，驱动力的计算就可以很容易的根据加速特性曲线而得到。E:电动汽车论文软件功能相关：纯电动车整车控制策略的研究.nh 3.4.13.4.1加速踏板信号处理加速踏板作为整车最重要的输入量之一，其信号的变化直接反映了驾驶员的操作意图。其输出信号应满足以下要求:稳定性、连续性、单调性和适应性。如

8、果信号出错，将导致车辆失控，甚至出现严重的安全问题。鉴于加速踏板信号如此的重要，本文所采用的加速踏板安装了两路传感器，这两路传感器都属于电位计传感器。两组传感器输出的信号行程不一样，但是传感器的输出信号和加速踏板开度成线性关系，不同特征的物理信号输入整车控制器得到的加速踏板开度应该是一致的。这样的好处是，增加系统的冗余度，提高系统的故障诊断逻辑，提高了加速踏板信号的可靠性。图3-7为加速踏板信号处理流程。其主要处理流程是:l)将加速踏板输出的电压进行A/D转换得到采样值;2)诊断标定，若采样值超出有效范围，则放弃此采样值;3)对采样值进行滑移平均滤波，达到有效值;4)对滤波后的有效值进行加速踏

9、板开度计算，得到加速踏板开度及其变化率加速踏板开度函数表达式:纯电动轿车动力总成控制系统的研究.kdh3.1 加速踏板控制策略3.1.1 正常状态下加速踏板的输出 加速踏板信号是整车最重要的模拟信号之一，其反映了司机的驾驶意图，直接关系车辆控制器 PTCM 对电机控制器 DMCM 送出的扭矩指令，如果该信号出错，将导致车辆失控，甚至出现严重安全问题，鉴于其重要性，本文对纯电动汽车的电子油门采用了两组传感器，以增加系统冗余度，如图 3-2，3-3 所示，两组传感器的信号特征是不同的，这样做的好处在于可以增加故障诊断逻辑，不同物理信号特征的传感器输入得出的结果应该是一致的，增加系统的严谨性，若其中

10、一传感器出现故障时，可单独启用另一传感器。动力总成对加速踏板信号的处理，需要考虑 1）整车对加速踏板响应的要求；2）对输入信号模拟量如何进行处理。在 PTCM 的硬件采样电路中，对传感器的输入信号可采用 5ms、10ms、50ms 等不同等级的采样频率，对图 33 中的两组加速踏板传感器 PPS1 及 PPS2，PTCM采用了最高等级的频率 5ms 采样，即每秒采集 200 个输入信号，这对于驾驶员的动作响应及硬件诊断已经足够。在控制程序中，PTCM 不断的对这 5ms 的中断信号进行监测，只要原始信号出现任何异常，PTCM 立即能发现。由于传感器为模拟信号输入，在电动汽车的使用环境里，模拟信

11、号易受干扰造成脉冲尖锋而超限溢出，由于加速踏板的运动是连续的，为了过滤脉冲干扰，对当前加速踏板 APP (k)的值采用了增量式调节的方式，即其中APP(k)的值有正有负，为防止脉冲干扰，对加速踏板输入信号的增量APP(k)采用限步长的处理方式，将当前的增长量与标定的步长增长量限制值maxAPP(k)相比较，若小于步长限制，则保持原值输出，若超出限制值，则以最大步长增长量maxAPP(k)输出。maxAPP(k)为预先存储于非易失性存储器里对于每一采样周期内加速踏板的最大变化量，需要由标定来确定。为了防止干扰，导致不正常的值出现，确保行车安全，必须对加速踏板的最终输出量进行幅值上下限处理，本文在

12、控制程序里对加速踏板的值进行逻辑门限制。设minAPP，maxAPP为标定的加速踏板 0100开度对应的最小值最大值，若输出的 APP (k)超出minAPP maxAPP 的范围，则取边界值。经过上述处理，可分别得到两个驾驶踏板的输入值 APP1 ( k)及 APP2( k)，动力总成控制程序里所应采用的加速踏板的值是对两个传感器输入综合处理的结果，为此引入权系数。设APP1_Wgh，APP2 _Wgh分别为传感器1及传感器2对应的权系数，令APP1_Wgh+ APP2_Wgh=1；根据故障标志位，确定APP1、APP2信号的权系数，以决定两信号对最终加速踏板位置的贡献。如果所有标志位都未树

13、立，即正常情况下，APP1 ( k)= APP2(k)，APP1_Wgh= APP2_Wgh =1/2，最终送出的加速踏板值为3.1.2 加速踏板信号的诊断与失效处理 在采用传感器信号进行控制算法前，电控系统必须对每一个传感器的输入信号进行诊断，只有正常的信号才能为控制程序所用。本系统采用两组加速踏板传感器，增加了信号诊断的复杂性，但若采用适当的诊断策略将更能提高系统的可靠性，为此本文研究了电路诊断及合理性诊断的策略。1 加速踏板传感器的开路短路检查读入加速踏板传感器的两个电位计信号的原始值 PPS1、PPS2(Pedal Position Sensor)；对每个电位计读入信号进行有效性检查，

14、即看输入信号是否在各自的正常范围(93%*Vref7%*Vref，具体值需通过标定决定)，以确定传感器是否短路或断路。引入故障计数器 OutOfRng1 和 OutOfRng2，当 APP1、APP2 信号超出正常范围，信号值取边界值，相应的故障计数器增加一个标定量值 Cont_OORUp；如果 APP1、APP2 信号没有越界，则相应故障计数器减去一个标定量值 Cont_OORDown。并对故障计数器进行范围限制，以免溢出，即0标定上界。2 加速踏板传感器的复位和复位相关性检查、将两个电位计信号 APP1、APP2 进行可比性转化，如将 APP2 信号化成和 APP1 信号具有相同的偏移量和

15、相同的斜率，以利于两个信号具有可比性（可以通过标定 Map 图直接查找对应的 APP1 值）；、其次自学习最小信号值，将读入信号和储存的两个最小值 MinAPP1、MinAPP2（初值通过标定处理）进行比较，如果小于储存值，用当前值替换储存值。同时将学习的最小值作为新的起点值。（最小值的学习，可以用于处理以后的踏板信号）；、检查各自最小信号值是否是有效的最小机械位置 MSV1、MSV2（Minimum MechanicalPosition），引入故障计数器 OutOfMSV1 和 OutOfMSV2，无效时，相应故障计数器增加一个标定量值 Cont_OORUp，反之则减去一个标定量值 Cont

16、_OORDown。并对故障计数器进行范围限制，以免溢出。、进行最小值关联性检查，引入关联故障计数器 OutOfCor12。如果 MINAPP1 和MINAPP2 的差别超过标定容忍极限 MINTOL（| MINAPP1MINAPP2|MINTOL），计数器增加一个标定量值 Cont_OOCUp，反之，则减去一个标定量值 Cont_OOCDown。同时对故障计数器进行范围限制，以免溢出。3 加速踏板传感器对应位置相关性检查通过 MINAPPx 将相应的加速踏板信号 APPx 转换成各自对应的加速踏板开度 APP1D、APP2D，引入关联故障计数器 DIS12。如果 APP1D 和 APPSD 的

17、差别超过标定容忍极限 DTOL，计数器增加一个标定量值 Cont_OOCUp，反之，则减去一个标定量值 Cont_OOCDown。同时对故障计数器进行范围限制，以免溢出。4 树立相应故障标志位，决定权系数将 6 个故障计数器和各自的阈值进行比较，确定是否该树立相应的故障标志位APP1_OOR_Flag、APP2_OOR_Flag、APP12_Cor_Flag，和相应的 Service_Soon_Flag。同时检查加速踏板传感器信号是否正常变化，如果加速踏板长期保持在一个值，则竖立相应故障标志位 APP1_Fail_Flag 和 APP2_Fail_Flag。 APP1、APP2 对应的权系数分

18、别为 APP1_Wgh、APP2_Wgh；根据故障标志位，确定 APP1、APP2 信号的权系数，以决定两信号对最终加速踏板位置的贡献。如果所有标志位都未树立，则 APP1_Wgh=APP2_Wgh =1/2；如果 APP1_OOR_Flag 或 APP1_Fail_Flag 树立，则 APP1 的系数 APP1_Wgh 为 0；APP2 的性能故障标志位没有竖立，同时关联故障标志位放倒，则 APP2的权系数 APP2_Wgh 为 1，反之则 APP1_Wgh 为 1；如果两个信号都未越界，出现关联故障标志位，则对应加速踏板位置小的权值为 1。(也可取 WxF(OutOfRngx、OutOfMSVx、OutOfCor12、DIS12)，这样权系数变化更多)。图 34、35、36、37、38 表示了对加速踏板的诊断控制逻辑。时间：2021.02.11创作：欧阳计