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汽车电子加速踏板可靠性控制和故障处理机制研究

摘要：为确保汽车电子加速踏板信号的可靠性，对踏板位置传感器信号提出一种限幅消抖滤波、中位值平均滤波、一阶低通滤波，进行3次滤波消除信号突变，并结合“强制法规”对加速踏板位置传感器信号进行故障诊断。在Simulink/Stateflow中建立加速踏板信号检测模块、故障诊断模块、信号选择模块等。测试了整个控制过程的可靠性。结果表明，踏板信号出现线路故障或同步性异常时能准确判断出各种故障状态，且故障后的信号处理措施科学、实用，符合行车安全要求。

关键词：加速踏板信号一阶低通滤波诊断故障处理机制

纯电动汽车在行驶过程中，驾驶员的驾驶意图较大程度上通过加速踏板信号来反映。踏板信号的问题，无论是由于踏板本身的机械问题，还是由于踏板位置传感器的故障，都会导致监控控制器发送错误的扭矩命令，这可能会导致传动系统传递的扭矩过大[1]，影响行车安全。

目前，国内外对可靠性和故障处理机制研究较少，大多集中在防误踩识别上面[2-3]，文献[4-5]对踏板信号的滤波处理，文献[6]集中研究了失效诊断和安全机制。本文提出一种联合滤波算法，并对加速踏板传感器信号进行故障诊断，设计故障处理机制，保证行车安全。

2踏板信号处理

2.1加速踏板原理

汽车电子加速踏板即转变踏板位移为模拟量信号输出，基于踏板、电路、位移传感器三部分构成。在纯电动汽车中，加速踏板开度值多使用非接触式传感器来测量，相较于接触式传感器有更长的使用寿命和较高可靠性。但是加速踏板都在一定程度上存在短路、断路、电磁干扰等直接影响着踏板信号的准确可靠传输。加速踏板通过两个独立传感器，且两路信号变化呈现双倍关系，以此双冗余结构的加速踏板，可自主诊断加速踏板信号，并进行可靠性设计。

踏板信号的处理流程见图1，踏板信号经过限幅消抖滤波，中位值平均滤波，一阶低通滤波后，分别进行线路故障诊断和同步性故障诊断，根据当前的故障类型，进行综合决策，最终输出踏板开度信号，进行安全机制处理。

2.2联合滤波算法

在纯电动车上加速踏板一定程度存在短路、开路、电磁干扰等直接影响踏板信号的准确传输，因此，加速踏板传感器输出的电压模拟信号传送给整车控制器处理之前，要经过滤波算法消除信号中的抖动和干扰，从而得到较准确的信号。

为得到灵敏性高和平稳性好的信号，采取联合滤波算法：

（1）限幅消抖滤波，根据经验判断两次采样允许的最大偏差值A，每次采新值时判断：若本次值与上次值之差=A，则本次有效;若本次值与上次值之差A，本次无效，用上次值代替本次。

（2）中位值平均濾波。连续采样多次次，按大小排列，取中间值的平均值为本次有效值。

（3）一阶低通滤波，其数学微分方程为：

式中：Ｒ，Ｃ分别为ＲＣ电路的电阻和电容值;ｘ（ｔ）为系统激励源;ｙ（ｔ）为系统响应;ｔ为采样时间。

踏板信号经过限幅消抖滤波和中位值平均滤波后，送到一阶低通滤波模型处理，当滤波程度大时，信号平稳，但是灵敏度差，当滤波程度小时，信号响应快，但平稳性差。在联合滤波模型中增加滤波程度的控制逻辑，当前加速踏板采样值和上次加速踏板滤波后采样值做差，根据差值来查表得到不同的滤波程度。使系统能较好的满足信号响应和平稳性的要求。

从图4可以看出联合滤波模型对杂波有良好的过滤效果，信号灵敏度好，平稳性优良。

2.3故障诊断

2.3.1超限值检测处理

将输入的踏板加速信号与设定的最大值和最小值进行比较，能够检测出信号传输电路对控制器短路故障、对地短路开路等故障。以加速踏板信号1为例，信号先进行上限和下限比对，如果超过了上限值则短高错误故障计数以200ms周期开始累加，累加至1S，错误标志APS1_Hiv_error置1，如果低于下限值则短地错误故障计数增长至2S，错误标志APS1_Lov_error置1。否则经历故障轮巡时间之后，确认没有故障，故障标志位APS1_Hiv_error，APS1_Lov_error为0。

2.3.2同步校验

对两路加速踏板信号分别进行短路故障处理后，还要通过判断加速踏板信号的同步性是否合理，来最终选择加速踏板位置传感器信号输出。图8为同步性校验控制模型，首先进行同步异常判断，将联合滤波处理后得到的两路输出信号APS1_Per和APS2_Per相差再取绝对值，若该值大于4%，且持续时间超过2S，则报出同步性故障，APS_Syn_error置1。

2.4信号选取和安全机制处理

首先判断2个传感器的线路故障，若两个传感器没有线路故障，再判断同步性故障，若没有同步性故障，则加速踏板传感器信号输出选用APS1_afterfilter。若2个传感器有一个出现线路故障，则输出另一路传感器信号;若2个传感器都出现线路故障，则输出踏板开度0，并且VCU控制电机强制切换为怠速模式，进入跛行状态;若2个传感