電動汽車加速踏板控制策略

電動汽車加速踏板控制策略電動汽車加速踏板控制策略/電動汽車加速踏板控制策略加速踏板控制策略一、控制步驟：選擇加速踏板電壓開度信號與電機(jī)扭矩的對應(yīng)關(guān)系曲線曲線a比較合適。找出擬合曲線，式中y——電機(jī)扭矩(N*m)；x——加速踏板開度電壓(V)。根據(jù)曲線計算電機(jī)扭矩值去抖動，濾波第一步為在進(jìn)行8次求平均值時候加上閾值限制，每加一個采樣值首先判斷是否超出一個范圍，如果超出則為尖峰值，將其設(shè)定為下一個比較基準(zhǔn)值，具體參考程序段：AD采樣初步濾波示例程序段.doc去抖的一種方法是同樣的模擬信號用兩路AD進(jìn)行采集，目前的電路板有一路AD是給轉(zhuǎn)向單元準(zhǔn)備的，可以考慮用在加速踏板上面。二、軟件流程圖： E:\電動汽車\論文\軟件功能相關(guān)-純電動中巴車整車控制與仿真研究.kdh，3.2.1節(jié)3.2.1加速踏板控制策略整車控制器從加速踏板采集的是模擬量0~5V電壓信號，之后整車控制器通過一定的算法，計算出對應(yīng)輸出的電機(jī)扭矩值，再通過CAN總線發(fā)送給電機(jī)控制器。車輛的加速特性就取決于整車控制器中所采用的算法。加速踏板電壓開度信號和電機(jī)扭矩有三種常見的對應(yīng)關(guān)系。對應(yīng)關(guān)系圖如圖3-3所示。圖中三條曲線a、b、c分別表示三種不同的加速踏板控制策略曲線。a條曲線代表硬踏板控制策略，b條直線表示線性踏板控制策略，c條曲線代表軟踏板控制策略。一般常用的是前兩種控制策略。兩種策略各有優(yōu)缺點(diǎn)，a種控制策略汽車起步時更快，更有勁，也更于換擋，駕駛感覺比較好。但對應(yīng)函數(shù)關(guān)系較復(fù)雜處理的過程中計算量過大，響應(yīng)特性較差；b種線性踏板控制策略，函數(shù)關(guān)系處理比較簡單，但是在汽車的加速性上偏慢，司機(jī)駕駛感覺差一些?，F(xiàn)分別介紹兩種控制算法也就是加速踏板曲線。線性控制策略處理起來比較簡單，只需要找到固定的比例系數(shù)就可以。硬踏板非線性控制策略處理起來比較復(fù)雜，需要一些理論和實驗相結(jié)合得到一些數(shù)據(jù)，再通過擬合得到硬踏板控制策略曲線，曲線圖形如下圖3-4所示。曲線通過EXCEL表格擬合得到近似的曲線，因為是擬合曲線，所以從相似度高低依次可以得到幾種曲線。這就需要綜合考慮選擇更合適的一種。這里采用多項式的趨勢曲線，采用更高次的方程相似度會更高一些，但同時計算量更大一些；而選用低次的方程相似度又會差一些，所以綜合考慮選擇三次方程組。擬合曲線的方程為三次方程組，曲線的方程如公式3-1所示。式中y——電機(jī)扭矩(N*m)；x——加速踏板開度電壓(V)。從曲線還可以看出，剛開始輕微踩踏板時沒有扭矩。這樣做的目的是考慮到人們的駕駛習(xí)慣，開車的時候，腳會習(xí)慣性放在加速踏板上，如車輛在行駛過程中遇到紅燈停下來，這時車還在抖動，腳也隨著抖動，連帶著踏板也會抖動，這時就會出現(xiàn)電機(jī)空轉(zhuǎn)，電機(jī)所做的功是無用的。還有就是從安全角度看，更利于控制。所以在軟件編程中，加速踏板輕微開度不產(chǎn)生扭矩。E:\電動汽車\論文\軟件功能相關(guān)-電動汽車分布式控制系統(tǒng)的總線調(diào)度與整車控制策略的研究.kdh6.1.16.1.1加速力矩控制策略 加速力矩控制策略直接影響到整車駕駛的動力性和舒適性。從加速踏板采集到0-5V信號，經(jīng)過標(biāo)定程序轉(zhuǎn)換得到相對踏板位置的比率，經(jīng)過一定函數(shù)運(yùn)算，計算出加速踏板對應(yīng)的加速力矩。函數(shù)關(guān)系可以是線性直線，也可以是曲線。線性函數(shù)關(guān)系處理比較簡單，但是在汽車的加速性上偏慢，復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系在處理的過程中計算量過大。通過歸一化的處理方法，采用了簡單的函數(shù)關(guān)系來表示，如圖6-2所示。圖中曲線A、B和C分別表示了三種加速踏板策略：硬踏板策略、線性踏板策略和軟踏板策略。實際上等同于加速踏板信號的比例，反映了踏板的位置。通過道路試驗選取了曲線A。這條曲線基本滿足加速的需求，在中負(fù)荷司機(jī)的駕駛感覺也良好，在小負(fù)荷時考慮到力矩的需求比較小，踏板的行程很小，如果按照這條曲線，司機(jī)的操控性不好，所以通過試驗修改了曲線在小負(fù)荷狀態(tài)下的曲線特性，以保證低速行駛的穩(wěn)定性。 結(jié)合電機(jī)的外特性曲線和加速踏板回零的制動需求，電機(jī)驅(qū)動的范圍如圖6-3所示。圖中上曲線是電機(jī)的外特性曲線，也就是電機(jī)在額定功率下運(yùn)行的理想曲線，分為恒扭距和恒功率兩個區(qū)間，額定轉(zhuǎn)速為3600r/min。下曲線是在踏板回零時電機(jī)制動的曲線，考慮到電機(jī)在小轉(zhuǎn)速時無法起到回饋的效果，制動結(jié)束點(diǎn)選取在800r/min左右。通過試驗發(fā)現(xiàn)此時的回饋電流很小，可以忽略。考慮到電機(jī)的轉(zhuǎn)速過高時制動功率過大對電池的充電沖擊很大，所以基本不回饋制動。制動起始轉(zhuǎn)速為4500r/min，當(dāng)然該點(diǎn)實際上與電池狀態(tài)有關(guān)。其值是在電池電量比較足的情況下試驗調(diào)整的，它應(yīng)該隨著電池的電壓的下降而增大，這需要做很多試驗。有了圖6-3的驅(qū)動力矩的范圍曲線，驅(qū)動力的計算就可以很容易的根據(jù)加速特性曲線而得到。E:\電動汽車\論文\軟件功能相關(guān)：純電動車整車控制策略的研究.nh3.4.13.4.1加速踏板信號處理加速踏板作為整車最重要的輸入量之一，其信號的變化直接反映了駕駛員的操作意圖。其輸出信號應(yīng)滿足以下要求:穩(wěn)定性、連續(xù)性、單調(diào)性和適應(yīng)性。如果信號出錯，將導(dǎo)致車輛失控，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。鑒于加速踏板信號如此的重要，本文所采用的加速踏板安裝了兩路傳感器，這兩路傳感器都屬于電位計傳感器。兩組傳感器輸出的信號行程不一樣，但是傳感器的輸出信號和加速踏板開度成線性關(guān)系，不同特征的物理信號輸入整車控制器得到的加速踏板開度應(yīng)該是一致的。這樣的好處是，增加系統(tǒng)的冗余度，提高系統(tǒng)的故障診斷邏輯，提高了加速踏板信號的可靠性。圖3-7為加速踏板信號處理流程。其主要處理流程是:l)將加速踏板輸出的電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到采樣值;2)診斷標(biāo)定，若采樣值超出有效范圍，則放棄此采樣值;3)對采樣值進(jìn)行滑移平均濾波，達(dá)到有效值;4)對濾波后的有效值進(jìn)行加速踏板開度計算，得到加速踏板開度與其變化率加速踏板開度函數(shù)表達(dá)式:純電動轎車動力總成控制系統(tǒng)的研究.kdh3.1加速踏板控制策略3.1.1正常狀態(tài)下加速踏板的輸出 加速踏板信號是整車最重要的模擬信號之一，其反映了司機(jī)的駕駛意圖，直接關(guān)系車輛控制器PTCM對電機(jī)控制器DMCM送出的扭矩指令，如果該信號出錯，將導(dǎo)致車輛失控，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重安全問題，鑒于其重要性，本文對純電動汽車的電子油門采用了兩組傳感器，以增加系統(tǒng)冗余度，如圖3-2，3-3所示，兩組傳感器的信號特征是不同的，這樣做的好處在于可以增加故障診斷邏輯，不同物理信號特征的傳感器輸入得出的結(jié)果應(yīng)該是一致的，增加系統(tǒng)的嚴(yán)謹(jǐn)性，若其中一傳感器出現(xiàn)故障時，可單獨(dú)啟用另一傳感器。動力總成對加速踏板信號的處理，需要考慮1）整車對加速踏板響應(yīng)的要求；2）對輸入信號模擬量如何進(jìn)行處理。在PTCM的硬件采樣電路中，對傳感器的輸入信號可采用5ms、10ms、50ms等不同等級的采樣頻率，對圖3－3中的兩組加速踏板傳感器PPS1與PPS2，PTCM采用了最高等級的頻率5ms采樣，即每秒采集200個輸入信號，這對于駕駛員的動作響應(yīng)與硬件診斷已經(jīng)足夠。在控制程序中，PTCM不斷的對這5ms的中斷信號進(jìn)行監(jiān)測，只要原始信號出現(xiàn)任何異常，PTCM立即能發(fā)現(xiàn)。由于傳感器為模擬信號輸入，在電動汽車的使用環(huán)境里，模擬信號易受干擾造成脈沖尖鋒而超限溢出，由于加速踏板的運(yùn)動是連續(xù)的，為了過濾脈沖干擾，對當(dāng)前加速踏板APP(k)的值采用了增量式調(diào)節(jié)的方式，即其中ΔAPP(k)的值有正有負(fù)，為防止脈沖干擾，對加速踏板輸入信號的增量ΔAPP(k)采用限步長的處理方式，將當(dāng)前的增長量與標(biāo)定的步長增長量限制值maxΔAPP(k)相比較，若小于步長限制，則保持原值輸出，若超出限制值，則以最大步長增長量maxΔAPP(k)輸出。maxΔAPP(k)為預(yù)先存儲于非易失性存儲器里對于每一采樣周期內(nèi)加速踏板的最大變化量，需要由標(biāo)定來確定。為了防止干擾，導(dǎo)致不正常的值出現(xiàn)，確保行車安全，必須對加速踏板的最終輸出量進(jìn)行幅值上下限處理，本文在控制程序里對加速踏板的值進(jìn)行邏輯門限制。設(shè)minAPP，maxAPP為標(biāo)定的加速踏板0～100％開度對應(yīng)的最小值最大值，若輸出的APP(k)超出minAPP～maxAPP的范圍，則取邊界值。經(jīng)過上述處理，可分別得到兩個駕駛踏板的輸入值A(chǔ)PP1(k)與APP2(k)，動力總成控制程序里所應(yīng)采用的加速踏板的值是對兩個傳感器輸入綜合處理的結(jié)果，為此引入權(quán)系數(shù)。設(shè)APP1_Wgh，APP2_Wgh分別為傳感器1與傳感器2對應(yīng)的權(quán)系數(shù)，令A(yù)PP1_Wgh+APP2_Wgh=1；根據(jù)故障標(biāo)志位，確定APP1、APP2信號的權(quán)系數(shù)，以決定兩信號對最終加速踏板位置的貢獻(xiàn)。如果所有標(biāo)志位都未樹立，即正常情況下，APP1(k)=APP2(k)，APP1_Wgh=APP2_Wgh=1/2，最終送出的加速踏板值為3.1.2加速踏板信號的診斷與失效處理 在采用傳感器信號進(jìn)行控制算法前，電控系統(tǒng)必須對每一個傳感器的輸入信號進(jìn)行診斷，只有正常的信號才能為控制程序所用。本系統(tǒng)采用兩組加速踏板傳感器，增加了信號診斷的復(fù)雜性，但若采用適當(dāng)?shù)脑\斷策略將更能提高系統(tǒng)的可靠性，為此本文研究了電路診斷與合理性診斷的策略。加速踏板傳感器的開路短路檢查讀入加速踏板傳感器的兩個電位計信號的原始值PPS1、PPS2(PedalPositionSensor)；對每個電位計讀入信號進(jìn)行有效性檢查，即看輸入信號是否在各自的正常范圍(93%*Vref~7%*Vref，具體值需通過標(biāo)定決定)，以確定傳感器是否短路或斷路。引入故障計數(shù)器OutOfRng1和OutOfRng2，當(dāng)APP1、APP2信號超出正常范圍，信號值取邊界值，相應(yīng)的故障計數(shù)器增加一個標(biāo)定量值Cont_OORUp；如果APP1、APP2信號沒有越界，則相應(yīng)故障計數(shù)器減去一個標(biāo)定量值Cont_OORDown。并對故障計數(shù)器進(jìn)行范圍限制，以免溢出，即0～標(biāo)定上界。加速踏板傳感器的復(fù)位和復(fù)位相關(guān)性檢查ⅰ、將兩個電位計信號APP1、APP2進(jìn)行可比性轉(zhuǎn)化，如將APP2信號化成和APP1信號具有相同的偏移量和相同的斜率，以利于兩個信號具有可比性（可以通過標(biāo)定Map圖直接查找對應(yīng)的APP1值）；ⅱ、其次自學(xué)習(xí)最小信號值，將讀入信號和儲存的兩個最小值MinAPP1、MinAPP2（初值通過標(biāo)定處理）進(jìn)行比較，如果小于儲存值，用當(dāng)前值替換儲存值。同時將學(xué)習(xí)的最小值作為新的起點(diǎn)值。（最小值的學(xué)習(xí)，可以用于處理以后的踏板信號）；ⅲ、檢查各自最小信號值是否是有效的最小機(jī)械位置MSV1、MSV2（MinimumMechanicalPosition），引入故障計數(shù)器OutOfMSV1和OutOfMSV2，無效時，相應(yīng)故障計數(shù)器增加一個標(biāo)定量值Cont_OORUp，反之則減去一個標(biāo)定量值Cont_OORDown。并對故障計數(shù)器進(jìn)行范圍限制，以免溢出。ⅳ、進(jìn)行最小值關(guān)聯(lián)性檢查，引入關(guān)聯(lián)故障計數(shù)器OutOfCor12。如果MINAPP1和MINAPP2的差別超過標(biāo)定容忍極限MINTOL（|MINAPP1－MINAPP2|<MINTOL），計數(shù)器增加一個標(biāo)定量值Cont_OOCUp，反之，則減去一個標(biāo)定量值Cont_OOCDown。同時對故障計數(shù)器進(jìn)行范圍限制，以免溢出。加速踏板傳感器對應(yīng)位置相關(guān)性檢查通過MINAPPx將相應(yīng)的加速踏板信號APPx轉(zhuǎn)換成各自對應(yīng)的加速踏板開度APP1D、APP2D，引入關(guān)聯(lián)故障計數(shù)器DIS12。如果APP1D和APPSD的差別超過標(biāo)定容忍極限D(zhuǎn)TOL，計數(shù)器增加一個標(biāo)定量值Cont_OOCUp，反之，則減去一個標(biāo)定量值Cont_OOCDown。同時對故障計數(shù)器進(jìn)行范圍限制，以免溢出。樹立相應(yīng)故障標(biāo)志位，決定權(quán)系數(shù)將6個故障計數(shù)器和各自的閾值進(jìn)行比較，確定是否該樹立相應(yīng)的故障標(biāo)志位APP1_OOR_Flag、APP2_OOR_Flag、APP12_Cor_Flag，和相應(yīng)的Service_Soon_Flag。同時檢查加速踏板傳感器信號是否正常變化，如果加速踏板長期保持在一個值，則豎立相應(yīng)故障標(biāo)志位APP1_Fail_Flag和APP2_Fail_Flag。 APP1、APP2對應(yīng)的權(quán)系數(shù)分別為APP1_Wgh、APP2_Wgh；根據(jù)故障標(biāo)志位，確定APP1、APP2信號的權(quán)系數(shù)，以決定兩信號對最終加速踏板位置的貢獻(xiàn)。如果所有標(biāo)志位都未樹立，則APP1_Wgh=APP2_Wg