加速踏板防誤踩控制方法的研究與應(yīng)用

肖 亮， 吳洪亭， 謝廣強(qiáng)， 岳才進(jìn)

(中通客車股份有限公司， 山東 聊城 252000)

近年來，交通事故發(fā)生的頻率不斷增加，特別是在緊急制動時(shí)，經(jīng)常發(fā)生誤將加速踏板當(dāng)剎車踩的情況。目前，純電動車輛的整車控制器只能被動地接收駕駛意圖，不能主動篩選加速踏板操作的有效性，不能判斷加速踏板是否處于誤操作狀態(tài)[1-4]。為解決此問題,本文介紹一種純電動客車加速踏板防誤踩的控制方法及應(yīng)用效果。

1 方法介紹

本文提出的加速踏板防誤踩的控制方法，主要由加速踏板、整車控制器、儀表等系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)。加速踏板是為整車控制器提供模擬量電壓輸入信號。整車控制器一是對讀取的加速踏板輸入的模擬輸入電壓信號進(jìn)行處理，把模擬量電壓信號轉(zhuǎn)化為加速踏板開度，同時(shí)在CAN網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出動力扭矩信息及廣播加速踏板開度；二是對加速踏板開度的變化率進(jìn)行甄別，判斷加速踏板信號是否有效，并將加速踏板的有效性狀態(tài)發(fā)至整車CAN網(wǎng)絡(luò)。儀表是讀取整車控制器發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上的加速踏板開度及該踏板的有效性狀態(tài)，并將踏板開度及踏板信息的有效性狀態(tài)以圖像及聲光報(bào)警的形式展現(xiàn)出來。整車控制器、儀表、加速踏板相互通信，實(shí)時(shí)判斷整車狀態(tài)。

1) 當(dāng)車輛正常啟動處于上高壓狀態(tài)時(shí)，駕駛員正常操作加速踏板，加速踏板開度變化相對柔和，整車控制器按照當(dāng)前加速踏板開度，根據(jù)電機(jī)特性及內(nèi)部控制邏輯請求電機(jī)控制器輸出相應(yīng)的扭矩。

2) 當(dāng)車輛前方出現(xiàn)緊急情況時(shí)，制動踏板會緊急踩下，如果此時(shí)誤踩到加速踏板上，加速踏板的變化率會超出正常操作范圍[5-6]。

本文把加速踏板變化率過快作為誤踩加速踏板場景的映射，設(shè)定相應(yīng)閾值進(jìn)行整車的加速踏板防誤踩邏輯處理。

2 控制邏輯設(shè)計(jì)

2.1 具體控制原理

由多人、多次進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集。通過數(shù)據(jù)分析，當(dāng)駕駛員正常踩加速踏板時(shí)，踏板開度40 ms內(nèi)的變化值在10%～27%之間；在快速踩下加速踏板時(shí)，踏板開度40 ms內(nèi)的變化值在40%～56%之間。即在正常操作下，40 ms內(nèi)的踏板開度變化率小于30%，快速踩下踏板時(shí)，40 ms內(nèi)的踏板開度變化率大于40%。因此將加速踏板開度變化率閾值設(shè)置為每40 ms變化40%。在此加速踏板變化率閾值以下的作為正常操作，以上的作為異常操作[7-9]。

純電動客車的加速踏板自身特性為雙模量輸出，即踩下踏板時(shí)輸出兩路電壓信號：一路電壓為基準(zhǔn)值，用于計(jì)算當(dāng)前踏板開度；另一路電壓為校驗(yàn)值，用于校驗(yàn)與用基準(zhǔn)值計(jì)算出的踏板開度是否一致。兩路輸出電壓均呈線性變化，且在正常情況下兩路電壓滿足2倍關(guān)系。加速踏板電壓輸出特性如圖1所示。兩路電壓信號進(jìn)入整車控制器，整車控制器既可只選取基準(zhǔn)值計(jì)算當(dāng)前踏板開度,也可選取兩路分別計(jì)算踏板開度,再通過內(nèi)部邏輯處理,發(fā)出當(dāng)前踏板開度至CAN網(wǎng)絡(luò)。本方法選用兩路電壓值分別計(jì)算踏板開度，同時(shí)將第一路信號作為基準(zhǔn)值，第二路信號設(shè)定為校驗(yàn)值。兩路輸出電壓值接入整車控制器的模擬量轉(zhuǎn)換模塊，通過MATLAB模型分別計(jì)算完成后，整車控制器將計(jì)算值和校驗(yàn)值計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)基準(zhǔn)值和校驗(yàn)值計(jì)算結(jié)果一致時(shí)，整車控制器將此時(shí)的踏板開度發(fā)送至整車CAN網(wǎng)絡(luò)；如果基準(zhǔn)值和校驗(yàn)值計(jì)算結(jié)果不一致，此時(shí)的加速踏板開度值發(fā)0，同時(shí)整車控制器將加速踏板狀態(tài)發(fā)為異常[10]。

圖1 加速踏板電壓輸出特性

在未踩加速踏板時(shí)，加速踏板的兩路輸出電壓分別為0.375 V、0.75 V，此時(shí)整車控制器通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換邏輯將此刻的電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬量數(shù)據(jù)，通過MATLAB模型標(biāo)定出此時(shí)對應(yīng)的加速踏板開度為0。將加速踏板踩到底后，加速踏板兩路輸出電壓分別為1.92 V、3.84 V，此時(shí)整車控制器通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換邏輯將此刻的電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬量數(shù)據(jù)，通過MATLAB模型標(biāo)定加速踏板開度為100%。當(dāng)前實(shí)際加速踏板開度值根據(jù)兩路電壓值變化，在MATLAB模型中轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬量，整車控制器輸出的加速踏板開度在0%～100%范圍內(nèi)線性變化。

圖2 加速踏板防誤踩邏輯流程圖

由于加速踏板的CAN報(bào)文周期為10 ms，即加速踏板在連續(xù)發(fā)送的4幀報(bào)文周期內(nèi)，如電壓值對應(yīng)的踏板開度超過40%(即變化率超過閾值)，此時(shí)整車控制器判斷加速踏板為異常狀態(tài)，進(jìn)入加速踏板防誤踩邏輯，整車控制器不再請求扭矩。當(dāng)整車控制器檢測到加速踏板開度回歸0%后，整車控制器將加速踏板狀態(tài)重新置為正常狀態(tài)，退出加速踏板防誤踩邏輯[8]。整車控制器將加速踏板的狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)儀表讀取到加速踏板狀態(tài)異常時(shí)，儀表主界面發(fā)出聲光報(bào)警提示駕駛員處于誤操作的狀態(tài)中。當(dāng)儀表讀取到加速踏板狀態(tài)正常時(shí)，儀表主界面不再顯示加速踏板誤踩圖標(biāo)及不再發(fā)出聲光報(bào)警，車輛回到正常狀態(tài)。整個(gè)控制邏輯如圖2所示。

2.2 方法驗(yàn)證

根據(jù)該方法中提供的控制邏輯優(yōu)化整車控制器，將加速踏板變化率閾值及判斷踏板當(dāng)前狀態(tài)邏輯增加到MATLAB模型中；優(yōu)化儀表程序，當(dāng)儀表讀到CAN網(wǎng)絡(luò)中加速踏板為異常狀態(tài)時(shí)，在儀表界面顯示加速踏板防誤踩圖標(biāo)，并開啟聲光報(bào)警程序。

將此控制邏輯分別在8 m城市客車、10 m城市客車、9 m旅行客車等多種車型上進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。在驗(yàn)證過程中，駕駛員分別在車輛靜止、車輛正常運(yùn)行過程中兩種狀態(tài)下，反復(fù)做出正常踩加速踏板、快速踩加速踏板兩種不同操作方式，同時(shí)采集并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

當(dāng)駕駛員正常操作加速踏板時(shí)，40 ms內(nèi)的加速踏板開度變化率均小于30%，此時(shí)整車控制器正常輸出請求扭矩，車輛正常運(yùn)行；在快速踩下加速踏板時(shí)，40 ms內(nèi)的加速踏板開度變化率均大于40%，達(dá)到了設(shè)定的閾值，此時(shí)整車控制器無請求扭矩，并將加速踏板狀態(tài)發(fā)為異常，同時(shí)在人體感官上整車無動力輸出，儀表界面有報(bào)警提醒，車內(nèi)有蜂鳴器報(bào)警。達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)束語

本文論述的方法利用整車CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令，整車及時(shí)響應(yīng)、可靠性高，且只需要軟件實(shí)現(xiàn)，成本低。通過反復(fù)對該控制方法進(jìn)行驗(yàn)證，可以表明此控制方法能及時(shí)準(zhǔn)確判別加速踏板狀態(tài)和緊急情況下誤踩操作，有效地防止由于駕駛員誤踩加速踏板導(dǎo)致事故發(fā)生，進(jìn)一步提升整車的安全性。