加速踏板防誤踩控制方法的研究與應用

肖 亮， 吳洪亭， 謝廣強， 岳才進

(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，經常發(fā)生誤將加速踏板當剎車踩的情況。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行處理，把模擬量電壓信號轉化為加速踏板開度，同時在CAN網(wǎng)絡上發(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。儀表是讀取整車控制器發(fā)送到CAN網(wǎng)絡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，實時判斷整車狀態(tài)。

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

2) 當車輛前方出現(xiàn)緊急情況時，制動踏板會緊急踩下，如果此時誤踩到加速踏板上，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，設定相應閾值進行整車的加速踏板防誤踩邏輯處理。

2 控制邏輯設計

2.1 具體控制原理

由多人、多次進行實車試驗及數(shù)據(jù)采集。通過數(shù)據(jù)分析，當駕駛員正常踩加速踏板時，踏板開度40 ms內的變化值在10%～27%之間；在快速踩下加速踏板時，踏板開度40 ms內的變化值在40%～56%之間。即在正常操作下，40 ms內的踏板開度變化率小于30%，快速踩下踏板時，40 ms內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，即踩下踏板時輸出兩路電壓信號：一路電壓為基準值，用于計算當前踏板開度；另一路電壓為校驗值，用于校驗與用基準值計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倍關系。加速踏板電壓輸出特性如圖1所示。兩路電壓信號進入整車控制器，整車控制器既可只選取基準值計算當前踏板開度,也可選取兩路分別計算踏板開度,再通過內部邏輯處理,發(fā)出當前踏板開度至CAN網(wǎng)絡。本方法選用兩路電壓值分別計算踏板開度，同時將第一路信號作為基準值，第二路信號設定為校驗值。兩路輸出電壓值接入整車控制器的模擬量轉換模塊，通過MATLAB模型分別計算完成后，整車控制器將計算值和校驗值計算的結果進行比較，當基準值和校驗值計算結果一致時，整車控制器將此時的踏板開度發(fā)送至整車CAN網(wǎng)絡；如果基準值和校驗值計算結果不一致，此時的加速踏板開度值發(fā)0，同時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，加速踏板的兩路輸出電壓分別為0.375 V、0.75 V，此時整車控制器通過內部轉換邏輯將此刻的電壓值轉換為對應的模擬量數(shù)據(jù)，通過MATLAB模型標定出此時對應的加速踏板開度為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，此時整車控制器通過內部轉換邏輯將此刻的電壓值轉換為對應的模擬量數(shù)據(jù)，通過MATLAB模型標定加速踏板開度為100%。當前實際加速踏板開度值根據(jù)兩路電壓值變化，在MATLAB模型中轉換成對應的模擬量，整車控制器輸出的加速踏板開度在0%～100%范圍內線性變化。

圖2 加速踏板防誤踩邏輯流程圖

由于加速踏板的CAN報文周期為10 ms，即加速踏板在連續(xù)發(fā)送的4幀報文周期內，如電壓值對應的踏板開度超過40%(即變化率超過閾值)，此時整車控制器判斷加速踏板為異常狀態(tài)，進入加速踏板防誤踩邏輯，整車控制器不再請求扭矩。當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)實時發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡中。當儀表讀取到加速踏板狀態(tài)異常時，儀表主界面發(fā)出聲光報警提示駕駛員處于誤操作的狀態(tài)中。當儀表讀取到加速踏板狀態(tài)正常時，儀表主界面不再顯示加速踏板誤踩圖標及不再發(fā)出聲光報警，車輛回到正常狀態(tài)。整個控制邏輯如圖2所示。

2.2 方法驗證

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前狀態(tài)邏輯增加到MATLAB模型中；優(yōu)化儀表程序，當儀表讀到CAN網(wǎng)絡中加速踏板為異常狀態(tài)時，在儀表界面顯示加速踏板防誤踩圖標，并開啟聲光報警程序。

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行實車驗證。在驗證過程中，駕駛員分別在車輛靜止、車輛正常運行過程中兩種狀態(tài)下，反復做出正常踩加速踏板、快速踩加速踏板兩種不同操作方式，同時采集并保存實驗數(shù)據(jù)。

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

3 結束語

本文論述的方法利用整車CAN網(wǎng)絡發(fā)出指令，整車及時響應、可靠性高，且只需要軟件實現(xiàn)，成本低。通過反復對該控制方法進行驗證，可以表明此控制方法能及時準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致事故發(fā)生，進一步提升整車的安全性。