纯电动汽车电子加速踏板可靠性控制研究

邓元望+吴浩+陈宇+郑潮雄

摘 要：为确保加速踏板信号的可靠性，采用非接触式霍尔传感器作为电子加速踏板位置传感器，对踏板位置传感器信号提出一种改进的一阶低通滤波算法，进行2次滤波消除信号突变，并结合电动汽车电机驱动特性对加速踏板位置传感器信号进行故障诊断.通过建立踏板信号控制模型仿真，测试了整个控制过程的可靠性.结果表明，踏板信号出现毛刺及过高、过低或同步误差较大等异常时能准确判断出各种故障状态，该控制方式可满足纯电动汽车电子加速踏板可靠性控制的要求.

关键词：纯电动汽车；加速踏板信号；一阶低通滤波；故障诊断；可靠性

中图分类号：TM912.9 文献标识码：A

Abstract： In order to ensure the reliability of the accelerator pedal signal， non-contact Hall sensor was adopted as an electronic accelerator pedal position sensor. In order to ensure the acceleration pedal signal reliability with a non-contact Hall sensor as the electronic accelerator pedal position sensor and the pedal position sensor signal， an improved first-order low-pass filtering algorithm was proposed and combined with the motor driving characteristics of the accelerator pedal position sensor signal fault diagnosis. Through the establishment of the pedal signal control simulation model， the reliability of the whole control process was tested. The results have shown that pedal signal glitches， too high， too low or synchronous error can accurately identify various fault conditions. This control method can meet the reliability control requirements of pure electric automobile electronic acceleration pedal.

Key words：pure electric vehicles； accelerator pedal signals；first order low-pass filter；fault diagnosis；reliability

纯电动汽车行驶过程中，驾驶员的意图大多是通过操作加速踏板来实现，加速踏板信号的及时、准确响应是满足驾驶员良好操控性能要求的重要环节.作为整车控制的关键输入信号，加速踏板信号的准确性和可靠性是行车安全的必要保证[1].

目前，国内外对加速踏板信号可靠性控制研究较少，对此的相关研究主要集中在防误踩加速踏板信号的检测识别[2-4]、加速踏板信号的滤波处理[5-7]以及故障诊断策略[8].文献[5]通过设定防抖限值与连续2次加速踏板信号采样差值比较对加速踏板信号进行平滑和防抖处理，同时采用算术平均和加权平均的方法对踏板信号进行滤波.文献[6]提出了限幅滤波和中位值平均滤波的联合滤波方法，实质上此方法是一种防脉冲扰动中位值滤波算法，对于加速踏板信号中偶然出现的脉冲性干扰，能有效消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差.文献[7]提出一种智能滤波算法，通过加速踏板开度在不同范围内相应调整一阶低通滤波系数，来保证滤波的灵敏度和平稳度.文献[8]提出混合动力汽车踏板信号处理相关方法，进行两路加速踏板信号并行处理和同步异常处理，将信号的故障诊断错误类型进行细分并且编写了相应故障诊断代码.以上研究大多集中在传统接触式电位计式加速踏板位置传感器，而电位计传感器在工作过程中有机械磨损，其可靠性和耐久性相对非接触式加速踏板位置传感器较差[9].对加速踏板信号的滤波算法多针对偶然噪声干扰的消除和数据的平滑处理，而对周期性干扰信号滤波考虑较少，现有的一阶低通滤波对周期性噪声干扰有很好的抑制作用，但是没有兼顾消除信号中的偶然抖动.同时，对加速踏板信号的故障诊断多是对加速踏板信号大于设定门限值且持续时间超过设定时间后直接将加速踏板信号输出作零处理，而忽略了加速踏板从错误状态到正确状态时，加速踏板信号会从之前的零突变到当前的信号值，导致加速踏板信号的突变，对平顺性造成严重影响.

针对上述问题，本文以某纯电动汽车为研究对象，采用非接触式霍尔传感器的加速踏板可靠性控制进行研究，对加速度踏板信号采用动态调整滤波系数一阶低通滤波算法和限幅消抖两次滤波，并对相应的传感器信号进行故障诊断，最后通过建模仿真对可靠性控制进行验证.1 非接触式霍尔传感器原理

目前采用的电子加速踏板，主要由踏板机械结构、位置传感器以及线路和相关附件组成.电子加速踏板通过位置传感器采集当前踏板位置信号传送给整车控制器进行运算处理后，通过CAN总线发送给电机控制器进而精确控制电机扭矩输出.本文采用的非接触式加速踏板位置传感器是一种霍尔效应（芯片）式旋转位置传感器，其主要由磁铁和霍尔IC芯片组成，霍尔IC芯片安装在加速踏板的芯轴上固定不动，2个磁铁安装在加速踏板的旋转部件上，可随加速踏板一起动作.为保证信号的可靠，纯电动汽车电子加速踏板一般采用冗余设计，在加速踏板芯轴上安装了2个霍尔IC芯片，相当于2个加速踏板位置传感器.工作时，随着当前踏板位置（α）的变化，与加速踏板联动的永久磁铁随加速踏板的动作而一起旋转，改变磁铁与霍尔元件之间的相对位置，从而改变了磁力线射入霍尔元件的角度，也就改变了霍尔元件输出的电压值[10].