基于VCU的商用车车速信号处理技术

吕亭强，周亮亮，江 进，李成岳，赵维伟，张 鹏

（一汽解放事业本部商用车开发院，吉林 长春 130011）

1 前言

车速识别技术是车辆控制中最基本的技术之一，传统商用车采用涡轮蜗杆配磁电式车速传感器，脉冲信号经过车速控制盒处理后发送仪表进行车速计算和显示，具有传递环节多、误差大、可靠性差、车速控制盒售后维护困难等缺点，市场反馈经常出现车速指针摆动、归零等故障现象，并导致巡航功能失效，用户驾驶体验较差。

GB7258-2012规定，自2014年9月1日以后生产的半挂牵引车应安装防抱死制动装置，即ABS已经成为当今卡车标准配置，ABS系统本身采集4轮或6轮轮速信息，如果能加以利用，可提高车速信号可靠性。又EBS、行车记录仪等部件需要第三方车速进行校验，所以车速传感器又不能取消。基于以上车辆客观存在的两路信号源，利用整车控制器进行综合计算、冗余设计，可大大提供车速信号的准确性、可靠性。

本文从系统构成、计算方法、工程实现等几个方面介绍了整车控制器车速处理技术的具体方案，试验结果表明此方法切实可行，可大规模应用于量产车型。

2 系统构成与原理

本文所述方法基于商用车整车控制系统，其中包括VCU、车速传感器、ABS控制器、ABS轮速传感器、加速度传感器、CAN仪表行车记录仪，系统原理框图如图1所示。

VCU同时有以下两种方式获得车速。

1）方式1，传感器车速：VCU硬线连接车速传感器，采集变速器输出轴靶轮脉冲信号，根据车辆后桥速比、轮胎滚动半径计算车速。

2）方式2，ABS车速：ABS控制器通过底盘CAN总线发轮速信号给VCU，VCU根据车辆轮胎滚动半径计算车速。

VCU优先选取传感器车速作为第一车速，ABS车速作为冗余车速。当VCU识别出车速传感器出现故障时将使用ABS车速，同时仪表提示驾驶员车速传感器出现故障，尽快维修处理。

图1 车速处理功能框图

3 实现方法

3.1 传感器车速计算方法

车速传感器采用霍尔式频率传感器，霍尔式传感器具有抗干扰能力强，输出信号幅值不受靶轮转速影响、使用寿命长等优点。传感器安装于变速器输出轴靶轮，采集靶轮脉冲信号，VCU根据脉冲信号周期、车辆后桥速比、轮胎滚动半径计算车速，计算公式如下：

式中：Vout-sensor——VCU根据车速传感器计算的车速；n——传感器靶轮齿数；r——轮胎滚动半径；ra——后桥主减速比；k——修正系数（默认为1，可标定）；t——脉冲信号周期。

3.2 ABS车速计算方法

ABS发送的EBC2报文中含有前轮平均轮速信号，单位为km／h，正常情况下取前轮两轮速的平均值，在车轮无抱死情况下较为准确。如一个出现故障，则发送正常工作的车轮轮速，如两个同时出现故障，则不发送平均轮速，会发送故障状态。

ABS控制器发送的轮速是按照轮胎滚动一周3 200 mm（厂家默认值）计算的，VCU需要根据实际车辆轮胎滚动半径、滚动半径误差进行修正：

式中：Vout-ABS——VCU根据ABS发送的轮速信息计算的车速；VABS——ABS控制器发出的轮速值；r——轮胎滚动半径；k——修正系数（默认为1，可标定）。

3.3 数据融合设计

关于数据融合，在1997年Linas与Hall两位学者如下叙述：“能够从多个传感器的联合数据库提供的相关信息及其关联数据中，获取比单个传感器信息所能得出的更详细、更准确的结论”。其本质是对多个信息源在一定准则下进行综合分析，得出更为可能正确的结果。

本文阐述的车速处理方法中，VCU优先选取车速传感器作为信号源，当VCU识别出车速传感器出现故障后，选用ABS车速进行仪表显示及控制。

车速传感器故障主要为信号不可信，这是一种逻辑故障，即通过逻辑判断识别出的故障，主要有以下两种逻辑。

1）车速传感器与ABS发出的轮速信号进行对比，差别超过阈值则报车速传感器故障。ABS轮速传感器同时出现故障时，EBC2将不发轮速信息，即策略里默认只要可以接收到轮速信息即认为是可信的。

2）根据车速传感器计算的车速计算车辆加速度，与加速度传感器进行对比，差别超过一定阈值报车速传感器信号不可信故障。

3.4 车速补偿

根据法规《GB 15082-2008》要求，仪表显示车速要大于实际车速，以免驾驶员超速行驶，具体范围如下：

式中：v1——显示车速；v2——实际车速。

原则上显示车速在大于实际车速前提下越准确越好，无论是ABS车速还是传感器车速，主要误差来自于轮胎滚动半径的误差 （机械传动系误差可忽略），轮胎实际滚动半径受胎压、车辆载荷、胎面磨损等因素影响，为了保证轮胎更换前显示车速仍不小于实际车速，经过试验对车速补偿2%较为合理，即k值为1.02，仪表进行1∶1显示。

4 信号品质

车速信号品质分为最低识别车速、分辨率、误差、响应时间 （表1），其中最低识别车速和分辨率取决于传感器性能和车辆传动系参数，响应时间取决于控制器处理速度、CAN总线传输速率、传输路径。以FAW某主销重型牵引车举例说明。

车速传感器／ABS轮速传感器最低响应频率：5 Hz；变速器输出轴靶轮齿数：48；后桥主减速比：3.417；轮胎规格及滚动半径：12R22.5，527 mm；ABS靶轮齿数：100。

车速传感器最低识别车速：

车速传感器分辨率：

ABS最低识别车速：

ABS车速分辨率：

表1 车速信号品质

5 工程实现及售后

5.1 工程实现

为了实现车速计算，VCU需要获取以下车辆参数：①车速传感器靶轮齿数；②ABS齿圈齿数；③后桥主减速比；④轮胎滚动半径。其中，FAW某车型前两项为标准配置，固化于软件中 （可标定），后两项不同车型变化较为多样，为了不让这两项影响VCU的整车标定数据种类，通过下面方法可以实现。

1）在PDM （Product Data Management，产品数据管理系统）车型结构下的后桥总成、轮胎总成中增加属性信息，后桥总成增加主减速比，轮胎总成增加滚动半径，如图2、3所示。

2）在解放整车装配线终端，EOL设备扫面车型码获取装车BOM中的后桥减速比、轮胎半径信息，并写入VCU的预留Flash区，VCU获取用于车速计算。

5.2 关于售后

图2 轮胎总成滚动半径参数

图3 后桥总成减速比参数

商用车在用户使用过程中经常遇见更换不同规格轮胎的情况，甚至为了适应运输区域地理特点更换不同减速比的后桥，又或者车辆某些原因更换了新的VCU，VCU刷写的整车数据中只有默认的轮胎半径和后桥速比，这些可能的变化势必会影响车速计算的准确性。传统车辆这种情况需要重新计算传递参数选择不同的车速控制盒，实现过程较为复杂且会增加成本。

基于VCU的车速方案，遇到以上情况，可利用诊断仪对后桥减速比、轮胎半径进行简单的选择匹配即可，既快捷方便又经济实惠。如图4所示。

6 结束语

图4 更换轮胎后写入滚动半径参数

本文介绍了基于整车控制器的车速处理技术，此方法利用车辆客观存在的两路车速源进行数据融合设计，大大降低车速故障率，提高了信号可靠性及巡航等控制功能品质；对应开发的车速计算参数EOL获取方法简单可行，降低整车数据管理工作量，为车型多配置、大规模生产及售后提供可行方案。