一种油门踏板以及油门踏板信号控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种油门踏板以及油门踏板信号控制方法，该油门踏板包括模拟量信号产生模块、数字信号产生模块和开关量信号产生模块，两路油门模拟量电压信号冗余设置，两路油门开关量信号冗余设置；两路油门模拟量电压信号的电压值之和为定值，一路模拟量电压信号根据油门开度的增大而增大，另一路根据油门开度的增大而减小；当踏板未踩踏时，第一开关量信号为高电位，第二开关量信号为低电位；当踏板踩踏时，开关量信号输出相反；当油门模拟量电压信号出现错误或者油门模拟量电压信号与油门开关量信号不匹配时，采用踏板开度数字信号作为该油门踏板输出的油门控制信号。这种控制方式能够输出可靠的油门控制信号，保证了油门控制的可靠性。
【专利说明】
一种油门踏板以及油门踏板信号控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种油门踏板以及油门踏板信号控制方法，属于新能源汽车油门控制 领域。
【背景技术】
[0002] 目前，随着新能源汽车的积极推广和试点应用，新能源客车产品类型不断增多，客 车发展在城市公交、城乡客运不断推进，日益受到人们的关注。
[0003] 电子油门踏板，是车辆运行的核心安保部件，是保障整车安全和提高控制性的基 础。目前针对油门踏板输出的信号，不断提出新的油门踏板，如单电压输出类型踏板、单电 压单开关量输出类型踏板，单电压双开关量输出类型踏板，双电阻成比例双路电压输出类 型踏板，这是技术研究和技术应用的现状。上述油门踏板在油门控制信号输出时，可靠性均 较低，不利于整车控制器对油门信号的可靠和准确判断。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种油门踏板以及油门踏板信号控制方法，用以解决传统的 油门踏板的可靠性较低的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种油门踏板，包括踏板本体和形变传感器， 还包括控制单元，所述形变传感器输出连接所述控制单元，所述控制单元包括模拟量信号 产生模块、数字信号产生模块和开关量信号产生模块，所述模拟量信号产生模块用于输出 两路油门模拟量电压信号，所述数字信号产生模块用于输出一路踏板开度数字信号，所述 开关量信号产生模块用于输出两路油门开关量信号。
[0006] -种上述油门踏板的油门踏板信号控制方法，两路油门模拟量电压信号冗余设 置，两路油门开关量信号冗余设置;且所述两路油门模拟量电压信号的电压值范围均为VI ~V2,该两路油门模拟量电压信号的电压值之和为V1+V2, 一路油门模拟量电压信号根据油 门开度的增大而增大，另一路油门模拟量电压信号根据油门开度的增大而减小;其中，VI和 V2为设定电压阈值;所述两路油门开关量信号分别为第一开关量信号和第二开关量信号， 当踏板未踩踏时，第一开关量信号为高电位，第二开关量信号为低电位；当踏板踩踏时，第 一开关量信号为低电位，第二开关量信号为高电位；
[0007] 当油门模拟量电压信号出现错误或者油门模拟量电压信号与油门开关量信号不 匹配时，采用踏板开度数字信号作为该油门踏板输出的油门控制信号。
[0008] 所述两路油门模拟量电压信号的电压值均为线性变化。
[0009] 所述油门模拟量电压信号出现错误包括以下两种情况：（1)、两路油门模拟量电压 信号的电压值分别为S1和S2,当S1小于VI或者大于V2时，或者当S2小于VI或者大于V2;(2)、 当两路油门模拟量电压信号的电压值之和不为V1+V2时，两路油门模拟量电压信号均为有 效值，且油门开关量信号正常；
[0010]所述油门模拟量电压信号与油门开关量信号不匹配包括:当模拟量电压信号正常 输出，但与对应的开关量信号不匹配。
[0011] 当模拟量电压信号与踏板开度数字信号不匹配，且两路油门模拟量电压信号的电 压值范围均为VI~V2,两个电压信号之和为V1+V2时，取两路油门模拟量电压信号的电压值 中的其中一个作为该油门踏板输出的油门控制信号。
[0012] 当踏板开度数字信号与油门开关量信号不匹配时，此时控制油门踏板输出的油门 控制信号为0。
[0013] 控制单元输出的信号以CAN报文的形式输出，当CAN报文生命周期信号错误时，且 两路油门模拟量电压信号和两路油门开关量信号均正常时，取该两路油门模拟量电压信号 的电压值中的其中一个作为该油门踏板输出的油门控制信号。
[0014] 本发明提供的油门踏板能够输出三种控制信号，油门模拟量电压信号、踏板开度 数字信号以及油门开关量信号。通过对这三种信号的综合判断，实现油门信号的有效控制， 提高了控制的可靠性，保证了整车控制器对油门信号的可靠和准确判断，避免出现不符合 驾驶员意愿的不预期车辆加速情况。同时，智能化和集成度进一步提高。
[0015] 而且，模拟量电压信号为两路，开关量信号也为两路，均为冗余设置，保证了信号 的有效接收以及有效控制，进一步提升了控制可靠性;这两种冗余信号均为互补冗余，其不 但具有一般冗余的特性和优点，而且，互补冗余的信号的叠加量为一固定值，这样在信号应 用时，能够实时获知冗余的两个信号是否出现了错误，所以，利用该互补冗余信号能够极大 地提升控制可靠性。并且，在实际控制时，当油门模拟量电压信号出现错误或者油门模拟量 电压信号与油门开关量信号不匹配时，采用踏板开度数字信号作为该油门踏板输出的油门 控制信号，在一种信号出现了错误或者可能出现错误时，使用另一种信号进行油门控制，所 以，这种控制方式能够输出可靠的油门控制信号，保证了油门控制的可靠性，选取一个正常 的油门信号作为控制信号能够提升汽车的行驶安全性，保证行车的安全，降低了车辆在正 常控制时出现事故的可能性。
【附图说明】
[0016] 图1是油门踏板的内部组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0018] 在新能源车辆电子控制中，油门踏板信号至关重要，是汽车电子控制策略中的核 心安保部件。在新能源车辆系统中，油门踏板安装空间充足，可以实现在踏板内集成多功能 电子检测单元。
[0019] 如图1所示，就组成模块来说，该油门踏板包括踏板本体，踏板本体就是用于踩踏 的踏板机械机构，这部分结构为所有的油门踏板均包含的最基本的机械结构，其属于现有 技术，这里不做赘述。
[0020] 该油门踏板还包括形变传感器和控制单元，形变传感器用于对踏板的机械形变进 行检测，并输出相应的信号。形变传感器输出连接该控制单元，控制单元主要包括三部分： 模拟量信号产生模块、数字信号产生模块和开关量信号产生模块，模拟量信号产生模块用 于输出两路油门模拟量电压信号，数字信号产生模块用于输出一路踏板开度数字信号，开 关量信号产生模块用于输出两路油门开关量信号。比如:该形变传感器为滑动变阻器，模拟 量信号产生模块为电压转换模块，滑动变阻器检测踏板的形变的程度，电压转换模块根据 形变的程度对应输出电压值。数字信号产生模块根据踏板机械形变的程度相应输出表征踏 板开度的数字信号。比如:该形变传感器为倾角传感器，数字信号产生模块为数字芯片，倾 角传感器检测踏板的倾角，数字芯片根据倾角进行检测并对应输出开度数字信号。
[0021] 总之，传感器输出的形变信号通过不同的处理模块进行处理后输出的信号是不同 的。而且，将数字信号产生模块和模拟量信号产生模块进行隔离，即开度数字信号与模拟量 电压信号之间相互独立，相互不影响和干扰各自的信息;所以，即使其中一个模块输出的信 号出现了故障，另一个模块输出的信号不受故障的影响。
[0022] 传感器能够输出两路形变信号，踏板形变主信号P1和踏板形变的副信号P2,其中， 踏板形变主信号P1与踏板形变成正比，副信号P2与踏板形变成反比，比如当传感器为滑动 变阻器时，输出的两路信号为:滑动触头与滑动变阻器的一端之间的电压信号，和滑动触头 与滑动变阻器的另一端之间的电压信号，当滑动触头与滑动变阻器的一端之间的电压变大 时，该触头与滑动变阻器的另一端之间的电压就会相应变小。踏板形变主信号P1转化为电 压信号S1，踏板形变的副信号P2转化为电压信号S2。
[0023] 另外，两个开关量信号产生模块产生的油门踏板的油门开关量信号为高电位1或 者低电位〇。开关量信号产生模块选用现有的开关量产生装置，根据踏板是否被踩踏而对应 产生两种不同的电位信号。当踏板在初始状态下，即未被踩踏时，输出一个开关量；只要踏 板被踩踏，无论程度如何，这时，输出另一个开关量。由于该油门踏板包括两个开关量信号 产生模块，第一个开关量信号产生模块产生开关量K1，第二个开关量信号产生模块产生开 关量K2，K1与P1对应，K2与P2对应。
[0024] 由于车辆中的整车控制器在根据油门踏板输出的信号控制车辆行驶时，只需接收 到一个油门输出信号即可，所以，这两个模拟量电压信号产生模块对应产生的两路油门模 拟量电压信号S1和S2冗余设置，整车控制器只要接收到S1和S2中的任意一个信号就可进行 车辆驱动控制；同理，两个开关量信号产生模块产生的油门开关量信号Κ1和Κ2也冗余设置。 [0025]通过信号处理模块的处理，使两路油门模拟量电压信号S1和S2的电压值范围在正 常情况下均为VI~V2,且设定该两路油门模拟量电压信号的电压值之和始终不变，为V1 + V2;其中，VI和V2为设定电压阈值。作为一个具体的实施例，本实施例中，VI为0.5V，V2为 4.5￥，即电压信号31为0.5￥，电压信号32为4.5￥，并且，31+32始终为5￥。31和32的电源整体 范围是0-5V，其有效范围为0.5-4.5V，该有效范围对应的踏板开度0-100%。当踏板在初始 状态时，S1为0.5V，S2为4.5V;当踩动踏板时，踏板在形变过程中，保证S1采样线性增加，S2 采样线性减小，变化过程中，保持S1和S2的和值不变，即Sl+S2 = 5V。如踏板开度为50 %时， Sl = S2 = 2.5V〇
[0026]在初始状态下，K1为悬空状态(高电位1)，K2为低开关状态(与地信号短接，低电位 0);当踏板踩踏时，Κ1转变为低开关状态，Κ2为悬空状态。
[0027]踏板开度信号的范围是0-250,分别对应开度0-100%，开度分别率为0.4,那么，大 于250的开度值为无效值。踏板开度数字信号与Ρ1对应，随着形变主信号Ρ1的变化而对应变 化。
[0028]另外，在本实施例中，控制单元输出的信号上传时，数据报文采用J1939协议8字节 格式进行上传，其中，第一字节为踏板开度信号，第二字节为油门主电压值si，第三字节油 门副电压值S2,第四字节0-3位表示怠速开关量K1，第四字节4-7位表示怠速开关量K2,第五 字节为电压信号有效标志，第六字节为油门踏板生命周期信号，第七字节为故障码标示，用 于向总线报告故障状态，第八字节为保留字节。其中第五字节为无效标志时，优先选用CAN 报文踏板开度信号进行控制，表1给出了 CAN通讯报文协议。
[0029] 表 1
[0030]
[0031 ]整车控制器采样主副电压值SI、S2，采样ΚΙ、K2对应开关量值，同时接收油门开度 数字信号，主副电压值和故障信息等，利用上述8字节格式的CAN报文信号进行传输，整车控 制器进行策略控制判断，裁定油门开度值大小，以判断司机驾驶意图，最终以确定的油门开 度值进行整车驱动力矩输出，进行整车能量控制。
[0032] 在初始状态时，驾驶员不踩踏油门踏板，油门开关量、电压信号和开度数字信号均 处于默认状态，即踏板电压信号S1为0.5V，S2为4.5V。开关信号K1为悬空状态，K2为低开关 状态。CAN报文8字节发送0x00 0x19 OxEl 0x10 0x01 0x00 0x00 OxFF。
[0033] 开度有效状态时，驾驶员根据自己意愿，踩踏油门踏板，踏板电压信号和开关量发 生变化。踏板电压信号S1和S2为模拟电压输出，S1和S2和值始终保持不变，为5V。开关信号 K1变为低开关状态，K2变为悬空状态。油门开度数字信号与踏板开度对应。比如在踏板开度 为 50% 时，S1 = S2 = 2.5V，CAN 报文 8 字节发送 0x7D 0x7D 0x7D 0x01 0x01 0x00 0x00 OxFF。
[0034] 当SI异常或者S2异常时，即SI小于0.5V或大于4.5V，或者S2小于0.5V或大于4.5V 时，油门踏板电压信号为无效信号，通过CAN总线上报故障码;此时如踏板开度数字信号正 常，则可以以CAN报文中踏板开度数字信号作为整车控制信号。
[0035]当有模拟量电压信号正常输出，但输出的模拟电压信号与开关量信号不匹配时， 应采用CAN报文中踏板开度数字信号作为踏板的输出控制信号，并上报故障码0x02,且第五 字节置无效状态0x00;这里的不匹配是指:在正常情况下，踏板未被踩踏时，S1为VI，K1为高 电位，S2为V2，K2为低电位;如果此时：S1为V1，K1却为低电位，S2为V2，K2却为高电位，或者 S1为V2，K1却为高电位，S2为VI，K2却为低电位，表明模拟电压信号与开关量信号不匹配。 [0036] 当S1+S2矣5V时，踏板电压S1和S2均为无效值，上报故障码0x01，且第五字节置无 效状态0x00;如果此时油门开关量信号Κ1和Κ2正常，那么，可以采用踏板开度数字信号作为 该油门踏板输出的油门控制信号。
[0037] 当模拟量电压信号S1和S2与踏板开度数字信号不匹配，且该两路油门模拟量电压 信号的电压值范围均为VI~V2,电压值之和为5V时，取S1或者S2作为该油门踏板输出的油 门控制信号。由于模拟量电压信号与踏板开度数字信号在正常情况下存在着一定的关系， 比如模拟量电压信号S1与踏板开度数字信号呈正比关系，比如当VI为0.5V时，数字开度信 号为〇，随着VI增大，数字信号会相应的增大，当VI为4.5V时，开度为100%，数字信号为250， 这时正常的情况。但是，如果出现异常情况时，比如VI为0.5V时，数字信号不为0,而是其他 的数值，这时就说明模拟量电压信号与踏板开度数字信号不匹配，所以，总之只要模拟量电 压信号与踏板开度数字信号之间的存在的正比关系不正常时，即可表明两者不匹配。
[0038] 当踏板开度数字信号与油门开关量信号Κ1和Κ2不匹配时，此时车辆为严重故障， 控制油门踏板输出的油门控制信号强制为0;这里的不匹配是指:在正常情况下，踏板未被 踩踏时，踏板开度数字信号输出为零，Κ1为高电位，Κ2为低电位;踏板被踩踏时，踏板开度数 字信号输出对应的开度值，κ 1为低电位，Κ2为高电位;如果此时：踏板开度数字信号输出为 零，Κ1为低电位，Κ2为高电位;或者，踏板开度数字信号输出对应的开度值，Κ1为高电位，Κ2 为低电位，上述两种情况均表明踏板开度数字信号与油门开关量信号Κ1和Κ2不匹配。
[0039]在正常情况下CAN报文生命周期每秒会增加1;当CAN报文生命周期停止增加时，表 明生命周期信号错误，确定为CAN数据故障，应由整车控制器进行策略保护。比如：当CAN报 文生命周期信号错误时，且两路油门模拟量电压信号和两路油门开关量信号均正常时，取 该两路油门模拟量电压信号的电压值中的其中一个作为该油门踏板输出的油门控制信号。
[0040] 另外，针对上述几种故障情况的说明，表2在上述几种故障的基础上，举例说明了 几种具体的故障以及对应的处理策略，其中，报文第一字节开度即为采集到的踏板开度数 字信号。
[0041] 表 2
[0042]
[0043] 另外，CAN报文第一字节的开度信号，即踏板开度数字信号具有标定功能。通过CAN 通讯专用的标定ID对油门初始状态和最大形变状态进行油门开度信号标定。未踩踏板时， 通过标定ID对油门开度初始值进行标定，标定为0 % ;踏板踩到底，对油门开度值进行标定， 标定为100 %。如踏板电压出现漂移，未踩踏板时，踏板输出电压S1或S2电压偏离0.5V较大， 可通过CAN通讯标定功能，对踏板初始状态进行0 %油门开度信号标定。标定后，CAN通讯的 第一字节输出的油门开度信号即为〇%;踩下踏板时，油门开度信号根据初始标定的电压进 行线性输出油门开度。标定过程:标定软件发送标定CAN报文，油门踏板反馈标定响应报文。 标定报文8个字节，第一字节为标定状态，第二字节到第五字节为标定钥匙，第六字节为标 定的油门开度目标值，第七字节和八字节为保留值;响应报文为8个字节，第一字节为标定 状态，第二字节到第五字节为标定种子，第六字节为标定的油门开度反馈值，第七字节为标 定时刻的油门主电压值S1，第8字节为标定时刻的油门副电压值S2。
[0044] 上述实施例中，油门踏板包括两个开关量信号产生模块，每个模块输出一个开关 量，作为其他的实施例，如图1所示，该油门踏板还可以只包括一个开关量信号产生模块，该 产生模块相当于一个单刀双掷开关，当开关打到3端时，开关量K2为低电位，K1为高电位;当 开关打到1端时，开关量K2为高电位，K1为低电位，通过该类似于单刀双掷开关的开关量信 号产生模块能够实现一个模块输出两路不同电位的开关量。
[0045] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基 本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变 形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对 实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种油门踏板，包括踏板本体和形变传感器，其特征在于，还包括控制单元，所述形 变传感器输出连接所述控制单元，所述控制单元包括模拟量信号产生模块、数字信号产生 模块和开关量信号产生模块，所述模拟量信号产生模块用于输出两路油门模拟量电压信 号，所述数字信号产生模块用于输出一路踏板开度数字信号，所述开关量信号产生模块用 于输出两路油门开关量信号。2. -种基于权利要求1所述油门踏板的油门踏板信号控制方法，其特征在于，两路油门 模拟量电压信号冗余设置，两路油门开关量信号冗余设置;且所述两路油门模拟量电压信 号的电压值范围均为VI~V2，该两路油门模拟量电压信号的电压值之和为V1+V2，一路油门 模拟量电压信号根据油门开度的增大而增大，另一路油门模拟量电压信号根据油门开度的 增大而减小;其中，VI和V2为设定电压阈值;所述两路油门开关量信号分别为第一开关量信 号和第二开关量信号，当踏板未踩踏时，第一开关量信号为高电位，第二开关量信号为低电 位;当踏板踩踏时，第一开关量信号为低电位，第二开关量信号为高电位； 当油门模拟量电压信号出现错误或者油门模拟量电压信号与油门开关量信号不匹配 时，采用踏板开度数字信号作为该油门踏板输出的油门控制信号。3. 根据权利要求2所述的油门踏板信号控制方法，其特征在于，所述两路油门模拟量电 压信号的电压值均为线性变化。4. 根据权利要求2或3所述的油门踏板信号控制方法，其特征在于，所述油门模拟量电 压信号出现错误包括以下两种情况：（1)、两路油门模拟量电压信号的电压值分别为S1和 S2,当S1小于VI或者大于V2时，或者当S2小于VI或者大于V2; (2)、当两路油门模拟量电压信 号的电压值之和不为V1+V2时，两路油门模拟量电压信号均为有效值，且油门开关量信号正 常； 所述油门模拟量电压信号与油门开关量信号不匹配包括：当模拟量电压信号正常输 出，但与对应的开关量信号不匹配。5. 根据权利要求2或3所述的油门踏板信号控制方法，其特征在于，当模拟量电压信号 与踏板开度数字信号不匹配，且两路油门模拟量电压信号的电压值范围均为VI~V2,两个 电压信号之和为V1+V2时，取两路油门模拟量电压信号的电压值中的其中一个作为该油门 踏板输出的油门控制信号。6. 根据权利要求2或3所述的油门踏板信号控制方法，其特征在于，当踏板开度数字信 号与油门开关量信号不匹配时，此时控制油门踏板输出的油门控制信号为0。7. 根据权利要求2或3所述的油门踏板信号控制方法，其特征在于，控制单元输出的信 号以CAN报文的形式输出，当CAN报文生命周期信号错误时，且两路油门模拟量电压信号和 两路油门开关量信号均正常时，取该两路油门模拟量电压信号的电压值中的其中一个作为 该油门踏板输出的油门控制信号。
【文档编号】B60R16/023GK105857073SQ201610311828
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】梁赟, 彭能岭, 李振山, 李钰锐, 黄彬伟
【申请人】郑州宇通客车股份有限公司