轮速信号在定速巡航控制中的应用

范永鹏，彭有荣，卢 恒

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

定速巡航系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）缩写为CCS，又称为定速巡航行驶装置、速度控制系统、自动驾驶系统等。按司机要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。因而，具有广阔的市场前景。汽车定速巡航系统，主要是通过巡航控制组件读取车速传感器发来的脉冲信号与设定的速度进行比较，通过精准的电子计算发出指令，保证车辆在设定速度下的最精准的节气门开度及供油量。但当来自车速传感器的车速信号波动幅动范围过大，引起定速车速波动大及退出巡航。本文基于车速传感器输出车速波动幅度大，引用轮速信号作为车速信号以提高定速巡航车速控制稳定性。如今一些高端配置的车上，还具有智能控制与前车保持安全距离的功能等等。功能在不断的增加，这也代表着汽车技术的快速猛进的发展。

1 定速巡航控制原理及功能分类

1.1 巡航控制原理数学模型

巡航控制原理数学模型如下：

式中，k 为采样序号，k=1，2，……，e（k-1），e（k）分别为第（k-1）和第k时刻所得的偏差信号定速巡航控制系统图，如图1所示。

图1 定速巡航控制系统图

ECU根据际车速与设定车速进行对比信号差，通过PID控制算法对节气门进行精确控制，若车速高于设定车速，ECU控制节气门适当减小；若车速低于设定车速，ECU控制节气门适当增大[1]。

1.2 电子式多功能定速巡航器的主要功能

（1）定速巡航功能。主要是通过巡航控制组件读取车速传感器发来的脉冲信号与设定的速度进行比较，通过精准的电子计算发出指令，保证车辆在设定速度下的最精准供油量。

（2）电子节油功能。主要是通过智能优化控制节气门的开启角度与开启时间，有效屏蔽电子油门传感器由于颠簸路段及不良驾驶习惯形成的杂乱信号，经过精确计算喷油量，使燃油得到最充分燃烧，来实现节油。

（3）油门加速功能。主要是通过提高节气门响应灵敏度实现的，当系统发现司机有加速意愿时，会驱动节气门尽可能快的打开，这样就使油门响应的敏感度得到了提高。在油门踏板被踩下时，控制器会根据踩下幅度、时间计算油门信号的变化率，变化越快，说明加速要求越强烈，最终实现油门响应速度更快，整车的动力感会明显增加，能够让司机感觉到整车动力大大提升。

（4）限速设定功能。通过控制器，根据限定的速度值，设定输出油门信号最大值，当油门输出信号超不过设定的最大值，来实现限制速度的目的。

（5）刹车故障报警功能。通过采取刹车电路的信号，当刹车电路或刹车保险故障时，会通过报警的方式对司机进行提示。

2 车速信号与来自轮速的车速信号对比

在定速巡航控制系统中最关键的问题就是车速信号的精确度及稳定性，尤其是在手动挡后驱车上，车辆在行驶过程中来自路面震动、后驱动桥齿轮加工精度偏差引起的冲击震动、传动轴，变速箱齿轮及整车共振传递到安装在变速箱壳体的车速传感器，进而引起车速传感器信号轮在高速转动时受外力振动，导致车速传感器发出的车速信号波动幅度较大，如图2所示来自车速传感器的车速与ABS轮速传感器的车速对比，在相同的周期内车速传感器车速达到了6 km/h的波动范围，而在相同的周期内来自轮速传感器的车速波动仅0.2 km/h，可见车速传感器受到振动影响直接导致车速输出波动剧烈，而轮速车速却十分稳定。

图2 车速传感器与轮速传感器车速对比图

对定速巡航阶段来自车速传感器和轮速传感器的车速分别进行了监控，其中图3所示来自车速传感器的车速信号，在各车速区间定速工况下车速波动福度较大，尤其是当车辆处在定速巡航工况下在PID控制系统的调节下司乘人员可以明显地感觉到定速不稳，最大达到6 km/h的波动幅度。

图3 来自车速传感器计算的车速

经过修改ECU软件后采用两路车速信号，第一路采用ABS发出的轮速信号，第二路车速来自车速传感器信号，并以ABS轮速信号为主车速信号源，如图4所示，通过采用轮速信号计算车速，在各车速区间定速巡行车速稳定且定速稳定。

图4 来自轮速传感器计算的车速

通过图2、图3、图4所示，分别采用车速及轮速信号进行对比发现，车速传感器与轮速传感器在相同的周期内，来自车速传感器的车速波动幅度为6.5 km/h，来自轮速传感器的车速波动幅度为0.3 km/h，根据对比发现车速传感器发出的车速（VFZG_W）波动幅度大且波动频率较大，不适宜用作定速巡航的车速信号源；而来自ABS轮速传感器的转换而来的车速信号稳定适合作定速巡航的车速信号源。

3 第一路车速信号的计算

第一路车速信号的计算逻辑如图5所示，分别采集右前轮 vradc_fr、右后轮 vradc_rr、左前轮vradc_fl、左后轮vradc_rl，4个车轮的轮速信号作为计算车速的信号源，采用加权平均的算法作为取值算法，可以有效、高精度的算取车速信号。且该逻辑对每个轮速信号的有效性都进行诊断，在此基础上当某一个或两个轮速信号无效时依然可以取其它有效的轮速信号作为车速信号的信号源进行计算，从而确保了整个逻辑系统的可靠性和实用性

图5 轮速车速计算逻辑

4 两路车速信号的诊断

由于车速信号被诸如EPS、车身控制模块、仪表等其他功能模块采集，并是功能安全、燃油经济性、OBD诊断、驾驶性体验等整车表现的重要基础信号。而发动机控制模块总成（ECU）是处理车速信号与ABS轮速信号的中枢神经元，发动机控制模块总成（ECU）处理过后的车速信号才能被整车其它模块引用，所以发动机控制模块总成（ECU）必须能有效地甄别车速传感器车速信号与来自ABS轮速传感器车速信号的可靠性，因此将原有只诊断车速传感器车速信号的诊断策略进行了修改，增加了对来自ABS轮速信号车速的诊断，并将ABS轮速传感器车速信号作为发动机控制模块总成（ECU）的第一优先车速使用，用于定速巡航控制，并在轮速传感器出现故障导致轮速车速信号失效时引用变速箱壳体上的车速传感器车速信号，以实现车辆的安全控制。诊断逻辑如下[2]：

If

//如果第一路车速信号为真

then vroh_w is vfzg_w

//ECU取第一路车速信号为主车速信号

else if

//如果第一路车速信号为假

then vroh_w is vfzg_w and b_vfzabserr is true

//ECU取第二路车速信号为主车速信号并报第一路车速信号故障

else if

//如果两路车速信号都为假

then b_vfzgerr is true

//报车速故障码出来

end if

第一路车速来自ABS轮速信号，第二路车速来自车速传感器信号，并同时对两路车速进行合理性诊断。正常情况下，取第一路车速计算vfzg，第二路车速输入仪表盘；当第一路车速故障时，报第一路车速故障，并取第二路车速计算 vfzg；当两路车速同时发生故障，报两路故障，vfzg=0.试验检验了切换前后车速，两路车速输出及合理性相关功能，包括切换前后车速对比，实际车速输出检查及为造故障验证软件逻辑，并确认故障发生时，故障能进入故障路径，满足故障修复条件时，能够正常修复[3]。车速来自ABS车速波动平稳，双路车速输出正常以及车速IUPR分子正常增长，未发现不符合软件逻辑的情况。试验过程中没有发现存在误判车速故障的情况

5 结束语

根据大量的试验和工况下，在定速巡航过程中发动机控制模块（ECU）采集ABS轮速信号作为车辆的主车速信号，有利于车辆巡航状态时的车速稳定与可靠性，消除了采用变速箱车速传感器车速信号带来的车速不稳定性，提高系统的可靠性和稳定性。并且采用两路车速信号，确保在某一路车速信号出错时依然有备用车速供整车其他模块采用，更提高了整车的安全和可靠性。