Simulink油门踏板信号解析及故障判定模型搭建方法

一、油门踏板的电气特性

油门踏板传感器原理如图所示，分为2路，每1路由电源正，地线供电；油门踏板传感器一般为电位器传感器，由信号输出端根据油门踏板开度值输出电压值，油门电信号输出特性如图2所示。

二、油门踏板信号的解析及故障判定原理

1、油门信号解析

油门踏板信号作为一种电压模拟信号，一般电压范围为0-5V，会随着油门踏板踩下的角度变化输出一个线性变化的电压。比如上图所示的加速油门踏板信号输出特性，信号1范围为0.75±0.05V-4.4±0.1V，信号2范围为0.375±0.05V-2.2±0.1V。

两路踏板的电压信号一般为2倍关系，通过对2路油门信号的解析，分别得到2个油门踏板开度值。

2、油门故障判定

油门故障一般分为3类，油门供电电压超限故障、油门信号电压超限故障及2路油门信号差异过大故障。

油门供电电压超限故障：VCU根据采集的2路油门供电电压，一般正常范围为5±0.1V即4.9V-5.1V，故障判定条件为超出正常范围大于1s，故障恢复条件为回到正常范围大于2s

油门信号电压超限故障：VCU根据采集的2路油门信号电压，根据油门踏板信号输出特性，超出油门信号最大范围判定为油门踏板信号超限故障，比如信号1超出0.7-4.5V，信号2超出0.325-2.3V，一般情况会在油门踏板输出信号范围基础上考虑信号传导过程的阻抗，进行适当的扩大以提高容错性。比如信号1油门信号超限判定范围为0.6-4.6V，信号2油门信号超限判定范围为0.225-2.4V。

2路油门信号差异过大故障：VCU根据采集的2路油门信号， 踏板开度信号 1 和踏板开度信号 2 对应的开度信息差异在|u1-2u2|≤0.5V 范围内，判断踏板开度同步，若不在此范围内，并报加速踏板差异过大故障.

三、油门踏板信号解析及故障判定模型搭建

1、输入输出信号定义

输入信号

AD_APBat1：油门踏板信号1供电电压

AD_APBat2：油门踏板信号2供电电压

AP1Volt：油门踏板信号1采集电压

AP2Volt：油门踏板信号2采集电压

输出信号

APBat1_Flt：油门踏板信号1供电电压超限故障

APBat2_Flt：油门踏板信号2供电电压超限故障

AP1_Pc：油门踏板信号1开度值

AP1OvPc_Flt：油门踏板信号1电压超限故障

AP2_Pc：油门踏板信号2开度值

AP2OvPc_Flt：油门踏板信号2电压超限故障

APDiff_Flt：两路油门踏板信号开度差异过大故障

APVolt_Flt：油门踏板故障（两路油门踏板均有故障）

AP_Pc：最终输出的油门踏板开度值

2、供电电压故障判定模块建模

1）新建AD_APBat1输入信号；

2）设置故障判定条件，当判断接收到的油门踏板1供电电压大于5.1V或小于4.9V判定为故障，由于采集到的电压值是以mV为单位，所以此处故障电压范围设置条件为5100和4900；

3）进行故障判定计时，程序运行为离散型定步长，步长为10ms，因此判定故障条件时间大于1s，判定计数个数为100个周期，判定故障恢复条件时间大于2s，判定计数个数为200个周期。（关于延时判定模块的具体设置方法及解释，在之前发布的《实例讲解Simulink模拟信号滤波处理、信号解析及仿真测试验证方法》有相关介绍，此处不再赘述）

4）经过计时模块后，输出故障判定结果APBat1_Flt，为避免信号线交叉导致模型看起来混乱不清晰，此处将输出信号以goto模块的形式输出，以备后边的逻辑使用

5）同样的方式建立油门踏板2供电电压故障判定模块

3、油门信号解析及油门信号开度超限故障判定模块建模

1）新建AP1Volt输入信号

2）根据油门信号开度超限故障判定条件进行故障判定模块的搭建，即当采集到的AP1Volt大于4600mv或小于600mv时，判定为油门踏板1信号开度超限故障

3）根据加速油门踏板信号输出特性图，新建1-D Lookup Table查表模块，将接收的油门踏板信号1电压值解析为油门开度值0-100%，此处为了避免按照油门输出的特性电压范围存在在起始和结束区间如果存在电压波动，会造成解析出的油门开度频繁波动，因此一般油门开度解析使用的电压范围要小于油门踏板信号输出特性的电压范围，比如油门踏板1的油门开度0-100%对应的电压值范围为920mv-3800mv，此范围可综合结合油门踏板感标定调整。

4）将输入信号AP1Volt、输出信号AP1_Pc、AP1OvPc_Flt以goto模块输出，以备后边控制逻辑使用。

5）以同样的方式对油门踏板2信号解析及油门信号开度超限故障判定进行建模

4、两路油门信号开度差异过大故障判定模块建模

1）从AP1Volt goto信号生成AP1Volt From信号。

具体操作为将鼠标放置在AP1Volt Goto模块上，右侧会出现蓝色箭头图标，点击红框蓝色箭头图标，拖动至模型空白处，得到AP1Volt From模块

2）根据两路油门踏板信号开度差异过大故障判定条件，进行故障判定模块模型搭建，即当|AP1Volt-2AP2Volt|≥500mv判定为两路油门踏板信号开度差异过大故障

3）新建APDiff_Flt两路油门踏板信号开度差异过大故障输出信号及Goto信号，以备后边控制逻辑使用。

5、油门踏板故障（两路油门踏板均有故障）故障判定模块搭建

1）从AP1OvPc_Flt goto信号生成AP1OvPc_Flt From信号，从APBat2_Flt goto信号生成APBat2_Flt  From信号，从APBat2_Flt goto信号生成APBat2_Flt From信号，从AP2OvPc_Flt goto信号生成AP2OvPc_Flt From信号。

2）根据油门踏板故障（两路油门踏板均有故障）故障判定条件，即油门踏板1及油门踏板2同时发生故障时，判定为油门踏板故障

3）新建APVolt_Flt输出信号及AP1Flt、AP2Flt goto信号，以备后边控制逻辑使用。

6、综合判断后输出最终的油门踏板开度值模型搭建

1）分别生成AP2Flt、AP1Flt、APDiff_Flt、AP1_Pc、AP2_Pc From信号

2）分别将AP2Flt、AP1Flt、APDiff_Flt信号数据类型转换为uint8，然后进行AP2Flt *4、AP1Flt*2、APDiff_Flt*1计算后相加，得到的求和值输入给Multiport Switch模块，根据计算的数值不同选择不同的油门踏板开度值输出。

3）Multiport Switch模块数据端口顺序选择从0开始连续，数据端口数量填写8。

4）当求和值等于0或1时，表明没有油门故障或有两路油门踏板信号开度差异过大故障，此时选择输出两路油门踏板信号解析开度值的较小值作为油门踏板开度值输出

当求和值等于2或3时，表明有油门踏板1故障或同时存在两路油门踏板信号开度差异过大故障，此时选择输出油门踏板信号2开度值作为油门踏板开度值输出

当求和值等于4或5时，表明有油门踏板2故障或同时存在两路油门踏板信号开度差异过大故障，此时选择输出油门踏板信号1开度值作为油门踏板开度值输出

当求和值等于6或7时，表明有油门踏板1故障及油门踏板2故障或同时存在两路油门踏板信号开度差异过大故障，此时选择输出油门踏板开度值为0

7、整个油门踏板滤波、解析及故障判断模型

其中滤波模型在之前发布的《实例讲解Simulink模拟信号滤波处理、信号解析及仿真测试验证方法》中有介绍，此处采用同样方法，不再赘述

四、总结

本文系统的介绍了油门踏板电气原理，油门踏板信号滤波处理、信号解析、故障判定策略及模型搭建方法，希望能给相关技术人员带来一些参考和帮助。