一种基于模拟信号和PWM输出的电子油门踏板及控制方法与流程

本发明涉及汽车电子硬件，特别是一种基于模拟信号和pwm输出的电子油门踏板及控制方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，人们生活水平的提高，汽车也逐渐普及。人们对于汽车安全性、可靠性的需求越来越高。油门踏板作为整车上重要的安全器件，其输出信号由内部霍尔传感器产生，经过外部电路到达整车控制单元ecu。因结构和控制方法简单，成本低廉，油门踏板多采用双模拟信号的输出方式，但仍存在下述弊端：

2、例如，公开号为cn105774593a的专利公开了一种新能源电动车双回路踏板控制方法，s1、整车控制器vcu(相当于本技术的ecu)采样一个踏板的两路模拟信号a、b；s2、整车控制器vcu将两路模拟信号a、b进行滤波处理，得到滤除干扰后的信号c；s3、获取两路模拟信号a、b的比值a/b，并判断比值a/b是否在预设范围内，若是，执行步骤s4，若否，拒绝响应踏板；s4、继续判断信号c是否在预设范围内，若是，执行步骤s5，若否，则拒绝响应踏板；s5、清除故障信号，响应信号c开度。此踏板控制方法，通过两路模拟信号电路滤除干扰，识别方法使对两路模拟信号电路的输出信号进行对比，从而增加了识别的准确性，解决了现有单回路踏板信号易受外界干扰，处理不当易造成安全事故的问题；虽然上述方法进行了两路模拟信号的比值判断，但是如果两路模拟信号因为同一个原因发生故障，且两路信号的失效方式相同，两路信号的电压一起发生变化且比值依然为1:1，那么整车控制器就检测不出来踏板已经存在故障，导致汽车的功能安全不能得到保障，并且传统的双模拟电路的耐压和抗扰性能不足，设计也存在单一化。

3、如今，厂商和客户对踏板功能安全性的要求越来越高，部分客户按照iso 26262的标准对踏板提要求，iso 26262标准中包括硬件随机失效率，传统的双模拟信号电路，两路相同的电路设计由于对其信号的输出精度、校验处理一致，产品失效机理相同，容易出现共因失效的情况导致整车无法识别的现象，增加踏板的随机失效率，技术人员可以通过提高硬件质量、增加系统的可靠性降低硬件随机失效率，但是这样的改进仍然不够，因此迫切需要模拟量+pwm信号的方案满足客户对踏板的高安全性要求。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，即传统的两路模拟信号因为同一个原因发生故障，两路信号的电压一起发生变化且比值依然为1:1，整车控制器无法检测出踏板已的故障，因此本发明提供了一种基于模拟信号和pwm输出的电子油门踏板及控制方法，踏板的信号电路使用两种电路设计方案，采用不同的霍尔传感器输出模拟信号和pwm信号，整车ecu获取两路信号的百分比，通过同步度的判断标准识别踏板是否出现故障，避免踏板出现共因失效的情况导致整车无法识别故障，降低了踏板的随机失效率，且增加了电路的耐压和抗扰性能，增加了设计的多样性。

2、本发明提供了一种基于模拟信号和pwm输出的电子油门踏板，电子油门踏板包括踏板本体以及两个由依次连接的输入模块、霍尔模块和输出模块组成的信号电路，两个信号电路分别是模拟信号电路和pwm信号电路，模拟信号电路的霍尔模块采用输出模拟信号的线性霍尔传感器u1，pwm信号电路的霍尔模块采用输出pwm信号的数字霍尔传感器u2，u1和u2分别由独立电源供电。

3、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：模拟信号电路和pwm信号电路的输入模块分别是第一电源输入电路和第二电源输入电路；第一电源输入电路和线性霍尔传感器u1连接，用于对输入电压进行滤波处理，滤除高频信号的杂波干扰后给数字霍尔传感器u1供电；

4、用于对输入电压进行滤波和限流后给数字霍尔传感器u2供电，并对u2进行反向极性保护和抑制电源端的脉冲干扰。

5、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：第一电源输入电路包括磁珠b1、电容c1以及c2，磁珠b1一端连接5v电源，另一端连接电容c1和c2，电容c1一端连接磁珠b1，另一端接地，电容c2一端连接电容c1和线性霍尔传感器u1的vdd端，另一端接地，电容c1和c2与线性霍尔传感器u1的vdd端并联。

6、第二电源输入电路包括二极管d1、抑制瞬态二极管tvs1、磁珠b2、电阻r3以及电容c4和c5，二极管d1的阳极连接12v电源，阴极连接tvs1，抑制瞬态二极管tvs1并联在电路中，一端连接二极管d1和磁珠b2，另一端接地，磁珠b2串接电阻r3后连接电容c4，电容c4和电容c5并联在电路中，电容c4一端连接电阻r3和电容c5，另一端接地，电容c5一端连接电容c4和数字霍尔传感器u2的vdd端。

7、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：模拟信号电路和pwm信号电路的输出模块分别是第一信号匹配电路和第二信号匹配电路；第一信号匹配电路和线性霍尔传感器u1连接，用于对线性霍尔传感器u1的输出信号进行滤波和平滑处理以及限流；

8、第二信号匹配电路和霍尔传感器u2连接，用于对数字霍尔传感器u2的输出信号进行滤波和生成满足要求的pwm波形。

9、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：第一信号匹配电路包括电容c3和电阻r1，电容c3一端连接线性霍尔传感器u1的out端和电阻r1，另一端接地，电容c3和线性霍尔传感器u1的out端并联，电阻r1一端连接线性霍尔传感器u1的out端和电容c3，另一端连接踏板的信号输出端接入整车ecu。

10、第二信号匹配电路包括电容c6和电阻r2以及上拉电阻r4，电容c6一端连接数字霍尔传感器u2的out端和电阻r2，另一端接地，电容c6和数字霍尔传感器u2的out端并联，电阻r2一端连接数字霍尔传感器u2的out端和电容c6，另一端连接电阻r4，电阻r4一端连接电源12v，另一端连接电阻r2并且连接踏板的信号输出端接入整车ecu。

11、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：线性霍尔传感器u1的具体型号为hal2420；数字霍尔传感器u2的具体型号为hal2850。

12、作为本发明所述电子油门踏板的一种优选方案，其中：线性霍尔传感器u1由ecu供电，数字霍尔传感u2由蓄电池供电。

13、本发明还提供一种基于上述电子油门踏板的控制方法，包括如下步骤：

14、步骤1、获取模拟信号电路(1)输出信号对应的百分比a；当踏板通电后模拟信号电路(1)实时输出电压值，整车ecu采集到电压值后，将当前读取的电压值除以当前的供电电压值得到模拟信号对应的百分比a；

15、获取pwm信号电路(2)输出信号对应的百分比b；当踏板供电后，pwm信号电路(2)以预设的频率周期性地输出高低电平信号，整车ecu的pwm信号识别逻辑为一个周期内高电平信号占的比重，比重即pwm信号对应的百分比b；

16、步骤2、踏板未发生位移时，整车ecu将基于步骤s1获取的a和b，分别和相应初始位置的基准值进行比较，如果a和b都未超过设定的阈值，则进行步骤2，否则整车报警；

17、步骤3、踏板发生位移时，整车ecu基于步骤s1以相同的采样频率对a和b进行采样，每连续获取i(i≥4)个数据时，将获取a和b的数据集分别表示为a[i]和b[i]，取出a[i]中的最大值和最小值，将最大值aimax和最小值aimin分别与b[i]中的第2个数据b2比较，计算差值并取绝对值，然后选出最小的差值为min1；

18、取出b[i]中的最大值和最小值，将最大值bimax和最小值bimin分别与a[i]中的第n-1个数据ai-1比较，计算差值并取绝对值，然后选出最小的差值min2；

19、比较上述差值min1和min2，取两者的较大值作为同步度σ输出；

20、如果σ≤阈值，进行步骤4，否则整车报警；

21、此步骤中，一旦踏板恢复初始位置，回到步骤2中；

22、步骤4、选择a2～ai+1和b2～bi+1重复上述步骤；a2即a[i]中第二个数据，ai+1即整车ecu获得的第i+1个a数据，b2即b[i]中第二个数据,bi+1即整车ecu获得的第i+1个b数据。

23、本发明的有益效果：

24、1、本发明基于模拟信号和pwm输出的电子油门踏板的两个信号电路采用两种不同种类的传感器，一路输出模拟信号，一路输出pwm信号，输出的信号类型不同，当由同一故障源导致两路同时失效时，因失效机理不同，所以整车可以通过同步度的判断标准识别出故障，提高了汽车的安全性，降低了踏板的随机失效率。

25、2、两路信号电路的设计不同，增加了油门踏板设计的多样性，能够满足不同客户的需求。

26、3、模拟+pwm方案替换传统的双模信号方案，增加整体的耐压和抗扰性能。