黃 河，許 歡，趙雷雷，蘇國營，張 彬，武萌雅

（德創(chuàng)未來汽車科技有限公司，陜西 西安 713700）

從汽車誕生時起，制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色，特別是近年來，隨著國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)向著電動化、智能化的方向加速發(fā)展，電控制動系統(tǒng)（EBS，Electronically Controlled Brake System）成為智能駕駛汽車不可或缺的執(zhí)行系統(tǒng)。與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)相比，EBS系統(tǒng)采用電控氣制動，消除了機(jī)械制動響應(yīng)時間慢、制動舒適性差等缺點。

同時，由于EBS系統(tǒng)涉及行車安全，其具有可靠性要求高、故障類型多、故障分析復(fù)雜等特點。本文針對EBS系統(tǒng)在整車試驗過程中出現(xiàn)的一種故障報警展開分析與優(yōu)化驗證。

1 故障現(xiàn)象

某重型牽引車型在整車試驗過程中EBS系統(tǒng)中央控制器報“EPM（Electro-Pneumatic Module）氣壓不可信”故障，觸發(fā)儀表EBS紅燈點亮，導(dǎo)致電控制動功能失效。該故障報警現(xiàn)象在整車氣壓低時出現(xiàn)頻次更高，整車氣壓較低時深踩制動踏板情況下尤其容易出現(xiàn)。

2 故障監(jiān)測原理

該重型牽引車型EBS 系統(tǒng)主要由Foot Brake Module（FBM，腳閥模塊）、Electro-Pneumatic Module（EPM，電子壓力控制模塊）、Pressure Control Valve（PCV，壓力控制閥）、Electronic Control Unit（ECU，電子控制單元）、Air Process Unit（空氣處理單元）以及輪速觸感器等模塊組成。EBS系統(tǒng)是整車CAN總線獲取車輛狀態(tài)信息，通過內(nèi)部CAN總線獲取輪速、制動壓力、摩擦片狀態(tài)等信息，F(xiàn)BM及外部制動請求獲取減速度控制需求等信息，中央ECU通過獲取的信息計算各制動氣室的制動壓力，各橋模塊（EPM）接收中央ECU的制動壓力信息并執(zhí)行、檢測、反饋形成閉環(huán)控制。

在已知供氣壓力（Air1報文）情況下，EBS系統(tǒng)中央控制器ECU會根據(jù)FBM踏板深度結(jié)合整車狀態(tài)信息計算各氣室需要的制動壓力，通過內(nèi)部總線由EPM模塊對各個制動氣室施加制動壓力；如果氣室的制動壓力在一定時間內(nèi)不能夠滿足EBS判斷所需的壓力（氣室壓力偏大或者偏小），EBS系統(tǒng)中央控制器ECU會報EPM壓力不可信故障。

3 故障分析

根據(jù)EBS系統(tǒng)EPM氣壓不可信故障的監(jiān)測原理，結(jié)合整車氣路及電氣原理，EPM氣壓不可信的原因可以分為表1所示的3類。

表1 故障原因分類

針對以上潛在原因，堅持由易到難、由簡到繁的排查原則，按表1羅列順序依次進(jìn)行實車排查。經(jīng)實車氣管路管徑排查測量、氣密性檢查，確認(rèn)氣管路不存在管徑與設(shè)計狀態(tài)不一致、氣管路打折或者漏氣的情況，排除潛在原因1和2。

針對潛在原因3，經(jīng)梳理，EBS系統(tǒng)整車氣源壓力獲取原理和EBS系統(tǒng)氣室執(zhí)行壓力的監(jiān)測原理如圖1所示。

圖1 EBS系統(tǒng)原理框圖

CCM采集前后橋回路氣源壓力模擬量后，經(jīng)AD處理得到整車氣源壓力總線值（前后橋回路氣壓總線測量值），并以AIR報文封裝后通過整車CAN總線發(fā)送給EBS系統(tǒng)中央控制器ECU；同時，EBS系統(tǒng)各EPM模塊在22口內(nèi)置氣壓傳感器監(jiān)測對應(yīng)氣室執(zhí)行的氣壓信息，EBS系統(tǒng)中央控制器ECU接收內(nèi)網(wǎng)CAN總線EPM模塊反饋的氣室執(zhí)行氣壓信息。前后橋回路氣源壓力是否準(zhǔn)確，需要對比CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測量值與前后橋回路的真實氣壓值。測試中在CCM氣壓采樣點處通過三通連接FK-Y290型高精度數(shù)顯氣壓表測量前后橋回路氣壓的物理觀測值。通過斷續(xù)的踩制動踏板改變整車氣壓值，分別對前后橋?qū)嵻嚉鈮哼M(jìn)行采集，不同氣壓下CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測量值、物理觀測值及其偏差值記錄見表2。

表2 氣壓測量值記錄表

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：在實際氣壓值（前后橋回路氣壓的物理觀測值）≥5.5bar時，CCM計算的氣壓總線測量值能夠相對較好地跟隨實際氣壓值（物理觀測值），差值范圍為[0.08，0.14]；在實際氣壓值＜5.5bar時，CCM計算的氣壓總線值與實際氣壓值出現(xiàn)相對明顯差異，差值范圍[-1，0.1]。

綜上，在低氣壓時，前后橋回路的氣源壓力與實際氣壓值偏差較大。EPM氣壓不可信的原因很有可能是CCM發(fā)送的氣源壓力總線值不準(zhǔn)確導(dǎo)致的，需要優(yōu)化CCM氣壓壓力精度后繼續(xù)驗證。

根據(jù)整車功能分配，采集前后橋回路的氣壓傳感器位于空氣處理單元（APU）中，而氣壓信號AD轉(zhuǎn)化由CCM完成。APU與CCM分別布置在左右縱梁，發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)等容易產(chǎn)生電磁干擾的零部件布置于左右縱梁之間，車輛運行中電磁閥、觸點開關(guān)等大量感性負(fù)載的瞬間動作，會產(chǎn)生寬頻譜高能量的瞬變干擾。

4 解決方案及優(yōu)化驗證

根據(jù)上述分析，針對CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測量值不準(zhǔn)確的問題，從采樣電路優(yōu)化、軟件濾波兩個方面進(jìn)行分析、優(yōu)化驗證。

4.1 硬件優(yōu)化

考慮采樣電路的環(huán)境電磁干擾，同時采樣電路為弱信號的小功率應(yīng)用，前級輸入阻抗相對足夠小，對采樣電路做如下優(yōu)化：在信號輸入側(cè)增加無源RC低通濾波器，以抑制高頻干擾信號。增加RC濾波的采樣電路如圖2所示。

圖2 增加RC濾波的采樣電路

4.2 軟件優(yōu)化

考慮總線氣壓值的隨機(jī)波動及APU、EBS的采樣頻率，采用加權(quán)遞推均值濾波的方法，主動弱化異常AD值對總線測量值的影響，前后橋回路氣壓總線測量值進(jìn)一步逼近物理觀測值。

經(jīng)實車驗證，前后橋回路氣壓總線測量值與前后橋回路氣壓的物理觀測值記錄見表3。

表3 優(yōu)化后氣壓測量值記錄表

為對比前后橋回路氣壓總線測量值的優(yōu)化提升情況，分別計算優(yōu)化前后的氣壓總線測量值的均方根誤差RMSE對比。根據(jù)均方根誤差定義：

式中：RMSE——氣壓總線測量值的均方根誤差；i=1，表示優(yōu)化前；i=2，表示優(yōu)化后；j=1，表示優(yōu)化前橋回路；j=2，表示后橋回路；obs——氣壓總線測量值；pre——氣壓物理觀測值。

經(jīng)計算：RMSE=0.490；RMSE=0.458；

RMSE=0.072；RMSE=0.074。

故：

綜上，經(jīng)過優(yōu)化，前后橋回路的氣壓總線測量值的均方根誤差分別提升0.418bar、0.384bar，優(yōu)化效果顯著。

經(jīng)實車驗證，在整車氣壓較低時，深踩制動踏板，EBS不再報氣壓不可信故障，故障解除。

5 總結(jié)

本文針對某重型牽引車EBS系統(tǒng)在整車試驗過程中出現(xiàn)的一種EPM氣壓不可信故障報警，分析了故障監(jiān)測原理、潛在故障類型。排除氣路相關(guān)的潛在原因后，針對氣源壓力不準(zhǔn)確問題，從整車匹配角度出發(fā)，重點分析了前后前回路氣源壓力采集與氣路控制回路氣壓反饋的硬件電路，提出通過軟硬件濾波方法提升氣源壓力采集精度。經(jīng)過軟硬件優(yōu)化，氣壓總線測量值的均方根誤差有明顯提升；經(jīng)實車驗證，氣壓不可信報警問題得到解決。