制動(dòng)開關(guān)故障診斷策略研究

黃榮立，張靜

（寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司長興分公司，浙江 湖州 313100）

前言

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電子控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，功能越來越豐富，有些功能的實(shí)現(xiàn)必須通過檢測制動(dòng)開關(guān)的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，如巡航功能不能由制動(dòng)而退出，可能導(dǎo)致車輛失控；如“剎車優(yōu)先”功能不能實(shí)現(xiàn)等。

一般來說，車輛通過制動(dòng)開關(guān)信號(hào)來判斷駕駛員的駕駛需求，即采集到制動(dòng)開關(guān)的輸入信號(hào)后，就點(diǎn)亮制動(dòng)燈，并將制動(dòng)信號(hào)輸入到整車ECU，但是對(duì)于目前不太成熟的控制方式和日益增加的駕駛安全需求問題來說，如果缺乏系統(tǒng)的故障診斷，使得制動(dòng)開關(guān)的一些故障診斷不能有效的實(shí)現(xiàn)檢測和判定，導(dǎo)致故障不能得到及時(shí)處理，從而嚴(yán)重影響汽車的安全駕駛，給用戶帶來安全隱患[1]。

目前汽車廠家對(duì)制動(dòng)開關(guān)的故障診斷方法進(jìn)行大量的研究，主要有兩種：

1）利用真空助力器中的真空度以及其變化量，對(duì)制動(dòng)開關(guān)有無故障進(jìn)行綜合判斷，該方法的缺點(diǎn)是整車所需傳感器增加，安裝空間有限且安裝成本高[2]。

2）利用制動(dòng)開關(guān)和制動(dòng)主缸的壓力識(shí)別真實(shí)制動(dòng)的方法，通過對(duì)制動(dòng)開關(guān)信號(hào)和主缸的壓力信號(hào)進(jìn)行一致性判斷，并根據(jù)當(dāng)前的油門、車速信息進(jìn)行冗余校驗(yàn)，從而準(zhǔn)確判定制動(dòng)信號(hào)的真實(shí)性。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)整車配置要求高，診斷方法通用性低。

針對(duì)目前制動(dòng)開關(guān)的診斷方法通用性低、診斷裝置安裝復(fù)雜、安裝成本高等問題，本文根據(jù)目前制動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理，利用ECU采集到的制動(dòng)開關(guān)信號(hào)、制動(dòng)燈信號(hào)和車速信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)和判斷，來識(shí)別駕駛員的真實(shí)需求，再設(shè)置制動(dòng)信號(hào)相關(guān)性檢測和制動(dòng)信號(hào)合理性檢測，使得制動(dòng)開關(guān)的故障診斷得到有效的檢測和判定。

1 正文

1.1 制動(dòng)開關(guān)工作原理

目前制動(dòng)開關(guān)一般安裝在制動(dòng)踏板上，通過制動(dòng)過程中踏板臂的運(yùn)動(dòng)量來控制制動(dòng)開關(guān)的行程，其電氣結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 制動(dòng)開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

目前制動(dòng)開關(guān)一般為雙回路4針腳通斷開關(guān)，兩路信號(hào)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，相互獨(dú)立控制。

其中一路與ECU串聯(lián)，控制制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的通斷。制動(dòng)踏板無動(dòng)作時(shí)，此組為接通狀態(tài)；制動(dòng)踏板被踩下后，此組變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，此時(shí)ECU認(rèn)為此斷開信號(hào)為剎車信號(hào)。

另外一路與制動(dòng)燈串聯(lián)，控制制動(dòng)燈信號(hào)的通斷；制動(dòng)踏板無動(dòng)作時(shí)，此組為斷開狀態(tài)；制動(dòng)踏板被踩下后，此組為接通狀態(tài)，接通了制動(dòng)燈的電源，制動(dòng)燈亮[3]。

圖2 制動(dòng)開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

一般而言，車輛通過制動(dòng)開關(guān)的行程來判斷駕駛員的駕駛需求，假設(shè)制動(dòng)開關(guān)的總行程X=a3，其開關(guān)通斷行程圖如圖2所示。

表1 制動(dòng)燈信號(hào)和制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的變化

正常情況下，制動(dòng)開關(guān)被壓縮，開關(guān)行程X=0，制動(dòng)燈信號(hào)為off，制動(dòng)燈不亮；制動(dòng)開關(guān)信號(hào)為on，ECU工作正常。在各行程時(shí)，制動(dòng)燈信號(hào)和制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的變化如表 1所示。

表1可知，當(dāng)制動(dòng)開關(guān)行程X＞a1時(shí)，制動(dòng)燈接通，制動(dòng)燈點(diǎn)亮；當(dāng)制動(dòng)開關(guān)行程X＞a2時(shí)，制動(dòng)開關(guān)信號(hào)斷開，ECU檢測到制動(dòng)開關(guān)信號(hào)。然而，當(dāng)制動(dòng)開關(guān)的開關(guān)行程為a1＜X≤a2時(shí)，制動(dòng)開關(guān)與制動(dòng)燈均為接通狀態(tài)，此時(shí)制動(dòng)開關(guān)信號(hào)與制動(dòng)燈信號(hào)變化不統(tǒng)一，從而可能帶來如下一些問題：

1）當(dāng)制動(dòng)開關(guān)裝配不到位，或者出現(xiàn)松動(dòng)，開關(guān)初始行程a1＜X≤a2時(shí)，制動(dòng)燈常亮，ECU工作正常，而駕駛員無法及時(shí)了解到此故障。

2）當(dāng)制動(dòng)踏板固定不牢靠，踏板臂振動(dòng)，且振幅為 a1＜X≤a2時(shí)，制動(dòng)燈偶發(fā)性點(diǎn)亮，ECU工作正常，而駕駛員無法及時(shí)了解到此故障。

1.2 制動(dòng)開關(guān)故障診斷方法

1）制動(dòng)信號(hào)相關(guān)性檢測

通過ECU實(shí)時(shí)采集到的制動(dòng)開關(guān)信號(hào)與制動(dòng)燈信號(hào)，將制動(dòng)開關(guān)信號(hào)和制動(dòng)燈信號(hào)是否發(fā)生變化情況進(jìn)行設(shè)定次數(shù)檢測進(jìn)行校驗(yàn)，以確定判斷制動(dòng)信號(hào)的有效性，當(dāng)兩路信號(hào)都發(fā)生變化時(shí)，認(rèn)為制動(dòng)信號(hào)有效。當(dāng)兩路信號(hào)一路變化另一路不變化時(shí)，則認(rèn)為制動(dòng)信號(hào)無效，其邏輯示意圖如圖 3所示。

圖3 制動(dòng)相關(guān)性檢測邏輯示意圖

以某款車型為例，為避免顛簸路面的強(qiáng)激勵(lì)或駕駛員無意識(shí)的輕點(diǎn)制動(dòng)踏板的行為，開關(guān)行程 X偶發(fā)性的位于 a1到a2之間而出現(xiàn)兩路信號(hào)一路變化另一路不變化，導(dǎo)致誤報(bào)警的情況，故將相關(guān)性檢測的連續(xù)出現(xiàn)次數(shù)達(dá)到第一設(shè)定次數(shù)5次時(shí)，則判定制動(dòng)開關(guān)故障，并通過儀表故障燈的形式提醒駕駛員，需要對(duì)制動(dòng)開關(guān)的安裝狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

2）制動(dòng)信號(hào)合理性檢測

通過對(duì)車速信號(hào)的變化和制動(dòng)開關(guān)信號(hào)及制動(dòng)燈信號(hào)的變化進(jìn)行校驗(yàn)，以確定判斷制動(dòng)信號(hào)的有效性，一旦制動(dòng)信號(hào)發(fā)生故障，整車將會(huì)執(zhí)行保護(hù)措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。其邏輯示意圖如圖4所示。

圖4 制動(dòng)合理性檢測邏輯示意圖

以某款車型為例，車速第一閾值設(shè)定為 20km/h以上并保持1s時(shí)，系統(tǒng)開啟制動(dòng)信號(hào)合理性檢測。同時(shí)通過對(duì)車速的下降速度或者車速下降率的設(shè)定，來識(shí)別排除駕駛員真實(shí)的制動(dòng)需求，為排除車輛滑行的情況，故將車速第二閾值設(shè)定為小于3km/h，或者車速下降率閾值設(shè)定為大于6km/h且持續(xù)2s。當(dāng)系統(tǒng)檢測到車速或車速下降率明顯變化，而制動(dòng)開關(guān)信號(hào)和制動(dòng)燈信號(hào)均未發(fā)生變化，意味著制動(dòng)開關(guān)存在卡滯或裝配不到位，制動(dòng)信號(hào)合理性檢測次數(shù)達(dá)到第二設(shè)定次數(shù)10次時(shí)，則判定制動(dòng)開關(guān)故障。

2 結(jié)論

本文通過 ECU采集到的制動(dòng)燈信號(hào)和制動(dòng)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，并利用ECU采集到的車速信號(hào)進(jìn)行判斷，來識(shí)別駕駛員的真實(shí)需求，再設(shè)置制動(dòng)信號(hào)相關(guān)性檢測和制動(dòng)信號(hào)合理性檢測進(jìn)行一致性判斷，從而提供一種簡單有效、通用性強(qiáng)、可靠性高的制動(dòng)開關(guān)故障診斷方法，使得制動(dòng)開關(guān)的故障診斷得到有效的檢測和判定，從而提升制動(dòng)信號(hào)的診斷精度，一旦發(fā)生故障或制動(dòng)開關(guān)裝配不到位，整車將會(huì)執(zhí)行保護(hù)措施來減少風(fēng)險(xiǎn)。