制動開關(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，有些功能的實現(xiàn)必須通過檢測制動開關(guān)的狀態(tài)來實現(xiàn)，如巡航功能不能由制動而退出，可能導(dǎo)致車輛失控；如“剎車優(yōu)先”功能不能實現(xiàn)等。

一般來說，車輛通過制動開關(guān)信號來判斷駕駛員的駕駛需求，即采集到制動開關(guān)的輸入信號后，就點亮制動燈，并將制動信號輸入到整車ECU，但是對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，使得制動開關(guān)的一些故障診斷不能有效的實現(xiàn)檢測和判定，導(dǎo)致故障不能得到及時處理，從而嚴(yán)重影響汽車的安全駕駛，給用戶帶來安全隱患[1]。

目前汽車廠家對制動開關(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，對制動開關(guān)有無故障進(jìn)行綜合判斷，該方法的缺點是整車所需傳感器增加，安裝空間有限且安裝成本高[2]。

2）利用制動開關(guān)和制動主缸的壓力識別真實制動的方法，通過對制動開關(guān)信號和主缸的壓力信號進(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，從而準(zhǔn)確判定制動信號的真實性。該方法的缺點是對整車配置要求高，診斷方法通用性低。

針對目前制動開關(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)目前制動開關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理，利用ECU采集到的制動開關(guān)信號、制動燈信號和車速信號進(jìn)行校驗和判斷，來識別駕駛員的真實需求，再設(shè)置制動信號相關(guān)性檢測和制動信號合理性檢測，使得制動開關(guān)的故障診斷得到有效的檢測和判定。

1 正文

1.1 制動開關(guān)工作原理

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

圖1 制動開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

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

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

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

圖2 制動開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

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

表1 制動燈信號和制動開關(guān)信號的變化

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

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

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

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

1.2 制動開關(guān)故障診斷方法

1）制動信號相關(guān)性檢測

通過ECU實時采集到的制動開關(guān)信號與制動燈信號，將制動開關(guān)信號和制動燈信號是否發(fā)生變化情況進(jìn)行設(shè)定次數(shù)檢測進(jìn)行校驗，以確定判斷制動信號的有效性，當(dāng)兩路信號都發(fā)生變化時，認(rèn)為制動信號有效。當(dāng)兩路信號一路變化另一路不變化時，則認(rèn)為制動信號無效，其邏輯示意圖如圖 3所示。

圖3 制動相關(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激勵或駕駛員無意識的輕點制動踏板的行為，開關(guān)行程 X偶發(fā)性的位于 a1到a2之間而出現(xiàn)兩路信號一路變化另一路不變化，導(dǎo)致誤報警的情況，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，則判定制動開關(guān)故障，并通過儀表故障燈的形式提醒駕駛員，需要對制動開關(guān)的安裝狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

2）制動信號合理性檢測

通過對車速信號的變化和制動開關(guān)信號及制動燈信號的變化進(jìn)行校驗，以確定判斷制動信號的有效性，一旦制動信號發(fā)生故障，整車將會執(zhí)行保護(hù)措施來降低風(fēng)險。其邏輯示意圖如圖4所示。

圖4 制動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，系統(tǒng)開啟制動信號合理性檢測。同時通過對車速的下降速度或者車速下降率的設(shè)定，來識別排除駕駛員真實的制動需求，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，而制動開關(guān)信號和制動燈信號均未發(fā)生變化，意味著制動開關(guān)存在卡滯或裝配不到位，制動信號合理性檢測次數(shù)達(dá)到第二設(shè)定次數(shù)10次時，則判定制動開關(guān)故障。

2 結(jié)論

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