某牽引車型EBS 氣壓故障分析與優化驗證

黃 河，許 歡，趙雷雷，蘇國營，張 彬，武萌雅

（德創未來汽車科技有限公司，陜西 西安 713700）

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

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

1 故障現象

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

2 故障監測原理

該重型牽引車型EBS 系統主要由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系統是整車CAN總線獲取車輛狀態信息，通過內部CAN總線獲取輪速、制動壓力、摩擦片狀態等信息，FBM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行、檢測、反饋形成閉環控制。

在已知供氣壓力（Air1報文）情況下，EBS系統中央控制器ECU會根據FBM踏板深度結合整車狀態信息計算各氣室需要的制動壓力，通過內部總線由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不能夠滿足EBS判斷所需的壓力（氣室壓力偏大或者偏?。?，EBS系統中央控制器ECU會報EPM壓力不可信故障。

3 故障分析

根據EBS系統EPM氣壓不可信故障的監測原理，結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羅列順序依次進行實車排查。經實車氣管路管徑排查測量、氣密性檢查，確認氣管路不存在管徑與設計狀態不一致、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，經梳理，EBS系統整車氣源壓力獲取原理和EBS系統氣室執行壓力的監測原理如圖1所示。

圖1 EBS系統原理框圖

CCM采集前后橋回路氣源壓力模擬量后，經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總線發送給EBS系統中央控制器ECU；同時，EBS系統各EPM模塊在22口內置氣壓傳感器監測對應氣室執行的氣壓信息，EBS系統中央控制器ECU接收內網CAN總線EPM模塊反饋的氣室執行氣壓信息。前后橋回路氣源壓力是否準確，需要對比CCM發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型高精度數顯氣壓表測量前后橋回路氣壓的物理觀測值。通過斷續的踩制動踏板改變整車氣壓值，分別對前后橋實車氣壓進行采集，不同氣壓下CCM發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

數據分析發現：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發送的氣源壓力總線值不準確導致的，需要優化CCM氣壓壓力精度后繼續驗證。

根據整車功能分配，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轉化由CCM完成。APU與CCM分別布置在左右縱梁，發動機、發電機等容易產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、觸點開關等大量感性負載的瞬間動作，會產生寬頻譜高能量的瞬變干擾。

4 解決方案及優化驗證

根據上述分析，針對CCM發送的前后橋回路氣壓總線測量值不準確的問題，從采樣電路優化、軟件濾波兩個方面進行分析、優化驗證。

4.1 硬件優化

考慮采樣電路的環境電磁干擾，同時采樣電路為弱信號的小功率應用，前級輸入阻抗相對足夠小，對采樣電路做如下優化：在信號輸入側增加無源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 軟件優化

考慮總線氣壓值的隨機波動及APU、EBS的采樣頻率，采用加權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一步逼近物理觀測值。

經實車驗證，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化提升情況，分別計算優化前后的氣壓總線測量值的均方根誤差RMSE對比。根據均方根誤差定義：

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

經計算：RMSE=0.490；RMSE=0.458；

RMSE=0.072；RMSE=0.074。

故：

綜上，經過優化，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，優化效果顯著。

經實車驗證，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

本文針對某重型牽引車EBS系統在整車試驗過程中出現的一種EPM氣壓不可信故障報警，分析了故障監測原理、潛在故障類型。排除氣路相關的潛在原因后，針對氣源壓力不準確問題，從整車匹配角度出發，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。經過軟硬件優化，氣壓總線測量值的均方根誤差有明顯提升；經實車驗證，氣壓不可信報警問題得到解決。