純電動(dòng)商用車ABS系統(tǒng)故障控制策略研究

【摘" 要】當(dāng)前汽車行業(yè)朝著電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化高速發(fā)展，作為汽車工業(yè)未來發(fā)展的新方向，新能源電動(dòng)汽車近年來呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。純電動(dòng)汽車的安全相比燃油車要求更高，電動(dòng)汽車在發(fā)生碰撞時(shí)可能殃及電池，并導(dǎo)致電池自燃，制動(dòng)系統(tǒng)及ABS系統(tǒng)的可靠性及故障控制研究尤為重要。文章從純電動(dòng)車故障等級(jí)、故障執(zhí)行策略、ABS系統(tǒng)原理、ABS故障碼、故障機(jī)理、故障案例、故障控制等方面進(jìn)行介紹，探討純電動(dòng)商用車ABS系統(tǒng)故障控制策略。

【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車；ABS；故障控制策略

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）02-0052-05

Research on Fault Control Strategy of Electric Commercial Vehicles ABS System

LIU Zhao，LI Bin，ZHANG Shuai

（Xuzhou Xugong Commercial Vehicles Technology Co.，Ltd.，Xuzhou 221000，China）

【Abstract】At present，the automotive industry is developing rapidly towards electrification，intelligence，networking and sharing，as a new direction for the future development of the automobile industry，new energy electric vehicles have shown explosive growth in recent years，and the safety of pure electric vehicles is higher than that of fuel vehicles. This paper introduces the fault level，fault execution strategy，ABS system composition，ABS fault code，fault mechanism，fault case，fault control and other aspects of pure electric vehicle fault level，fault execution strategy，ABS system composition，ABS fault code，fault mechanism，fault case，fault control，etc.，and discusses the fault control strategy of ABS system of pure electric commercial vehicle.

【Key words】electric commercial vehicles；ABS；fault control strategy

0" 引言

近年來，在“雙碳”目標(biāo)及汽車“新四化”浪潮推動(dòng)下，商用車新能源化進(jìn)程進(jìn)一步提速，2024年上半年新能源商用車同比增長120%，累計(jì)滲透率達(dá)到15%。一直以來，車輛安全都是汽車行業(yè)百年不變的話題，從籠式車身、碰撞測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)更迭，再到主被動(dòng)安全LDWS、AEB強(qiáng)標(biāo)，工程師和科學(xué)家們不斷朝著“道路零傷亡”的愿景努力。隨著新能源汽車時(shí)代的到來，相比發(fā)展了一百多年的燃油車，純電動(dòng)汽車的安全性研究尤為重要而緊迫。純電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源于高壓電池，相較于燃油車，純電動(dòng)車碰撞后，電池?cái)D壓和瞬間熱失控帶來的自燃和起火速率非常快，留給駕乘人員逃生的時(shí)間很短，電池包的安全防護(hù)以及高壓電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全尤為重要。

在主動(dòng)安全方面，純電動(dòng)汽車的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)均采用電動(dòng)控制，相比燃油車更好地采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，更容易實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全控制。在車輛主動(dòng)安全中，制動(dòng)系統(tǒng)是保障汽車行駛安全最基本，也是最核心的影響因素，其中ABS汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在汽車制動(dòng)過程中，自動(dòng)調(diào)節(jié)車輪的制動(dòng)力，防止車輪抱死滑移，從而獲得最佳制動(dòng)性能（縮短制動(dòng)距離、增強(qiáng)轉(zhuǎn)向控制能力、提高行駛穩(wěn)定性），減少交通事故。在純電動(dòng)商用車中，商用車本身載重大，純電動(dòng)車高壓零部件較多，車輛存在較多電磁干擾，而ABS對(duì)輪速信號(hào)精度要求高，ABS信號(hào)不準(zhǔn)及系統(tǒng)故障時(shí)，整車控制器的應(yīng)對(duì)策略與車輛安全、能量回收、車輛續(xù)航都息息相關(guān)。本文將從純電動(dòng)汽車故障等級(jí)、故障執(zhí)行策略、ABS系統(tǒng)原理、ABS故障碼、故障機(jī)理、故障案例、故障控制等方面進(jìn)行介紹，探討純電動(dòng)商用車ABS系統(tǒng)故障控制策略。

1" 純電動(dòng)商用車故障等級(jí)

車輛在運(yùn)行過程中，無法避免地會(huì)出現(xiàn)各類大大小小的故障。整車功能層級(jí)主要有驅(qū)動(dòng)控制、能量管理、高壓上下電、高壓安全、絕緣安全和制動(dòng)安全等。VCU在接收到各控制器故障信息時(shí)，首先對(duì)故障進(jìn)行分級(jí)，識(shí)別是何種故障以及故障的嚴(yán)重程度，最后采取相應(yīng)的控制措施。根據(jù)故障嚴(yán)重程度，故障等級(jí)劃分為五級(jí)，定義如下。

1）級(jí)別0：無故障。

2）級(jí)別1：整車上報(bào)一級(jí)故障，VCU故障報(bào)警，儀表顯示故障以提醒駕駛員，故障碼為161～250。

3）級(jí)別2：整車上報(bào)二級(jí)故障，VCU限制轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求，并故障報(bào)警，儀表顯示故障，驅(qū)動(dòng)電機(jī)降功率至50%行駛，故障碼為81～160。

4）級(jí)別3：整車上報(bào)三級(jí)故障，VCU停止轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求，關(guān)閉MCU使能，并故障報(bào)警，儀表顯示故障，故障碼為41～80。

5）級(jí)別4：整車上報(bào)四級(jí)故障，VCU停止轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求，下高壓，并故障報(bào)警，儀表顯示故障，故障碼為1～40。

其中VCU接收ABS控制發(fā)出名稱為“ABS_Error_ State”的故障報(bào)文，故障碼91，此處ABS故障定義為整車二級(jí)故障，車輛執(zhí)行限制轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)降功率至50%行駛；相比燃油車ABS系統(tǒng)故障時(shí)，整車只做報(bào)警提示，純電動(dòng)汽車考慮到車輛安全，將故障等級(jí)提高，防止車輛高速行駛出現(xiàn)不可控的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)車輛報(bào)ABS故障時(shí)，整車能量回收將被限制，以避免車輛制動(dòng)時(shí)無ABS而發(fā)生危險(xiǎn)，因此純電動(dòng)商用車對(duì)ABS系統(tǒng)的可靠性要求更高；當(dāng)VCU接收到ABS_Error_State報(bào)文，無故障信號(hào)，故障恢復(fù)，故障恢復(fù)時(shí)間500ms。

2" ABS系統(tǒng)原理

如圖1所示，ABS系統(tǒng)由ABS總泵（含電子控制單元、電磁閥及電動(dòng)機(jī)）、輪速傳感器、液壓回路和供電線路組成。

如圖2所示，整車提供2路常電、1路ON擋電給ABS電子控制單元，常電是電磁調(diào)節(jié)閥的電源，另一個(gè)來自點(diǎn)火開關(guān)，是ECU的工作電源。左前、右前、左后、右后輪速傳感器分別通過屏蔽雙絞線連接ABS電子控制單元，通過一組CAN線與整車進(jìn)行通信。

ABS的工作原理為：由輪速感應(yīng)器監(jiān)測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速，監(jiān)測(cè)信號(hào)匯集到電子控制器內(nèi)分析，一旦監(jiān)測(cè)到車輪快要抱死時(shí)，電子控制器會(huì)發(fā)出指令給電磁調(diào)節(jié)器，由它控制油壓分配閥調(diào)節(jié)各個(gè)車輪的制動(dòng)分泵，以“一放一收”的點(diǎn)放形式來控制制動(dòng)摩擦片，解除車輪的抱死現(xiàn)象，車速變化如圖3所示。用點(diǎn)放形式來制動(dòng)，即可急劇降低輪速，又可保持輪胎與地面的附著力。ABS的工作過程實(shí)際上是抱死→松開→抱死→松開的循環(huán)工作過程，使車輛始終處于臨界抱死的間隙滾動(dòng)狀態(tài)，有效地克服緊急制動(dòng)時(shí)的跑偏、側(cè)滑、甩尾，防止車身失控等情況的發(fā)生。

3" ABS故障碼及機(jī)理

ABS從1～29共設(shè)置29個(gè)故障碼，可以通過儀表、診斷儀和監(jiān)控平臺(tái)查詢車輛上報(bào)故障碼，根據(jù)故障產(chǎn)生條件進(jìn)行排查。ABS故障共分為六大類：電源故障、傳感器故障、電機(jī)故障、進(jìn)油閥故障、ECU硬件故障和CAN總線故障。故障判斷條件及恢復(fù)條件詳見表1。

以常見輪速傳感器信號(hào)故障為例。故障代碼設(shè)為4、5、7、8、10、11、13、14。

3.1" 故障設(shè)置條件

1）ECU檢測(cè)到輪速傳感器信號(hào)線對(duì)電源短路。

2）ECU檢測(cè)到輪速傳感器電源線對(duì)地短路。

3）輪速傳感器信號(hào)異常。

3.2" 故障可能原因

1）輪速傳感器線路斷開，接插松動(dòng)、斷裂。

2）輪速傳感器信號(hào)線對(duì)電源短路。

3）輪速傳感器電源線對(duì)地短路。

4）齒圈未安裝，缺齒，齒圈臟有異物，退磁，齒圈偏心。

5）傳感器與齒圈之間的氣隙過大。

6）輪速傳感器受到外界磁場(chǎng)干擾（車輪或車軸未退磁）。

7）輪速傳感器內(nèi)部故障。

8）齒圈齒數(shù)錯(cuò)誤。

9）輪胎尺寸不合規(guī)范或輪胎氣壓過低。

3.3" 診斷步驟（圖4）

1）對(duì)于輪速傳感器信號(hào)故障，故障排除后，必須將車輛啟動(dòng)并加速到約40km/h，ABS警告燈才能熄滅。

2）不要測(cè)量輪速傳感器到ECU的供電電壓，輪速傳感器回路中只要存在開路，ECU就會(huì)自動(dòng)停止供電，直到下一次點(diǎn)火自檢之后才會(huì)恢復(fù)供電。

3.4" 故障碼清除

在5s內(nèi)連續(xù)踩8次制動(dòng)踏板，即清除故障代碼。若警告燈滅了，則表示ABS存在一些動(dòng)態(tài)故障；若警告燈仍然亮，則表示ABS系統(tǒng)還存在靜態(tài)故障，需查清故障原因，消除故障后ABS方可正常工作。

4" 故障案例及控制

4.1" 故障現(xiàn)象

儀表偶發(fā)ABS黃色指示燈亮，在低速時(shí)制動(dòng)踏板彈腳，剎不住車。

4.2" 故障分析

因車輛是偶發(fā)性故障，服務(wù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，故障并未再現(xiàn)。首先查看車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，從故障統(tǒng)計(jì)里可以看到該車曾上報(bào)故障碼13——右后輪速傳感器信號(hào)不穩(wěn)定/范圍過大/間歇性故障；安排人員實(shí)車跟蹤，捕捉到故障數(shù)據(jù)，從故障輪速信號(hào)數(shù)據(jù)波形圖（圖5）可以看到，在車輛制動(dòng)過程中，在車速10km/h上下時(shí)，左后輪速信號(hào)存在尖峰波動(dòng)，ECU判斷車輛緊急制動(dòng)，ABS介入工作，導(dǎo)致制動(dòng)踏板彈腳，剎不住車。從波形圖中可以看出右后輪速信號(hào)一直波動(dòng)，拆解右后輪，齒圈和傳感器表面存在大量油污，進(jìn)一步拆解發(fā)現(xiàn)齒圈油封破損導(dǎo)致產(chǎn)生油污干擾輪速信號(hào)，如圖6所示。

4.3" 故障改進(jìn)

該ABS系統(tǒng)采用磁電式輪速傳感器，當(dāng)齒圈的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率也變化，ABS電控單元通過檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率來檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，該結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但磁電式傳感器輸出信號(hào)的幅值隨轉(zhuǎn)速變化而變化。若車速過慢，其輸出信號(hào)低于1V，電控單元就無法檢測(cè)，磁電式傳感器輪速信號(hào)如圖7所示。

國內(nèi)外磁電式ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15～160km/h，當(dāng)車速過低時(shí)，電磁感應(yīng)式輪速傳感器對(duì)安裝間隙和表面清潔度要求比較高，這解釋了上述案例中傳感器和齒圈表面油污導(dǎo)致低速ABS誤工作。如若采用霍爾式輪速傳感器，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得穿過霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，因而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一個(gè)毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，其輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，抗電磁波干擾能力強(qiáng)，可以很好地解決此問題。

5" 結(jié)語

純電動(dòng)汽車的安全性要求高，制動(dòng)系統(tǒng)是保障汽車行駛安全最基本，也是最核心的影響因素，其中ABS系統(tǒng)又是主動(dòng)制動(dòng)安全的基礎(chǔ)。純電動(dòng)汽車對(duì)ABS整個(gè)系統(tǒng)的可靠性要求更高，ECU、傳感器、電磁閥、傳導(dǎo)線束等硬件需要新一輪的技術(shù)提升。在軟件及故障控制策略上，也需要根據(jù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、故障嚴(yán)重度、實(shí)車跟蹤測(cè)試制定更合理的控制策略。

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（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2024-07-30

作者簡介：劉" 釗（1991—），男，研究方向?yàn)槠囯娖鳌⑵嚳刂破鳌?/p>