傳感器故障根據(jù)故障后的信號(hào)表現(xiàn)形式主要可以分成3種：傳感器卡滯故障、傳感器增益故障、傳感器恒偏差故障。由于實(shí)際故障是危險(xiǎn)的、不易發(fā)生的，因此通過算法模型模擬傳感器故障信號(hào)進(jìn)行電流傳感器故障注入，故障注入試驗(yàn)列表如表3所示。為方便繪圖與說明，將電流傳感器無(wú)故障狀態(tài)定義為故障狀態(tài)0，單相電流傳感器故障為故障狀態(tài)1，相電流傳感器故障為故障狀態(tài)2。

表3 故障注入試驗(yàn)列表

故障注入試驗(yàn) 1 為基礎(chǔ)制動(dòng)功能下單相電流傳感器故障，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。在注入卡滯故障后，C相電流發(fā)生突變，殘差立刻超過閾值，在超過閾值狀態(tài)下維持10ms后，判定C相電流傳感器故障。由于是單相電流傳感器故障，故障狀態(tài)為1，采用基于坐標(biāo)變換的軟件冗余容錯(cuò)控制方法仍由IBC進(jìn)行制動(dòng)，使a相與A相軸線處于同一方向的坐標(biāo)變換完成控制，從制動(dòng)壓力控制情況可以看到制動(dòng)系統(tǒng)仍可根據(jù)目標(biāo)壓力完成建壓動(dòng)作。

圖11 故障注入試驗(yàn)1測(cè)試結(jié)果

故障注入試驗(yàn)2為基礎(chǔ)制動(dòng)功能下多相電流傳感器故障，試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。在制動(dòng)前分別向B相和C相注入卡滯和偏差故障后，兩相電流殘差均立刻超過閾值，在超過閾值狀態(tài)下維持10ms后，判定B相和C相電流傳感器故障。由于是多相電流傳感器故障，故障狀態(tài)為2，在輸出傳感器故障狀態(tài)的同時(shí)，IBC進(jìn)入機(jī)械備份狀態(tài)，同時(shí)向RBU發(fā)送激活信號(hào)，由RBU對(duì)兩前輪輪缸建壓。從制動(dòng)壓力曲線可以看到，前輪可以由RBU建壓達(dá)到目標(biāo)壓力，完成制動(dòng)動(dòng)作。

圖12  故障注入試驗(yàn)2測(cè)試結(jié)果

故障注入試驗(yàn)3為主動(dòng)制動(dòng)功能下單相電流傳感器故障，試驗(yàn)結(jié)果如圖 13 所示。由圖 13 可見：在制動(dòng)初期電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)電流出現(xiàn)較大波動(dòng)造成1.6s 左右殘差信號(hào)短暫超過閾值，從圖 13（b）的局部放大圖中可以看到，此時(shí)電流殘差信號(hào)雖然存在短暫超過閾值的現(xiàn)象，但持續(xù)時(shí)間未超過10ms的時(shí)間閾值，因此判定為無(wú)故障。在注入增益故障后，B相電流發(fā)生突變，殘差立刻超過閾值，在超過閾值狀態(tài)下維持10ms后，判定B相電流傳感器故障。由于是單相電流傳感器故障，故障狀態(tài)為1，采用基于坐標(biāo)變換的軟件冗余容錯(cuò)控制方法仍由IBC進(jìn)行制動(dòng)，由a相與C相軸線處于同一方向的坐標(biāo)變換完成控制，從制動(dòng)壓力控制情況可以看到制動(dòng)系統(tǒng)仍可根據(jù)目標(biāo)壓力完成建壓動(dòng)作。由于本文采用的故障診斷算法在診斷出故障后需手動(dòng)重置故障狀態(tài)，因此在4～5s期間雖然由于電流殘差低于閾值，但是故障狀態(tài)依然為1，由基于坐標(biāo)變換的軟件冗余容錯(cuò)控制完成制動(dòng)動(dòng)作。

圖13 故障注入試驗(yàn)3測(cè)試結(jié)果

故障注入試驗(yàn)4為主動(dòng)制動(dòng)功能下多相電流傳感器故障，試驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。由圖14可見：同樣地，由于制動(dòng)初期電機(jī)電流波動(dòng)較大，導(dǎo)致1.5s左右殘差信號(hào)短暫超過閾值，但從圖14（b）中的局部放大圖中可以看到，其持續(xù)時(shí)間未超過10ms的時(shí)間閾值，因此判定為無(wú)故障。在注入故障后，由于A相電流傳感器為增益故障，在故障注入時(shí)刻A相電流信號(hào)接近為0，未能立刻檢測(cè)出故障；C相電流傳感器為偏差故障，電流信號(hào)發(fā)生突變，殘差立刻增大，超出時(shí)間閾值10ms后，判斷C相電流傳感器故障，為單相電流傳感器故障，故障狀態(tài)為1，仍由IBC進(jìn)行制動(dòng)；待A相電流開始變大，殘差增加并于3.498s時(shí)超過閾值，在維持10ms到達(dá)3.508s后判定A相電流傳感器故障，此時(shí)A、C相電流傳感器皆為故障，為多相電流傳感器故障，故障狀態(tài)為2，在輸出傳感器故障狀態(tài)的同時(shí)，IBC進(jìn)入機(jī)械備份狀態(tài)，同時(shí)向RBU發(fā)送激活信號(hào)，由RBU對(duì)前輪輪缸建壓。從圖14（d）可以看到，在由IBC切換到RBU控制后，重新計(jì)算目標(biāo)壓力對(duì)前輪輪缸壓力進(jìn)行控制，同時(shí)后輪泄壓，由建壓結(jié)果可知前輪由RBU建壓達(dá)到目標(biāo)壓力，完成制動(dòng)動(dòng)作。

圖14 故障注入試驗(yàn)4測(cè)試結(jié)果

上述故障1～4的故障注入試驗(yàn)結(jié)果可以說明，在基礎(chǔ)助力功能和主動(dòng)制動(dòng)功能下，本文設(shè)計(jì)的冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)機(jī)制能夠根據(jù)電流傳感器故障狀態(tài)選擇正確的容錯(cuò)控制方法，且本文設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制方法能夠在故障下進(jìn)行壓力控制，完成冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制，能夠滿足智能汽車對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求，提高了智能汽車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文針對(duì)冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了電流傳感器故障的容錯(cuò)機(jī)制，根據(jù)電流傳感器故障狀態(tài)選擇不同的容錯(cuò)控制方法，設(shè)計(jì)了基于坐標(biāo)變換的軟件冗余容錯(cuò)控制實(shí)現(xiàn)單相電流傳感器故障容錯(cuò)控制，設(shè)計(jì)了RBU壓力控制實(shí)現(xiàn)多相電流傳感器故障硬件冗余容錯(cuò)控制。

（2）本文的容錯(cuò)控制機(jī)制融合了軟件冗余及硬件冗余容錯(cuò)控制方法，彌補(bǔ)了純軟件冗余在可靠性方面的不足，補(bǔ)充了冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)機(jī)制方面的研究，可以滿足L3及以上等級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)安全的要求。

（3）受條件所限，本文的冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制僅考慮電流傳感器故障，而在冗余電控制動(dòng)系統(tǒng)中存在多個(gè)對(duì)壓力控制起到關(guān)鍵作用的傳感器，

如何針對(duì)不同類型傳感器的故障實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制，將是接下來(lái)的研究方向。

作者：

朱冰， 黨瑞捷， 趙健， 陳志成 吉林大學(xué) | 隋清海，官浩，勞德杏，劉志鵬 中國(guó)第一汽車股份有限公司