一、概述

在新能源汽車的應(yīng)用中，線控制動系統(tǒng)（Brake-by-Wire, BBW）通過取消傳統(tǒng)的機(jī)械制動踏板與制動器之間的物理連接，取而代之的是通過傳感器和電子控制單元來傳遞制動信號，從而形成一種基于電子信號而非傳統(tǒng)的機(jī)械連接來控制車輛制動的系統(tǒng)。

二、基本功能原理與組成

在車載線控制動系統(tǒng)中，其表現(xiàn)形式主要有兩種類型：電子機(jī)械制動（Electro-Mechanical Brake, EMB）和電子液壓制動（Electro-HydraulicBrake, EHB）。其中EHB系統(tǒng)保留了一部分液壓元件，也是當(dāng)下主流的線控制動系統(tǒng)，而EMB系統(tǒng)則采用全電子和機(jī)械的制動方式，將是下一代線控制動系統(tǒng)的主要應(yīng)用。

2.1.EHB基本工作原理

在EHB系統(tǒng)的制動踏板模塊中，集成有用于檢測踏板位移與角度的旋轉(zhuǎn)變壓器（一種電磁式傳感器），該旋變器有一個固定不動初級繞組與電源相連，次級繞組安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，會隨著制動踏板動作一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)初級繞組通電時，會在次級繞組中產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在駕駛員踩下制動踏板時，安裝于旋轉(zhuǎn)軸上的次級繞組可通過檢測旋轉(zhuǎn)角度的變化輸出與之成一定比例關(guān)系的電信號，從而系統(tǒng)可計(jì)算出制動踏板的位移量，并通過測量在制動踏板被踩下時旋轉(zhuǎn)角度相對于初始角度的變化量，從而計(jì)算出駕駛員踩踏制動踏板的力度。通過由旋變器將機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換而來的電信號，控制單元可計(jì)算出駕駛員的實(shí)時制動意圖，并據(jù)此調(diào)整制動壓力。其系統(tǒng)架構(gòu)示意如下：

圖1 EHB系統(tǒng)示意

2.2.EMB基本工作原理

與EHB相比，EMB完全電子化，首先在踏板信號的檢測上其通常不再需要使用旋變器來監(jiān)測位置和角度變化，而是通過位移傳感器與力傳感器的應(yīng)用，直接對駕駛踩踏制動踏板的動作進(jìn)行采集，同時在制動系統(tǒng)部分取消了傳統(tǒng)的液壓制動系統(tǒng)，取而代之的是通過電機(jī)直接驅(qū)動制動卡鉗的夾緊和釋放的制動方式。

其基本工作原理是：當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，踏板開始發(fā)生位置變化，此時安裝在制動踏板附近的位移傳感器與力傳感器可檢測到踏板的位移量、受到踩踏力度的大小，并將該信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給控制單元，控制單元在接收到信號后，根據(jù)信號的強(qiáng)度和持續(xù)時間來判斷駕駛員的制動意圖，再通過控制制動電機(jī)與其他制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)整制動壓力，從而實(shí)現(xiàn)對車輛的制動。此時其系統(tǒng)架構(gòu)示意如下：

圖2 EMB系統(tǒng)示意

三、踏板信號失效策略

3.1.失效模式示例

由于線控制動系統(tǒng)的應(yīng)用，讓車輛的制動信號請求完全依賴于制動踏板模塊，同時對制動力的執(zhí)行也完全依賴于電子制動系統(tǒng)。因此在制動信號的傳輸過程中便存在至少兩處可能的信號丟失場景。

1）踏板模塊與ECU之間

在系統(tǒng)上電時，首先將進(jìn)行自檢，以識別是否存在潛在故障，若系統(tǒng)無異常，則可正常運(yùn)行車輛，此過程可較好的識別出系統(tǒng)可能存在的故障。但若在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)踏板模塊與ECU之間的線束出現(xiàn)斷路等異常時，此時對于踏板模塊而言，其可正常輸出相關(guān)信號，于ECU而言，其可也正常接受相關(guān)信號，但由于兩節(jié)點(diǎn)之間的線束斷開，那么系統(tǒng)如何判斷此過程是正常狀態(tài)的制動信號沒有觸發(fā)，還是因?yàn)閿嗦穼?dǎo)致的無法收到信號？

解決方案示意：在不使用冗余設(shè)計(jì)（即無多套相同系統(tǒng)）的情況下，系統(tǒng)必須要能夠區(qū)分是真正的無信號輸入還是因?yàn)閿嗦穼?dǎo)致的信號丟失，通常會有如下策略：

a）回路檢測

通過硬件電路設(shè)計(jì)在信號線連接電路中加入一個回路檢測電路，當(dāng)信號線完整時，該電路可形成一個閉環(huán)，一旦信號線斷開，閉環(huán)將被破壞，此時系統(tǒng)可立即檢測到這種異常狀態(tài)。其實(shí)現(xiàn)過程是系統(tǒng)周期性地監(jiān)測回路檢測電路中的電流或電壓，以此來判斷電路是否完整，若電路完整，則表示信號線正常，若檢測信號出現(xiàn)異常，則表示信號線存在問題，此時系統(tǒng)將觸發(fā)報警，并采取相應(yīng)的安全措施。

b）信號反饋檢測

需在EMB系統(tǒng)中的制動踏板模塊中集成反饋電路、信號處理模塊等，當(dāng)踏板模塊在發(fā)送信號的同時，反饋模塊會開始等待控制單元的確認(rèn)信號。如果在一定周期中未能接收到確認(rèn)信號，則可判斷為信號線存在問題。其實(shí)現(xiàn)過程是：踏板模塊按照預(yù)定的協(xié)議發(fā)送信號，同時該信號中包含特定的標(biāo)識符作為信號確認(rèn)的基礎(chǔ)，當(dāng)控制單元接收到踏板信號后，會根據(jù)接收到的信號回傳一個確認(rèn)信號給踏板模塊，若在發(fā)送信號后的一定周期中沒有接收到確認(rèn)反饋信號或收到的反饋信號不正確，則可認(rèn)為信號線存在問題，此時系統(tǒng)將觸發(fā)報警，并采取相應(yīng)的安全措施。此方式需在踏板模塊中集成部分硬件及軟件策略，以讓其具有基本的智能判斷能力，這可能增加其成本。

c）信號一致性檢測

在制動系統(tǒng)的工作中，當(dāng)制動踏板被踩下時，踏板位移、踩踏力度這兩種信號必然是同時存在的，因此當(dāng)系統(tǒng)在接收信號時，如果僅接收到其中一種信號，那這通常表明另一路信號出現(xiàn)了異常，此時系統(tǒng)將觸發(fā)報警，并采取相應(yīng)的安全措施。但該策略在應(yīng)對多路傳感器信號同時失效時，將無法識別。

如上所述的部分策略中各有應(yīng)用優(yōu)勢與局限性，在實(shí)際車載應(yīng)用中，會通過結(jié)合多種策略以確保線控制動系統(tǒng)的有效性。

2）ECU與電子制動系統(tǒng)之間

此兩部分節(jié)點(diǎn)之間因線路故障導(dǎo)致的失效檢測相對于上述情景要相對好識別。首先，當(dāng)踏板與ECU之間建立制動需求后，ECU將通過制動力計(jì)算并以電信號的方式控制電子制動系統(tǒng)執(zhí)行所需的制動目標(biāo)。此過程中，若電子制動系統(tǒng)的執(zhí)行動作不正確，如不執(zhí)行、部分執(zhí)行、執(zhí)行力度不正確等，那么將判斷此節(jié)點(diǎn)之間信號傳輸存在異常，此時系統(tǒng)將發(fā)出警報，并執(zhí)行相關(guān)安全策略。

此過程中需要關(guān)注的是，由于制動ECU與電子制動系統(tǒng)（通過制動電機(jī)控制卡鉗）之間的信號傳輸線路出現(xiàn)了故障，當(dāng)部分線路（4路中的個別）異常時，車輛還具有部分制動能力，此時可通過回收制動配合剩余部分制動力來讓車輛停下。

但若4路制動全部失效，此時的車輛將失去直接的制動控制能力，基于此失效模式，車輛將無法通過主動制動的摩擦力讓速度下降為0，所以在策略上將唯有通過回收制動方式讓車輛主動減速。但新出臺的法規(guī)對再生制動做出了明確要求，即不能通過再生制動讓車速降低為0，因此當(dāng)EMB被規(guī)?；瘧?yīng)用時，該條標(biāo)準(zhǔn)將可能被更新。

四、總結(jié)

新能源汽車行業(yè)隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其控制模式、應(yīng)用方式也在隨著發(fā)生變化，作為車輛主動安全中的關(guān)鍵技術(shù)，線控制動系統(tǒng)一方面是無人駕駛車輛應(yīng)用所無法繞開的技術(shù)路線，另一方面也是決定用戶是否對該形態(tài)車輛具有應(yīng)用信心的關(guān)鍵。因此在其應(yīng)用中，全面的評估失效策略至關(guān)重要，如上所述，這其中還可能涉及對法規(guī)的重新認(rèn)識。