某牽引車型EBS 氣壓故障分析與優(yōu)化驗(yàn)證

黃 河，許 歡，趙雷雷，蘇國(guó)營(yíng)，張 彬，武萌雅

（德創(chuàng)未來汽車科技有限公司，陜西 西安 713700）

從汽車誕生時(shí)起，制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色，特別是近年來，隨著國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)向著電動(dòng)化、智能化的方向加速發(fā)展，電控制動(dòng)系統(tǒng)（EBS，Electronically Controlled Brake System）成為智能駕駛汽車不可或缺的執(zhí)行系統(tǒng)。與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，EBS系統(tǒng)采用電控氣制動(dòng)，消除了機(jī)械制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間慢、制動(dòng)舒適性差等缺點(diǎn)。

同時(shí)，由于EBS系統(tǒng)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(fù)雜等特點(diǎn)。本文針對(duì)EBS系統(tǒng)在整車試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一種故障報(bào)警展開分析與優(yōu)化驗(yàn)證。

1 故障現(xiàn)象

某重型牽引車型在整車試驗(yàn)過程中EBS系統(tǒng)中央控制器報(bào)“EPM（Electro-Pneumatic Module）氣壓不可信”故障，觸發(fā)儀表EBS紅燈點(diǎn)亮，導(dǎo)致電控制動(dòng)功能失效。該故障報(bào)警現(xiàn)象在整車氣壓低時(shí)出現(xiàn)頻次更高，整車氣壓較低時(shí)深踩制動(dòng)踏板情況下尤其容易出現(xiàn)。

2 故障監(jiān)測(cè)原理

該重型牽引車型EBS 系統(tǒng)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(tǒng)是整車CAN總線獲取車輛狀態(tài)信息，通過內(nèi)部CAN總線獲取輪速、制動(dòng)壓力、摩擦片狀態(tài)等信息，F(xiàn)BM及外部制動(dòng)請(qǐng)求獲取減速度控制需求等信息，中央ECU通過獲取的信息計(jì)算各制動(dòng)氣室的制動(dòng)壓力，各橋模塊（EPM）接收中央ECU的制動(dòng)壓力信息并執(zhí)行、檢測(cè)、反饋形成閉環(huán)控制。

在已知供氣壓力（Air1報(bào)文）情況下，EBS系統(tǒng)中央控制器ECU會(huì)根據(jù)FBM踏板深度結(jié)合整車狀態(tài)信息計(jì)算各氣室需要的制動(dòng)壓力，通過內(nèi)部總線由EPM模塊對(duì)各個(gè)制動(dòng)氣室施加制動(dòng)壓力；如果氣室的制動(dòng)壓力在一定時(shí)間內(nèi)不能夠滿足EBS判斷所需的壓力（氣室壓力偏大或者偏?。珽BS系統(tǒng)中央控制器ECU會(huì)報(bào)EPM壓力不可信故障。

3 故障分析

根據(jù)EBS系統(tǒng)EPM氣壓不可信故障的監(jiān)測(cè)原理，結(jié)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(duì)以上潛在原因，堅(jiān)持由易到難、由簡(jiǎn)到繁的排查原則，按表1羅列順序依次進(jìn)行實(shí)車排查。經(jīng)實(shí)車氣管路管徑排查測(cè)量、氣密性檢查，確認(rèn)氣管路不存在管徑與設(shè)計(jì)狀態(tài)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(duì)潛在原因3，經(jīng)梳理，EBS系統(tǒng)整車氣源壓力獲取原理和EBS系統(tǒng)氣室執(zhí)行壓力的監(jiān)測(cè)原理如圖1所示。

圖1 EBS系統(tǒng)原理框圖

CCM采集前后橋回路氣源壓力模擬量后，經(jīng)AD處理得到整車氣源壓力總線值（前后橋回路氣壓總線測(cè)量值），并以AIR報(bào)文封裝后通過整車CAN總線發(fā)送給EBS系統(tǒng)中央控制器ECU；同時(shí)，EBS系統(tǒng)各EPM模塊在22口內(nèi)置氣壓傳感器監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)氣室執(zhí)行的氣壓信息，EBS系統(tǒng)中央控制器ECU接收內(nèi)網(wǎng)CAN總線EPM模塊反饋的氣室執(zhí)行氣壓信息。前后橋回路氣源壓力是否準(zhǔn)確，需要對(duì)比CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測(cè)量值與前后橋回路的真實(shí)氣壓值。測(cè)試中在CCM氣壓采樣點(diǎn)處通過三通連接FK-Y290型高精度數(shù)顯氣壓表測(cè)量前后橋回路氣壓的物理觀測(cè)值。通過斷續(xù)的踩制動(dòng)踏板改變整車氣壓值，分別對(duì)前后橋?qū)嵻嚉鈮哼M(jìn)行采集，不同氣壓下CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測(cè)量值、物理觀測(cè)值及其偏差值記錄見表2。

表2 氣壓測(cè)量值記錄表

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：在實(shí)際氣壓值（前后橋回路氣壓的物理觀測(cè)值）≥5.5bar時(shí)，CCM計(jì)算的氣壓總線測(cè)量值能夠相對(duì)較好地跟隨實(shí)際氣壓值（物理觀測(cè)值），差值范圍為[0.08，0.14]；在實(shí)際氣壓值＜5.5bar時(shí)，CCM計(jì)算的氣壓總線值與實(shí)際氣壓值出現(xiàn)相對(duì)明顯差異，差值范圍[-1，0.1]。

綜上，在低氣壓時(shí)，前后橋回路的氣源壓力與實(shí)際氣壓值偏差較大。EPM氣壓不可信的原因很有可能是CCM發(fā)送的氣源壓力總線值不準(zhǔn)確導(dǎo)致的，需要優(yōu)化CCM氣壓壓力精度后繼續(xù)驗(yàn)證。

根據(jù)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(hào)AD轉(zhuǎn)化由CCM完成。APU與CCM分別布置在左右縱梁，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等容易產(chǎn)生電磁干擾的零部件布置于左右縱梁之間，車輛運(yùn)行中電磁閥、觸點(diǎn)開關(guān)等大量感性負(fù)載的瞬間動(dòng)作，會(huì)產(chǎn)生寬頻譜高能量的瞬變干擾。

4 解決方案及優(yōu)化驗(yàn)證

根據(jù)上述分析，針對(duì)CCM發(fā)送的前后橋回路氣壓總線測(cè)量值不準(zhǔn)確的問題，從采樣電路優(yōu)化、軟件濾波兩個(gè)方面進(jìn)行分析、優(yōu)化驗(yàn)證。

4.1 硬件優(yōu)化

考慮采樣電路的環(huán)境電磁干擾，同時(shí)采樣電路為弱信號(hào)的小功率應(yīng)用，前級(jí)輸入阻抗相對(duì)足夠小，對(duì)采樣電路做如下優(yōu)化：在信號(hào)輸入側(cè)增加無源RC低通濾波器，以抑制高頻干擾信號(hào)。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(yōu)化

考慮總線氣壓值的隨機(jī)波動(dòng)及APU、EBS的采樣頻率，采用加權(quán)遞推均值濾波的方法，主動(dòng)弱化異常AD值對(duì)總線測(cè)量值的影響，前后橋回路氣壓總線測(cè)量值進(jìn)一步逼近物理觀測(cè)值。

經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，前后橋回路氣壓總線測(cè)量值與前后橋回路氣壓的物理觀測(cè)值記錄見表3。

表3 優(yōu)化后氣壓測(cè)量值記錄表

為對(duì)比前后橋回路氣壓總線測(cè)量值的優(yōu)化提升情況，分別計(jì)算優(yōu)化前后的氣壓總線測(cè)量值的均方根誤差RMSE對(duì)比。根據(jù)均方根誤差定義：

式中：RMSE——?dú)鈮嚎偩€測(cè)量值的均方根誤差；i=1，表示優(yōu)化前；i=2，表示優(yōu)化后；j=1，表示優(yōu)化前橋回路；j=2，表示后橋回路；obs——?dú)鈮嚎偩€測(cè)量值；pre——?dú)鈮何锢碛^測(cè)值。

經(jīng)計(jì)算：RMSE=0.490；RMSE=0.458；

RMSE=0.072；RMSE=0.074。

故：

綜上，經(jīng)過優(yōu)化，前后橋回路的氣壓總線測(cè)量值的均方根誤差分別提升0.418bar、0.384bar，優(yōu)化效果顯著。

經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，在整車氣壓較低時(shí)，深踩制動(dòng)踏板，EBS不再報(bào)氣壓不可信故障，故障解除。

5 總結(jié)

本文針對(duì)某重型牽引車EBS系統(tǒng)在整車試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一種EPM氣壓不可信故障報(bào)警，分析了故障監(jiān)測(cè)原理、潛在故障類型。排除氣路相關(guān)的潛在原因后，針對(duì)氣源壓力不準(zhǔn)確問題，從整車匹配角度出發(fā)，重點(diǎn)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(jīng)過軟硬件優(yōu)化，氣壓總線測(cè)量值的均方根誤差有明顯提升；經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證，氣壓不可信報(bào)警問題得到解決。