郭超　王建偉　梁夏

要：隨著線控技術(shù)的日漸成熟，線控制動系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于汽車制動中，尤其是電子機械制動系統(tǒng)，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、使用性能良好等特性而備受青睞。從汽車電子機械制動系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)等出發(fā)，對執(zhí)行系統(tǒng)如何容錯控制進行研究、討論，為后續(xù)研發(fā)作參考。

關(guān)鍵詞：汽車電子機械；制動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；容錯控制

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0008-02

在汽車綜合性能因素中，制動性占據(jù)著重要的地位，其作用的可靠性將直接制約著汽車行駛的安全。隨著汽車的提速和使用數(shù)量的增加，對汽車制動性能的可靠性也有了更高的追求。而隨著電子技術(shù)的問世和快速發(fā)展，線控技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的機械式和液壓式系統(tǒng)，為車輛的制動性帶來技術(shù)上的革新。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同，主要包括兩類，即電液制動系統(tǒng)和電子機械制動系統(tǒng)，前者以液壓提供制動力，后者以電機驅(qū)動為主。以下將圍繞電子機械制動系統(tǒng)展開論述。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理介紹

汽車電子機械制動系統(tǒng)（EMB）是指汽車進行正常行駛中，在制動踏板和制動器之間沒有機械連接，而是利用傳感器、電線、通信數(shù)據(jù)線等組成的系統(tǒng)。因具有機械連接較少、結(jié)構(gòu)緊湊、制動性能良好等優(yōu)點，它在汽車制動系統(tǒng)的應(yīng)用前景較好。

1.1 結(jié)構(gòu)組成

EMB主要是由電子制動中央控制器（ECU）、4個EMB執(zhí)行器、制動踏板、電源和數(shù)據(jù)傳輸總線等組成：中央控制器用于接收制動踏板發(fā)出的信號，執(zhí)行器結(jié)構(gòu)包括電機控制器、直流電機和執(zhí)行機構(gòu)等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 電子機械制動系統(tǒng)總體框圖

1.2 工作原理過程

在進行制動時，電子制動踏板在駕駛員制動力的作用下，將制動力大小、制動速度等轉(zhuǎn)換為中央控制器可識別的電信號。在中央控制器中處理輸出目標制動力信號，并分配到各自獨立的EMB執(zhí)行器中進行處理，進而輸送到相應(yīng)的控制器中，將制動力信號轉(zhuǎn)換為電機的電壓控制量大小，使得驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，推動制動壓盤加緊制動盤，從而完成整個制動過程。

2 系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)及容錯控制

2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成

執(zhí)行系統(tǒng)是與最終制動結(jié)果直接相關(guān)的部分，因此，執(zhí)行系統(tǒng)的性能將直接決定著汽車制動效果。在上述中提到，執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制器、直流電機、減速齒輪、制動鉗和其附屬傳感器、摩擦襯片等共同作用，完成制動過程。

2.2 容錯控制

執(zhí)行系統(tǒng)在工作過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，可能會影響甚至中斷汽車的制動過程，造成事故。因此，需引入容錯控制，以保證制動過程的正常運行。所謂“容錯”，即在使用設(shè)備發(fā)生故障時，能夠采取相應(yīng)的措施，以保障系統(tǒng)在故障干擾下仍能正常工作或是略低于正常標準狀態(tài)工作，從而實現(xiàn)基本功能。

容錯控制（FTC）的基本出發(fā)點是充分利用系統(tǒng)中已有的冗余資源對故障進行容錯。當制動執(zhí)行系統(tǒng)的某個零部件出現(xiàn)異常時，可利用其他冗余信息對故障零部件進行重構(gòu)，以保證制動過程繼續(xù)執(zhí)行。其主要有被動容錯和主動容錯之分：被動容錯方式即在剛進行設(shè)計時，對可能會發(fā)生的故障加以屏蔽，這樣便可保證在出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作；而主動容錯方式則是在出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)通過對控制器參數(shù)及結(jié)構(gòu)的調(diào)整應(yīng)對當前情況，其可操行具有靈活性。

3 系統(tǒng)的容錯控制研究

3.1 故障類別

電子機械制動執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制部分和執(zhí)行機構(gòu)組成，所以，故障也多出于這些部分。常見的故障問題有執(zhí)行器出錯、傳感器故障和執(zhí)行機構(gòu)失效等方式。由于執(zhí)行器受程序保護，其故障發(fā)生率低于后兩種方式，因此對執(zhí)行系統(tǒng)的故障討論主要是從傳感器故障問題及執(zhí)行機構(gòu)失效出發(fā)。

3.2 容錯控制研究

針對傳感器故障問題的分析，一般常用硬件冗余和解析冗余的方式對故障問題進行判斷和隔離。硬件冗余的方式即利用冗余傳感器裝置對同一物理量進行測量，與結(jié)果比較得到殘差。通過比較殘差與閾值，從而對故障問題進行分析和定位，可實現(xiàn)對故障問題的快速診斷，并有效地隔離故障源，同時，需利用很大的空間對傳感器數(shù)據(jù)進行備份，并且還需克服一些技術(shù)和成本較高的問題。解析冗余方式則填補了硬件冗余的不足，即可通過對物理系統(tǒng)進行數(shù)學建模，減少閾值的檢測，其將逐步取代硬件冗余方式對傳感器進行故障診斷及自適應(yīng)重構(gòu)?？赏ㄟ^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立EMB系統(tǒng)辨識模型，將模型所得的輸出與系統(tǒng)本身的輸出結(jié)果進行比對，進而對故障問題加以判斷和隔離并重構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)的故障問題，可通過各自的控制器裝置將接收到其他車輪節(jié)點的制動信號采用同一種計算方式進行計算，將得到的目標值動力通過CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）總線傳遞到中央控制單元進行比對處理，進而找出故障源并對其進行隔離。

4 結(jié)束語

電子機械制動系統(tǒng)作為一個高度集成化的機電一體化裝置，其制動效果的可靠性，將直接關(guān)系到汽車的安全性?？焖俨⒂行У貦z測出制動執(zhí)行系統(tǒng)上的故障源問題，并進行有效容錯，對提高電子機械制動系統(tǒng)的可靠性，切實保護駕駛員的人身安全具有重大的實際意義。然而，現(xiàn)有的容錯控制技術(shù)還不完善，仍存在很多不足，還需進一步努力加以突破。

參考文獻

[1]吳小川.汽車電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計[J].汽車零部件，2012（03）. 〔編輯：李玨〕

要：隨著線控技術(shù)的日漸成熟，線控制動系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于汽車制動中，尤其是電子機械制動系統(tǒng)，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、使用性能良好等特性而備受青睞。從汽車電子機械制動系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)等出發(fā)，對執(zhí)行系統(tǒng)如何容錯控制進行研究、討論，為后續(xù)研發(fā)作參考。

關(guān)鍵詞：汽車電子機械；制動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；容錯控制

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0008-02

在汽車綜合性能因素中，制動性占據(jù)著重要的地位，其作用的可靠性將直接制約著汽車行駛的安全。隨著汽車的提速和使用數(shù)量的增加，對汽車制動性能的可靠性也有了更高的追求。而隨著電子技術(shù)的問世和快速發(fā)展，線控技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的機械式和液壓式系統(tǒng)，為車輛的制動性帶來技術(shù)上的革新。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同，主要包括兩類，即電液制動系統(tǒng)和電子機械制動系統(tǒng)，前者以液壓提供制動力，后者以電機驅(qū)動為主。以下將圍繞電子機械制動系統(tǒng)展開論述。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理介紹

汽車電子機械制動系統(tǒng)（EMB）是指汽車進行正常行駛中，在制動踏板和制動器之間沒有機械連接，而是利用傳感器、電線、通信數(shù)據(jù)線等組成的系統(tǒng)。因具有機械連接較少、結(jié)構(gòu)緊湊、制動性能良好等優(yōu)點，它在汽車制動系統(tǒng)的應(yīng)用前景較好。

1.1 結(jié)構(gòu)組成

EMB主要是由電子制動中央控制器（ECU）、4個EMB執(zhí)行器、制動踏板、電源和數(shù)據(jù)傳輸總線等組成：中央控制器用于接收制動踏板發(fā)出的信號，執(zhí)行器結(jié)構(gòu)包括電機控制器、直流電機和執(zhí)行機構(gòu)等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 電子機械制動系統(tǒng)總體框圖

1.2 工作原理過程

在進行制動時，電子制動踏板在駕駛員制動力的作用下，將制動力大小、制動速度等轉(zhuǎn)換為中央控制器可識別的電信號。在中央控制器中處理輸出目標制動力信號，并分配到各自獨立的EMB執(zhí)行器中進行處理，進而輸送到相應(yīng)的控制器中，將制動力信號轉(zhuǎn)換為電機的電壓控制量大小，使得驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，推動制動壓盤加緊制動盤，從而完成整個制動過程。

2 系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)及容錯控制

2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成

執(zhí)行系統(tǒng)是與最終制動結(jié)果直接相關(guān)的部分，因此，執(zhí)行系統(tǒng)的性能將直接決定著汽車制動效果。在上述中提到，執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制器、直流電機、減速齒輪、制動鉗和其附屬傳感器、摩擦襯片等共同作用，完成制動過程。

2.2 容錯控制

執(zhí)行系統(tǒng)在工作過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，可能會影響甚至中斷汽車的制動過程，造成事故。因此，需引入容錯控制，以保證制動過程的正常運行。所謂“容錯”，即在使用設(shè)備發(fā)生故障時，能夠采取相應(yīng)的措施，以保障系統(tǒng)在故障干擾下仍能正常工作或是略低于正常標準狀態(tài)工作，從而實現(xiàn)基本功能。

容錯控制（FTC）的基本出發(fā)點是充分利用系統(tǒng)中已有的冗余資源對故障進行容錯。當制動執(zhí)行系統(tǒng)的某個零部件出現(xiàn)異常時，可利用其他冗余信息對故障零部件進行重構(gòu)，以保證制動過程繼續(xù)執(zhí)行。其主要有被動容錯和主動容錯之分：被動容錯方式即在剛進行設(shè)計時，對可能會發(fā)生的故障加以屏蔽，這樣便可保證在出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作；而主動容錯方式則是在出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)通過對控制器參數(shù)及結(jié)構(gòu)的調(diào)整應(yīng)對當前情況，其可操行具有靈活性。

3 系統(tǒng)的容錯控制研究

3.1 故障類別

電子機械制動執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制部分和執(zhí)行機構(gòu)組成，所以，故障也多出于這些部分。常見的故障問題有執(zhí)行器出錯、傳感器故障和執(zhí)行機構(gòu)失效等方式。由于執(zhí)行器受程序保護，其故障發(fā)生率低于后兩種方式，因此對執(zhí)行系統(tǒng)的故障討論主要是從傳感器故障問題及執(zhí)行機構(gòu)失效出發(fā)。

3.2 容錯控制研究

針對傳感器故障問題的分析，一般常用硬件冗余和解析冗余的方式對故障問題進行判斷和隔離。硬件冗余的方式即利用冗余傳感器裝置對同一物理量進行測量，與結(jié)果比較得到殘差。通過比較殘差與閾值，從而對故障問題進行分析和定位，可實現(xiàn)對故障問題的快速診斷，并有效地隔離故障源，同時，需利用很大的空間對傳感器數(shù)據(jù)進行備份，并且還需克服一些技術(shù)和成本較高的問題。解析冗余方式則填補了硬件冗余的不足，即可通過對物理系統(tǒng)進行數(shù)學建模，減少閾值的檢測，其將逐步取代硬件冗余方式對傳感器進行故障診斷及自適應(yīng)重構(gòu)?？赏ㄟ^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立EMB系統(tǒng)辨識模型，將模型所得的輸出與系統(tǒng)本身的輸出結(jié)果進行比對，進而對故障問題加以判斷和隔離并重構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)的故障問題，可通過各自的控制器裝置將接收到其他車輪節(jié)點的制動信號采用同一種計算方式進行計算，將得到的目標值動力通過CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）總線傳遞到中央控制單元進行比對處理，進而找出故障源并對其進行隔離。

4 結(jié)束語

電子機械制動系統(tǒng)作為一個高度集成化的機電一體化裝置，其制動效果的可靠性，將直接關(guān)系到汽車的安全性?？焖俨⒂行У貦z測出制動執(zhí)行系統(tǒng)上的故障源問題，并進行有效容錯，對提高電子機械制動系統(tǒng)的可靠性，切實保護駕駛員的人身安全具有重大的實際意義。然而，現(xiàn)有的容錯控制技術(shù)還不完善，仍存在很多不足，還需進一步努力加以突破。

參考文獻

[1]吳小川.汽車電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計[J].汽車零部件，2012（03）. 〔編輯：李玨〕

要：隨著線控技術(shù)的日漸成熟，線控制動系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于汽車制動中，尤其是電子機械制動系統(tǒng)，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、使用性能良好等特性而備受青睞。從汽車電子機械制動系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)等出發(fā)，對執(zhí)行系統(tǒng)如何容錯控制進行研究、討論，為后續(xù)研發(fā)作參考。

關(guān)鍵詞：汽車電子機械；制動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；容錯控制

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0008-02

在汽車綜合性能因素中，制動性占據(jù)著重要的地位，其作用的可靠性將直接制約著汽車行駛的安全。隨著汽車的提速和使用數(shù)量的增加，對汽車制動性能的可靠性也有了更高的追求。而隨著電子技術(shù)的問世和快速發(fā)展，線控技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的機械式和液壓式系統(tǒng)，為車輛的制動性帶來技術(shù)上的革新。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同，主要包括兩類，即電液制動系統(tǒng)和電子機械制動系統(tǒng)，前者以液壓提供制動力，后者以電機驅(qū)動為主。以下將圍繞電子機械制動系統(tǒng)展開論述。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理介紹

汽車電子機械制動系統(tǒng)（EMB）是指汽車進行正常行駛中，在制動踏板和制動器之間沒有機械連接，而是利用傳感器、電線、通信數(shù)據(jù)線等組成的系統(tǒng)。因具有機械連接較少、結(jié)構(gòu)緊湊、制動性能良好等優(yōu)點，它在汽車制動系統(tǒng)的應(yīng)用前景較好。

1.1 結(jié)構(gòu)組成

EMB主要是由電子制動中央控制器（ECU）、4個EMB執(zhí)行器、制動踏板、電源和數(shù)據(jù)傳輸總線等組成：中央控制器用于接收制動踏板發(fā)出的信號，執(zhí)行器結(jié)構(gòu)包括電機控制器、直流電機和執(zhí)行機構(gòu)等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 電子機械制動系統(tǒng)總體框圖

1.2 工作原理過程

在進行制動時，電子制動踏板在駕駛員制動力的作用下，將制動力大小、制動速度等轉(zhuǎn)換為中央控制器可識別的電信號。在中央控制器中處理輸出目標制動力信號，并分配到各自獨立的EMB執(zhí)行器中進行處理，進而輸送到相應(yīng)的控制器中，將制動力信號轉(zhuǎn)換為電機的電壓控制量大小，使得驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，推動制動壓盤加緊制動盤，從而完成整個制動過程。

2 系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)及容錯控制

2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的組成

執(zhí)行系統(tǒng)是與最終制動結(jié)果直接相關(guān)的部分，因此，執(zhí)行系統(tǒng)的性能將直接決定著汽車制動效果。在上述中提到，執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制器、直流電機、減速齒輪、制動鉗和其附屬傳感器、摩擦襯片等共同作用，完成制動過程。

2.2 容錯控制

執(zhí)行系統(tǒng)在工作過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，可能會影響甚至中斷汽車的制動過程，造成事故。因此，需引入容錯控制，以保證制動過程的正常運行。所謂“容錯”，即在使用設(shè)備發(fā)生故障時，能夠采取相應(yīng)的措施，以保障系統(tǒng)在故障干擾下仍能正常工作或是略低于正常標準狀態(tài)工作，從而實現(xiàn)基本功能。

容錯控制（FTC）的基本出發(fā)點是充分利用系統(tǒng)中已有的冗余資源對故障進行容錯。當制動執(zhí)行系統(tǒng)的某個零部件出現(xiàn)異常時，可利用其他冗余信息對故障零部件進行重構(gòu)，以保證制動過程繼續(xù)執(zhí)行。其主要有被動容錯和主動容錯之分：被動容錯方式即在剛進行設(shè)計時，對可能會發(fā)生的故障加以屏蔽，這樣便可保證在出現(xiàn)故障時系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作；而主動容錯方式則是在出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)通過對控制器參數(shù)及結(jié)構(gòu)的調(diào)整應(yīng)對當前情況，其可操行具有靈活性。

3 系統(tǒng)的容錯控制研究

3.1 故障類別

電子機械制動執(zhí)行系統(tǒng)主要是由制動控制部分和執(zhí)行機構(gòu)組成，所以，故障也多出于這些部分。常見的故障問題有執(zhí)行器出錯、傳感器故障和執(zhí)行機構(gòu)失效等方式。由于執(zhí)行器受程序保護，其故障發(fā)生率低于后兩種方式，因此對執(zhí)行系統(tǒng)的故障討論主要是從傳感器故障問題及執(zhí)行機構(gòu)失效出發(fā)。

3.2 容錯控制研究

針對傳感器故障問題的分析，一般常用硬件冗余和解析冗余的方式對故障問題進行判斷和隔離。硬件冗余的方式即利用冗余傳感器裝置對同一物理量進行測量，與結(jié)果比較得到殘差。通過比較殘差與閾值，從而對故障問題進行分析和定位，可實現(xiàn)對故障問題的快速診斷，并有效地隔離故障源，同時，需利用很大的空間對傳感器數(shù)據(jù)進行備份，并且還需克服一些技術(shù)和成本較高的問題。解析冗余方式則填補了硬件冗余的不足，即可通過對物理系統(tǒng)進行數(shù)學建模，減少閾值的檢測，其將逐步取代硬件冗余方式對傳感器進行故障診斷及自適應(yīng)重構(gòu)?？赏ㄟ^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立EMB系統(tǒng)辨識模型，將模型所得的輸出與系統(tǒng)本身的輸出結(jié)果進行比對，進而對故障問題加以判斷和隔離并重構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)的故障問題，可通過各自的控制器裝置將接收到其他車輪節(jié)點的制動信號采用同一種計算方式進行計算，將得到的目標值動力通過CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）總線傳遞到中央控制單元進行比對處理，進而找出故障源并對其進行隔離。

4 結(jié)束語

電子機械制動系統(tǒng)作為一個高度集成化的機電一體化裝置，其制動效果的可靠性，將直接關(guān)系到汽車的安全性?？焖俨⒂行У貦z測出制動執(zhí)行系統(tǒng)上的故障源問題，并進行有效容錯，對提高電子機械制動系統(tǒng)的可靠性，切實保護駕駛員的人身安全具有重大的實際意義。然而，現(xiàn)有的容錯控制技術(shù)還不完善，仍存在很多不足，還需進一步努力加以突破。

參考文獻

[1]吳小川.汽車電子機械制動系統(tǒng)的設(shè)計[J].汽車零部件，2012（03）. 〔編輯：李玨〕