傳感器故障根據故障后的信號表現形式主要可以分成3種：傳感器卡滯故障、傳感器增益故障、傳感器恒偏差故障。由于實際故障是危險的、不易發(fā)生的，因此通過算法模型模擬傳感器故障信號進行電流傳感器故障注入，故障注入試驗列表如表3所示。為方便繪圖與說明，將電流傳感器無故障狀態(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 故障注入試驗列表

故障注入試驗 1 為基礎制動功能下單相電流傳感器故障，試驗結果如圖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，采用基于坐標變換的軟件冗余容錯控制方法仍由IBC進行制動，使a相與A相軸線處于同一方向的坐標變換完成控制，從制動壓力控制情況可以看到制動系統(tǒng)仍可根據目標壓力完成建壓動作。

圖11 故障注入試驗1測試結果

故障注入試驗2為基礎制動功能下多相電流傳感器故障，試驗結果如圖12所示。在制動前分別向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，IBC進入機械備份狀態(tài)，同時向RBU發(fā)送激活信號，由RBU對兩前輪輪缸建壓。從制動壓力曲線可以看到，前輪可以由RBU建壓達到目標壓力，完成制動動作。

圖12  故障注入試驗2測試結果

故障注入試驗3為主動制動功能下單相電流傳感器故障，試驗結果如圖 13 所示。由圖 13 可見：在制動初期電機啟動，電機電流出現較大波動造成1.6s 左右殘差信號短暫超過閾值，從圖 13（b）的局部放大圖中可以看到，此時電流殘差信號雖然存在短暫超過閾值的現象，但持續(xù)時間未超過10ms的時間閾值，因此判定為無故障。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，采用基于坐標變換的軟件冗余容錯控制方法仍由IBC進行制動，由a相與C相軸線處于同一方向的坐標變換完成控制，從制動壓力控制情況可以看到制動系統(tǒng)仍可根據目標壓力完成建壓動作。由于本文采用的故障診斷算法在診斷出故障后需手動重置故障狀態(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，由基于坐標變換的軟件冗余容錯控制完成制動動作。

圖13 故障注入試驗3測試結果

故障注入試驗4為主動制動功能下多相電流傳感器故障，試驗結果如圖14所示。由圖14可見：同樣地，由于制動初期電機電流波動較大，導致1.5s左右殘差信號短暫超過閾值，但從圖14（b）中的局部放大圖中可以看到，其持續(xù)時間未超過10ms的時間閾值，因此判定為無故障。在注入故障后，由于A相電流傳感器為增益故障，在故障注入時刻A相電流信號接近為0，未能立刻檢測出故障；C相電流傳感器為偏差故障，電流信號發(fā)生突變，殘差立刻增大，超出時間閾值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進行制動；待A相電流開始變大，殘差增加并于3.498s時超過閾值，在維持10ms到達3.508s后判定A相電流傳感器故障，此時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，IBC進入機械備份狀態(tài)，同時向RBU發(fā)送激活信號，由RBU對前輪輪缸建壓。從圖14（d）可以看到，在由IBC切換到RBU控制后，重新計算目標壓力對前輪輪缸壓力進行控制，同時后輪泄壓，由建壓結果可知前輪由RBU建壓達到目標壓力，完成制動動作。

圖14 故障注入試驗4測試結果

上述故障1～4的故障注入試驗結果可以說明，在基礎助力功能和主動制動功能下，本文設計的冗余電控制動系統(tǒng)容錯機制能夠根據電流傳感器故障狀態(tài)選擇正確的容錯控制方法，且本文設計的容錯控制方法能夠在故障下進行壓力控制，完成冗余電控制動系統(tǒng)的容錯控制，能夠滿足智能汽車對制動系統(tǒng)的要求，提高了智能汽車制動系統(tǒng)可靠性。

4 結語

（1）本文針對冗余電控制動系統(tǒng)，設計了電流傳感器故障的容錯機制，根據電流傳感器故障狀態(tài)選擇不同的容錯控制方法，設計了基于坐標變換的軟件冗余容錯控制實現單相電流傳感器故障容錯控制，設計了RBU壓力控制實現多相電流傳感器故障硬件冗余容錯控制。

（2）本文的容錯控制機制融合了軟件冗余及硬件冗余容錯控制方法，彌補了純軟件冗余在可靠性方面的不足，補充了冗余電控制動系統(tǒng)容錯機制方面的研究，可以滿足L3及以上等級自動駕駛系統(tǒng)對制動系統(tǒng)安全的要求。

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

如何針對不同類型傳感器的故障實現容錯控制，將是接下來的研究方向。

作者：

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