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線(xiàn)控制動(dòng)之機(jī)電制動(dòng)（EMB）系統(tǒng)的綜述：結(jié)構(gòu)、控制與應(yīng)用

2025-04-13 09:32:59·  來(lái)源：智駕社  
　
5.1. 系統(tǒng)架構(gòu)一個(gè)典型的機(jī)電制動(dòng)（EMB）系統(tǒng)由四個(gè)執(zhí)行器、若干控制電子控制單元（包括一個(gè)主電子控制單元和四個(gè)執(zhí)行器電子控制單元）、一個(gè)供電系統(tǒng)、一個(gè)電子踏板（包括制動(dòng)踏板、踏板力感模擬器、踏板位移傳感器和踏板力傳感器）、一個(gè)駐車(chē)開(kāi)關(guān)以及其他部件組成。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板模擬器會(huì)給駕駛員提供合適的踏板感覺(jué)，踏板傳感器檢測(cè)踏板信號(hào)以獲取駕駛員的制動(dòng)意圖。主電子控制單元接收駕駛員的制動(dòng)意圖，并結(jié)合輪速等傳感器反饋的車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)，依據(jù)控制目標(biāo)制定制動(dòng)力分配策略。然后，將所需制動(dòng)力發(fā)送至執(zhí)行器電子控制單元，以控制輪端的執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)操作。

機(jī)電制動(dòng)（EMB）系統(tǒng)的具體架構(gòu)與功能要求、車(chē)輛控制要求以及冗余要求相關(guān)。以下基于 ISO 26262 功能安全所要求的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)流程 進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：


  • 危害分析：首先通過(guò)基于嚴(yán)重程度、暴露概率和可控性這三個(gè)因素，對(duì)車(chē)輛和子系統(tǒng)層面的危害進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，來(lái)確定汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL）。如圖 36 所示，以分析各種駕駛場(chǎng)景下 “無(wú)制動(dòng)” 失效模式為例 [88]，制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足最高安全等級(jí)，即 ASIL - D 級(jí)。

  • 安全功能要求：基于危害分析，將總體安全目標(biāo)設(shè)定為降低喪失制動(dòng)能力的可能性。具體而言，它包括三種不同模式：（1）全功能模式：系統(tǒng)能夠容忍至少一個(gè)任意故障，并保證完全的制動(dòng)能力；（2）部分功能模式：由單一故障導(dǎo)致的部分制動(dòng)能力喪失不應(yīng)影響車(chē)輛的穩(wěn)定性；（3）緊急模式：系統(tǒng)必須確保在出現(xiàn)第二個(gè)任意故障后車(chē)輛能夠完全停止。

  • 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則：基于安全功能要求，主要設(shè)計(jì)原則設(shè)定如下：（1）避免單點(diǎn)故障；（2）盡量減少系統(tǒng)對(duì)任何可能突然失效的條件的依賴(lài)；（3）采用依賴(lài)最少且具備足夠容錯(cuò)能力的保守設(shè)計(jì)。


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    圖 36. “無(wú)制動(dòng)” 失效模式的汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL）

    為了滿(mǎn)足 ASIL - D 級(jí)的功能安全要求，首先必須避免系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障。因此，對(duì)于控制電子控制單元、供電系統(tǒng)、通信線(xiàn)路等需要進(jìn)行冗余備份設(shè)計(jì)。在電子控制單元布局方面，少數(shù)系統(tǒng)會(huì)舍棄機(jī)電制動(dòng)（EMB）執(zhí)行器自身的控制器，將控制集成到一個(gè)集中式的雙模塊中，更為常見(jiàn)的是采用四個(gè)執(zhí)行器電子控制單元的系統(tǒng)。文中給出了三種具有不同電子控制單元布局的典型機(jī)電制動(dòng)（EMB）系統(tǒng)架構(gòu)方案。方案 1 使用一個(gè)主電子控制單元通過(guò)兩個(gè)車(chē)橋電子控制單元分別控制前橋和后橋的執(zhí)行器電子控制單元。該方案有呈 H 形布置的兩個(gè)電源以及四條通信線(xiàn)路作為冗余備份。當(dāng)主電子控制單元或車(chē)橋電子控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，分別能保證 100% 和 50% 的制動(dòng)能力。方案 2 使用單個(gè)主電子控制單元控制四個(gè)執(zhí)行器電子控制單元，并有兩個(gè)全冗余的電源以及兩條通信線(xiàn)路。當(dāng)主電子控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，電子踏板可直接控制兩個(gè)或四個(gè)執(zhí)行器，以確保 50% 或 100% 的制動(dòng)能力。方案 3 使用主電子控制單元接收并分析制動(dòng)需求、監(jiān)測(cè)電機(jī)狀態(tài)并發(fā)出制動(dòng)指令，而輔助電子控制單元直接接收制動(dòng)踏板信號(hào)和輪速信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行器電子控制單元。在此方案中，設(shè)有呈 X 形布置的兩個(gè)電源以及兩條通信線(xiàn)路。當(dāng)主電子控制單元或輔助電子控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，仍能保證 50% 的制動(dòng)能力。除了上述三種方案外，一些方案可能還會(huì)采用 “2/3 個(gè)主電子控制單元 + 4 個(gè)執(zhí)行器電子控制單元” 的電子控制單元布局形式。對(duì)于供電系統(tǒng)，采用呈 X 形或 H 形布置的兩個(gè)電源以及一個(gè)全冗余的備用電源來(lái)實(shí)現(xiàn)三重冗余。各方案的對(duì)比情況如表 13 所示。

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    方案1 主ECU+2軸ECU+4執(zhí)行器ECU

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    方案2 主ECU+4執(zhí)行器ECU

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    方案3 主ECU +輔助ECU + 4執(zhí)行器ECU

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