制動開關故障診斷策略研究

黃榮立，張靜

（寧波吉利汽車研究開發有限公司長興分公司，浙江 湖州 313100）

前言

隨著汽車技術的不斷發展，汽車電子控制系統越來越復雜，功能越來越豐富，有些功能的實現必須通過檢測制動開關的狀態來實現，如巡航功能不能由制動而退出，可能導致車輛失控；如“剎車優先”功能不能實現等。

一般來說，車輛通過制動開關信號來判斷駕駛員的駕駛需求，即采集到制動開關的輸入信號后，就點亮制動燈，并將制動信號輸入到整車ECU，但是對于目前不太成熟的控制方式和日益增加的駕駛安全需求問題來說，如果缺乏系統的故障診斷，使得制動開關的一些故障診斷不能有效的實現檢測和判定，導致故障不能得到及時處理，從而嚴重影響汽車的安全駕駛，給用戶帶來安全隱患[1]。

目前汽車廠家對制動開關的故障診斷方法進行大量的研究，主要有兩種：

1）利用真空助力器中的真空度以及其變化量，對制動開關有無故障進行綜合判斷，該方法的缺點是整車所需傳感器增加，安裝空間有限且安裝成本高[2]。

2）利用制動開關和制動主缸的壓力識別真實制動的方法，通過對制動開關信號和主缸的壓力信號進行一致性判斷，并根據當前的油門、車速信息進行冗余校驗，從而準確判定制動信號的真實性。該方法的缺點是對整車配置要求高，診斷方法通用性低。

針對目前制動開關的診斷方法通用性低、診斷裝置安裝復雜、安裝成本高等問題，本文根據目前制動開關的結構和原理，利用ECU采集到的制動開關信號、制動燈信號和車速信號進行校驗和判斷，來識別駕駛員的真實需求，再設置制動信號相關性檢測和制動信號合理性檢測，使得制動開關的故障診斷得到有效的檢測和判定。

1 正文

1.1 制動開關工作原理

目前制動開關一般安裝在制動踏板上，通過制動過程中踏板臂的運動量來控制制動開關的行程，其電氣結構簡圖如圖1所示。

圖1 制動開關電氣結構示意圖

目前制動開關一般為雙回路4針腳通斷開關，兩路信號為并聯結構，相互獨立控制。

其中一路與ECU串聯，控制制動開關信號的通斷。制動踏板無動作時，此組為接通狀態；制動踏板被踩下后，此組變為斷開狀態，此時ECU認為此斷開信號為剎車信號。

另外一路與制動燈串聯，控制制動燈信號的通斷；制動踏板無動作時，此組為斷開狀態；制動踏板被踩下后，此組為接通狀態，接通了制動燈的電源，制動燈亮[3]。

圖2 制動開關電氣結構示意圖

一般而言，車輛通過制動開關的行程來判斷駕駛員的駕駛需求，假設制動開關的總行程X=a3，其開關通斷行程圖如圖2所示。

表1 制動燈信號和制動開關信號的變化

正常情況下，制動開關被壓縮，開關行程X=0，制動燈信號為off，制動燈不亮；制動開關信號為on，ECU工作正常。在各行程時，制動燈信號和制動開關信號的變化如表 1所示。

表1可知，當制動開關行程X＞a1時，制動燈接通，制動燈點亮；當制動開關行程X＞a2時，制動開關信號斷開，ECU檢測到制動開關信號。然而，當制動開關的開關行程為a1＜X≤a2時，制動開關與制動燈均為接通狀態，此時制動開關信號與制動燈信號變化不統一，從而可能帶來如下一些問題：

1）當制動開關裝配不到位，或者出現松動，開關初始行程a1＜X≤a2時，制動燈常亮，ECU工作正常，而駕駛員無法及時了解到此故障。

2）當制動踏板固定不牢靠，踏板臂振動，且振幅為 a1＜X≤a2時，制動燈偶發性點亮，ECU工作正常，而駕駛員無法及時了解到此故障。

1.2 制動開關故障診斷方法

1）制動信號相關性檢測

通過ECU實時采集到的制動開關信號與制動燈信號，將制動開關信號和制動燈信號是否發生變化情況進行設定次數檢測進行校驗，以確定判斷制動信號的有效性，當兩路信號都發生變化時，認為制動信號有效。當兩路信號一路變化另一路不變化時，則認為制動信號無效，其邏輯示意圖如圖 3所示。

圖3 制動相關性檢測邏輯示意圖

以某款車型為例，為避免顛簸路面的強激勵或駕駛員無意識的輕點制動踏板的行為，開關行程 X偶發性的位于 a1到a2之間而出現兩路信號一路變化另一路不變化，導致誤報警的情況，故將相關性檢測的連續出現次數達到第一設定次數5次時，則判定制動開關故障，并通過儀表故障燈的形式提醒駕駛員，需要對制動開關的安裝狀態進行調整。

2）制動信號合理性檢測

通過對車速信號的變化和制動開關信號及制動燈信號的變化進行校驗，以確定判斷制動信號的有效性，一旦制動信號發生故障，整車將會執行保護措施來降低風險。其邏輯示意圖如圖4所示。

圖4 制動合理性檢測邏輯示意圖

以某款車型為例，車速第一閾值設定為 20km/h以上并保持1s時，系統開啟制動信號合理性檢測。同時通過對車速的下降速度或者車速下降率的設定，來識別排除駕駛員真實的制動需求，為排除車輛滑行的情況，故將車速第二閾值設定為小于3km/h，或者車速下降率閾值設定為大于6km/h且持續2s。當系統檢測到車速或車速下降率明顯變化，而制動開關信號和制動燈信號均未發生變化，意味著制動開關存在卡滯或裝配不到位，制動信號合理性檢測次數達到第二設定次數10次時，則判定制動開關故障。

2 結論

本文通過 ECU采集到的制動燈信號和制動開關信號進行校驗，并利用ECU采集到的車速信號進行判斷，來識別駕駛員的真實需求，再設置制動信號相關性檢測和制動信號合理性檢測進行一致性判斷，從而提供一種簡單有效、通用性強、可靠性高的制動開關故障診斷方法，使得制動開關的故障診斷得到有效的檢測和判定，從而提升制動信號的診斷精度，一旦發生故障或制動開關裝配不到位，整車將會執行保護措施來減少風險。