电子机械制动系统的关键模块的设计与运用

1.电子机械制动系统的基本设计要求

电子机械制动系统是机电一体化领域中技术较为复杂的产品之一，在进行系统设计时必须全面兼顾产品的功能性和安全性。由于国家尚未出台相应的标准，所以电子机械制动系统可参照国际标准ISO26262中的相关等级要求进行设计，为了保证电子机械制动系统安全可靠运行，还应当对系统进行冗余设计，优化系统的薄弱环节，改善系统性能。在制动性能设计方面，可以参照国家GB7258-2004的相关要求，进而实现系统性能的优化，并对制动性能的优劣程度作出合理评价。在此基础上，引入模块化设计思想，构建无冗余的系统功能模型。随着车载智能辅助驾驶系统的应用，车辆上的电子组件逐步增多，进而提升了电子机械制动系统的复杂性，经常出现组件相互干扰、系统故障、硬件失效等问题，不仅对车辆制造企业的信誉造成了不良影响，而且还会削弱用户对电子智能系统的信任程度。为了解决上述问题，必须做好车载电子机械制动系统的设计工作，保证系统的使用功能。

2.电子机械制动系统的关键模块的设计与应用

电子机械制动系统核心功能模块要重点完成各控制节点和车载计算机网络设计，形成具备可行性的设计方案，进一步完善各核心模块的实用功能，具体包括以下方面：

2.1 识别模块

电子机械制动识别模块是最为重要的模块之一，该模块可接收驾驶员输入的制动意图，即接收制动信号。所以，识别模块的关键工作就是将驾驶员的制动意图准确转换为可识别的制动信号，不允许出现差错，也不允许出现转变延迟。一旦发生制动意图传达失误，就有可能导致整个制动系统处于失控状态，进而酿成严重后果。传感器是制动识别模块的关键元器件，可采用异构静态冗余设计方案，引入不同种类的多功能传感器，如位移传感器、和角度传感器、力传感器等，对制动意图进行准确转换，避免因使用单一传感器而易造成的意图传达失误，提高意图转换的精确性。通过滤波算法将这三组传感器的信号进行转化，而后将其输入仲裁模块，对信息进行权重分配与仲裁，并通过安全性评估模块对信号进行评估后，再将其输出。输出信号主要包括以下六路：一是可信制动信号，经过最终仲裁输出；二是紧急制动信号，在紧急模式下输出；三是故障信号，通过制动意图识别后输出；其他三路均为传感器信号，通过通信模块进行收集信号，并向外界传出信号。

2.2 分配模块

该模块中所接收的输入信号主要来自于外部制动命令、踏板制动命令，前者源于对外通信模块，后者源于制动意图识别模块。分配模块接收的信号以踏板制动命令为先，以便对驾驶员制动意图作出快速响应，在没有该类型信号的情况下，再接收外部制动信号。通过车载计算机网络，将已经分配的各轮制动力传递到相应的控制模块，实现制动力在四个车轮间的最优化分配。根据预先制定的制动力分配方案，将与制动力相关的信息传输到制动力控制模块中。同时，该控制模块还具备获取信息的能力，能够在各模块中搜集系统操作的相关信息，并以此为依据对各轮制动力进行分配。

2.3 通信模块

该模块主要功能是与外界通信，并将制动意图信息、失效模式、安全策略调度、制动力分配、故障诊断等相关状态的记录信息进行备份，提供信息查询服务，为测试实验和故障维修提供可靠数据支持。此外，通信模块还具备总线监听功能，可以实时获取相关数据，一方面搜集基本制动信息，另一方面实现传感器信息共享。通信模块可越级接收制动命令，配合别的车载智能驾驶模块，提供高层次的通信服务，使驾驶员获取更加舒适的体验。

2.4 故障诊断模块

该模块的作用是保障制动系统的可靠运行，主要针对制动系统的残余风险进行监督。故障诊断模块要结合具体的故障诊断信息，自动从车载计算机网络中剔除不具备自修复和自静默功能的诊断模块，保证该模块运行的有效性。此外，故障诊断模块还拥有在线故障诊断功能，及时为驾驶员提供预警信息，根据诊断故障类型的不同，提供不同的预警模式。故障诊断模块具备自定义功能，可按照实际操作需求激活多种操作模式，具体包括完全功能操作、基本功能操作、紧急操作等模式，使其更加符合驾驶员的操作需求。

2.5 控制模块

该模块主要负责将制动力控制数值进行精确分配，在配合故障诊断模块的情况下，可判断识别所输入的制动力分配信息，并对周边各传感器和功率驱动电路的稳定运行情况进行监测，判断其是否存在运行故障。一旦发现故障信息，则立即将故障执行机构的各项功能予以关闭，并立即将故障信息进行上报。在控制模块运行过程中，需详细记录制动力分配的相关数据，以及相应执行机构的性能参数，为日后类似故障的发生提供诊断依据。

2.6 电源模块

该模块是能量来源模块，对电子机械制动系统的稳定运行起着决定性的作用。为此，必须保证电源管理模块运行的安全性。通常情况下，电源失效问题较为罕见，常见的问题是因刹车频繁、下长破等操作造成电源消耗过大，进而出现耗尽电能的情况。所以，应在该模块中设计电源电量检测系统，安置备份电源，并改进充放电管理，便于驾驶员合理使用电源。

3.结论

综上所述，本文在简要阐述电子机械制动系统设计要求的基础上，对系统关键模块的设计进行了论述。本文所设计的系统现已在某品牌的车辆中进行了应用，由于该系统采用的是当前最为先进的模块化设计思路，从而确保了系统运行的可靠性，它的应用使车辆的制动性能获得了显著提升，具有一定的推广使用价值。

作者：徐洋（可口可乐辽宁（北）饮料有限公司，辽宁省沈阳市 110141 ）