制动开关故障诊断策略研究

黄荣立，张静

（宁波吉利汽车研究开发有限公司长兴分公司，浙江 湖州 313100）

前言

随着汽车技术的不断发展，汽车电子控制系统越来越复杂，功能越来越丰富，有些功能的实现必须通过检测制动开关的状态来实现，如巡航功能不能由制动而退出，可能导致车辆失控；如“刹车优先”功能不能实现等。

一般来说，车辆通过制动开关信号来判断驾驶员的驾驶需求，即采集到制动开关的输入信号后，就点亮制动灯，并将制动信号输入到整车ECU，但是对于目前不太成熟的控制方式和日益增加的驾驶安全需求问题来说，如果缺乏系统的故障诊断，使得制动开关的一些故障诊断不能有效的实现检测和判定，导致故障不能得到及时处理，从而严重影响汽车的安全驾驶，给用户带来安全隐患[1]。

目前汽车厂家对制动开关的故障诊断方法进行大量的研究，主要有两种：

1）利用真空助力器中的真空度以及其变化量，对制动开关有无故障进行综合判断，该方法的缺点是整车所需传感器增加，安装空间有限且安装成本高[2]。

2）利用制动开关和制动主缸的压力识别真实制动的方法，通过对制动开关信号和主缸的压力信号进行一致性判断，并根据当前的油门、车速信息进行冗余校验，从而准确判定制动信号的真实性。该方法的缺点是对整车配置要求高，诊断方法通用性低。

针对目前制动开关的诊断方法通用性低、诊断装置安装复杂、安装成本高等问题，本文根据目前制动开关的结构和原理，利用ECU采集到的制动开关信号、制动灯信号和车速信号进行校验和判断，来识别驾驶员的真实需求，再设置制动信号相关性检测和制动信号合理性检测，使得制动开关的故障诊断得到有效的检测和判定。

1 正文

1.1 制动开关工作原理

目前制动开关一般安装在制动踏板上，通过制动过程中踏板臂的运动量来控制制动开关的行程，其电气结构简图如图1所示。

图1 制动开关电气结构示意图

目前制动开关一般为双回路4针脚通断开关，两路信号为并联结构，相互独立控制。

其中一路与ECU串联，控制制动开关信号的通断。制动踏板无动作时，此组为接通状态；制动踏板被踩下后，此组变为断开状态，此时ECU认为此断开信号为刹车信号。

另外一路与制动灯串联，控制制动灯信号的通断；制动踏板无动作时，此组为断开状态；制动踏板被踩下后，此组为接通状态，接通了制动灯的电源，制动灯亮[3]。

图2 制动开关电气结构示意图

一般而言，车辆通过制动开关的行程来判断驾驶员的驾驶需求，假设制动开关的总行程X=a3，其开关通断行程图如图2所示。

表1 制动灯信号和制动开关信号的变化

正常情况下，制动开关被压缩，开关行程X=0，制动灯信号为off，制动灯不亮；制动开关信号为on，ECU工作正常。在各行程时，制动灯信号和制动开关信号的变化如表 1所示。

表1可知，当制动开关行程X＞a1时，制动灯接通，制动灯点亮；当制动开关行程X＞a2时，制动开关信号断开，ECU检测到制动开关信号。然而，当制动开关的开关行程为a1＜X≤a2时，制动开关与制动灯均为接通状态，此时制动开关信号与制动灯信号变化不统一，从而可能带来如下一些问题：

1）当制动开关装配不到位，或者出现松动，开关初始行程a1＜X≤a2时，制动灯常亮，ECU工作正常，而驾驶员无法及时了解到此故障。

2）当制动踏板固定不牢靠，踏板臂振动，且振幅为 a1＜X≤a2时，制动灯偶发性点亮，ECU工作正常，而驾驶员无法及时了解到此故障。

1.2 制动开关故障诊断方法

1）制动信号相关性检测

通过ECU实时采集到的制动开关信号与制动灯信号，将制动开关信号和制动灯信号是否发生变化情况进行设定次数检测进行校验，以确定判断制动信号的有效性，当两路信号都发生变化时，认为制动信号有效。当两路信号一路变化另一路不变化时，则认为制动信号无效，其逻辑示意图如图 3所示。

图3 制动相关性检测逻辑示意图

以某款车型为例，为避免颠簸路面的强激励或驾驶员无意识的轻点制动踏板的行为，开关行程 X偶发性的位于 a1到a2之间而出现两路信号一路变化另一路不变化，导致误报警的情况，故将相关性检测的连续出现次数达到第一设定次数5次时，则判定制动开关故障，并通过仪表故障灯的形式提醒驾驶员，需要对制动开关的安装状态进行调整。

2）制动信号合理性检测

通过对车速信号的变化和制动开关信号及制动灯信号的变化进行校验，以确定判断制动信号的有效性，一旦制动信号发生故障，整车将会执行保护措施来降低风险。其逻辑示意图如图4所示。

图4 制动合理性检测逻辑示意图

以某款车型为例，车速第一阈值设定为 20km/h以上并保持1s时，系统开启制动信号合理性检测。同时通过对车速的下降速度或者车速下降率的设定，来识别排除驾驶员真实的制动需求，为排除车辆滑行的情况，故将车速第二阈值设定为小于3km/h，或者车速下降率阈值设定为大于6km/h且持续2s。当系统检测到车速或车速下降率明显变化，而制动开关信号和制动灯信号均未发生变化，意味着制动开关存在卡滞或装配不到位，制动信号合理性检测次数达到第二设定次数10次时，则判定制动开关故障。

2 结论

本文通过 ECU采集到的制动灯信号和制动开关信号进行校验，并利用ECU采集到的车速信号进行判断，来识别驾驶员的真实需求，再设置制动信号相关性检测和制动信号合理性检测进行一致性判断，从而提供一种简单有效、通用性强、可靠性高的制动开关故障诊断方法，使得制动开关的故障诊断得到有效的检测和判定，从而提升制动信号的诊断精度，一旦发生故障或制动开关装配不到位，整车将会执行保护措施来减少风险。