EMB系统功能安全分析3

cengjili

一、EMB失效控制

EMB 系统失效判断基于前面所述三路并行的安全机制，可实时检测系统运行状态，探测系统故障，又由于该系统为四轮独立制动，结合安全机制可引入四轮制动故障因子 λi来表征四轮故障状态，进行失效判断。故障因子的规则如式所示。



其中：i 表示不同车轮，即 FL、FR、RL、RR，它们分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮；Fi 表示实际制动力；Fe-i 表示期望制动力；Fm-i 表示最大制动力。当车轮可以正常制动时 λi = 1，如果有导致制动力降低或制动过度的故障发生，λi 将根据实际制动力与期望制动力的比值确定，此时 λi 范围为 0 ≤ λi < 1 及 1 <λi ≤ 2。λi 的值对应车轮丢失制动力的比例，如 λi = 0.8 时，意味着丢失了20% 的制动力。同理，当发生突发制动时，λi 的值为 2 加上多出的制动力与最大制动力之比，λi 范围为 2 < λi ≤ 3。如当 λi = 2.2 时表示发生了大小为当前最大制动力的 20% 的非预期制动。

二、EMB失效控制策略

在前文的功能安全分析中，已得出不同的故障模式及对应 ASIL 等级，由于较常见的故障为单轮制动力丢失，且 EMB 系统为四轮独立制动架构，于是提出利用其余三轮进行整车制动力重构，以满足车辆制动需求和稳定性控制。由于在制动过程中会发生载荷转移，所以前轮发生制动异常时会导致更为严重的后果，下文以左前轮制动力完全丢失为例（λFL = 0）设计失效控制策略。制动强度为 z 时，初始制动力为：



其中：m 为车辆质量；Fe-front 为车辆预期前轴总制动力；Fe-rear 为车辆预期后轴总制动力。当左前轮发生制动力丢失时，为满足车辆制动强度需求和稳定性需求，基于四轮制动力平衡对其余三轮进行制动力重构，具体分配规则为：



根据式分配规则，可实现在总制动力不变的同时，满足前后轴、左右侧和对角线车轮的制动力均相等，即



在满足制动强度的基础上，路面峰值附着系数限制了车辆可实现的最大减速度 [16]，因此车轮的最大制动力需满足约束条件：



其中：Fm-i 为车轮制动力极限值，μ 为地面附着系数，Fi-z为车轮垂向载荷。根据以上分配规则及约束条件，即可求得余下三轮的重构制动力，右前轮、左后轮及右后轮发生失效后的 EMB 系统失效策略同左前轮失效。此时满足总制动力需求及制动力平衡需求，可避免车辆制动能力降低和四轮制动力不平衡带来的车辆失稳，实际控制效果将继续验证。