汽车机电一体化控制系统的安全考虑

今天，越来越多的汽车使用机电一体化制动辅助系统（BA）来减少紧急情况下的制动反应时间和缩短停车距离。这些系统仍旧使用一个传统的真空助力器，但在制动踏板和/或加速踏板上增加了传感器，用以检测紧急制动的情况。这一类型的BA也可以由机电一体化控制器来提供，而成本和复杂性更低。助力器里面的一个机械执行机构检测驾驶人制动时的车速。如果它“感觉”像是一个紧急停车，则助力器转到全增压，同时紧急制动。

虽然BA与BBW AWB制动并不一样，但它是同一方向上的一步。任何驾驶人都会想要一个精致的高科技BBW AWB制动机电一体化控制系统，这种系统在他们行驶在拥挤的路上时是离线的。BBW AWB制动机电一体化控制系统必须是可靠的，并且在发生故障的情况下有备用式冗余，否则就没有办法让车辆停止了【CARLEY 1994】。

因此，正在研发创新性BBW AWB制动机电一体化控制系统的汽车科学家和工程师的主要目标之一是，让机电一体化E-M制动系统安全和可靠，起码也要像传统F-M制动系统一样安全和可靠。

在这方面，带冗余计算机控制和电源的E-M制动系统，很可能会比传统F-M制动系统更安全些。为什么呢？因为每个车轮处于其自己的独立电路中，如果某个EMB制动钳或电路失灵，则它不应该影响另外三个车轮。这意味着万一某个车轮发生制动失灵，车辆可能依然有三个可操作的制动器（相对的是当代的F-M制动系统有两个）。不过，当BBW AWB制动允许ABS、TCS和VSC被带到一个新的水平的时候，有可能获得在安全性方面的最大收益。

BBW AWB制动机电一体化控制系统可以容易地与ACC结合，以便在前方车辆突然停车和驾驶人未能快速反应时提供自动制动。它也可以与某些类型的防撞系统结合，从而能够检测道路前方物体或迎面而来的汽车，并在驾驶人可能反应之前制动。正在开发BBW AWB制动机电一体化控制系统的相同车辆制造商，也已经开发了电动驻车制动器（EPB）系统，用以代替拉线式盘式、环式或鼓式制动器。按下一个按钮，驾驶人即可设置驻车制动器，而不是踩一个踏板或拉一个手柄来设置制动器（似乎很少有驾驶人利用）【CARLEY 2004】。

用EPB BBW AWB制动技术，汽车驾驶人或许可以使用一个车内的开关来驱动驻车制动器。开关可以允许渐进式使用驻车制动器，或者简单的“ON”或“OFF”。来自开关装置的电信号被送到智能E-M执行装置。接下来，使用集成传感器和机电一体化的智能元器件，这一动力装置施加力，并进入每个盘式、环式或鼓式制动机构用户连续机电一体化控制。EPB BBW AWB制动机电一体化控制也可以促进驻车制动功能的自动化，从而帮助驾驶人坡道起步或红绿灯起步【PACI-FICA 2002】。

多年来，已开发标准汽车BBW AWB制动机电一体化控制系统，并已改良为非常可靠和安全的系统。由于它能够降低FMB或PMB中的液压或气压，防抱死BBW AWB制动机电一体化控制系统必须使用一种严谨的方法来设计，并在交付制造之前必须经过严格测试。有一点是确定的，就是高科技不会停步不前，当然BBW AWB制动也不例外。可能需要一点时间，也许是十年或更长。但早晚BBW AWB制动机电一体化控制系统会变得和今天的ABS一样普遍。

故障模式和影响分析/无故障分析：对防抱死BBW AWB制动机电一体化控制系统的合理设计而言，故障模式和影响分析或无故障分析是必不可少的。需要执行系统级或子系统级（hyposystem-level）分析，同时需要检查故障影响和检测假设。(www.xing528.com)

没有单点故障会造成一个不安全条件，同时，如果在现场检测不到某个故障，则那个故障连同任何其他的故障不应导致一个不安全的条件。由于ECU的复杂性，在台架试验或现场试验中使用仿真技术来测试那些故障影响是不切实际的。

提高安全性的常见设计技术：在防抱死BBW AWB制动机电一体化控制系统中，用来提高安全性的最常见技术是在ECU里面包括大量的内建测试。通常，所有ECU的输入和防抱死BBW AWB制动机电一体化控制系统的其他元件的输出，都要被分别测试是否有信号和负载适当，而且ECU的所有内部功能也要经过大量的测试。此外，冗余处理常用来保证正确的单片机内部工作。这可能采取的形式有：完全相同的单片机，或一个主微控制器和可禁止操作的监视微控制器。为了确保禁止故障防抱死操作，防抱死BBW AWB制动机电一体化控制系统使用一个继电器功能来把驱动电源从输出执行机构移除。这个功能可能采用一个离散继电器，也可能采用电子电路的形式。这个继电器功能是设计的一个关键要素，因为它提供抑制射流阀或E-M-F泵或E-M-P压缩机通电的第二个方法，因而获得了涉及不正确防抱死操作的第二级安全。图3-34所示为一个典型ECU的结构和功能框图【CAGE 1990，1994】。

图3-34 典型的电子控制单元（ECU）的结构和功能框图【CAGE 1994】

在被提交至单片机进行处理之前，输入会被过滤和缓存。同样地，在离开ECU之前，单片机的输出会被缓存/放大和过滤。在图3-34显示的框图中，主微控制器负责大多数的处理并控制输出，并监视微处理器。由其名字可以看出，它负责监控，并在显示故障时禁止防抱死。

现代防抱死ECU的一个特性是功能块之间的双向通信。这是ECU设计成高水平内建测试的一个结果。比如，可以命令输出电路给电磁射流阀测试适当的电流，并将测试结果传送给单片机。同样地，可以命令输入电路在传感器和ECU以外的其他防抱死元件上执行测试程序，并将测试结果传送给单片机。