CN104807651B - 一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法。它包括以下步骤：电子驻车制动系统工作时，电压传感器采集电机的电压V，电流传感器采集电机的电流I，得到实际电流曲线I(t)，根据实际电流曲线I(t)计算不同时刻位移传感器检测摩擦片移动的理论位移S₀，得到理论位移曲线S₀(t)，控制芯片读取预先存储的标准电流曲线I₀(t)，计算实际电流I与标准电流I₀的误差e_I，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移S，计算实际位移S与理论位移S₀的误差e_S，如果e_i／e_ith>1或e_S/e_ith>1，则判断电子驻车制动系统出现故障。本发明能够有效的检测出电子驻车制动系统是否发生机电故障，提高了电子驻车制动系统的可靠性。

Description

一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法

技术领域

本发明涉及汽车故障诊断技术领域，尤其涉及一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法。

背景技术

在电子驻车制动系统中，机电系统的可靠性都是整套系统设计的难点，也是电子驻车制动系统在推广过程中遇到的阻碍之一。目前没有一种有效的方法能够快速准确的检测出电子驻车制动系统是否发生机电故障。

中国专利公开号CN103419771，公开日2013年12月4日，发明的名称为电子驻车制动系统以及指示驻车制动器开关故障的方法，该申请案公开了一种指示驻车制动器开关故障的方法，它包括确定包括四个开关的驻车制动器开关是否发生故障，如果驻车制动器开关发生故障，则确定四个开关的状态，根据关于四个开关状态的信息监测输入到驻车制动器开关的驱动信号模式，以及确定驻车制动器开关是否处于应用状态，如果驻车制动器开关处于应用状态，使一个灯闪烁，以指示驻车制动器开关的故障。其不足之处是，该方法只能检测驻车制动器开关是否故障，不能检测出电子驻车制动系统是否发生机电故障。

发明内容

本发明的目的是克服目前不能有效检测电子驻车制动系统机电故障的技术问题，提供了一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其能够有效的检测出电子驻车制动系统是否发生机电故障，提高了电子驻车制动系统的可靠性，减少事故的发生。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，所述电子驻车制动系统包括控制芯片、电机、减速机构、丝杠机构和摩擦片，所述控制芯片与电机电连接，所述电机的转轴通过减速机构与丝杠机构一端相连，丝杠机构另一端与摩擦片相连，包括以下步骤：

S1：电子驻车制动系统工作时，电压传感器采集电机的电压V，电流传感器采集电机的电流I，得到实际电流曲线I(t)；

S2：根据实际电流曲线I(t)计算不同时刻位移传感器检测摩擦片移动的理论位移S₀，得到理论位移曲线S₀(t)，所述理论位移S₀的计算包括以下步骤：

电流I满足如下关系：I=(V-K_vω)／R，计算得到ω=(V-IR)／K_v，根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态，

当电机处于启动阶段和空载阶段时，摩擦片没有将制动盘压紧到卡钳上，卡钳没有受力形变，理论位移S₀=(∫ωdt)／K_t，结合ω=(V-IR)／K_v得到S₀=(∫[(V-IR)／K_v]dt)／K_t，

当电机处于带负载工作阶段时，摩擦片将制动盘压紧到卡钳上，卡钳受力形变，电机的输出扭矩为：T=K_t(V-K_vω)／R-(∑J)(dω／dt)-(∑λ)ω，电机的输出力为：F=K_tT，卡钳受力为：F=Kx，得到x=(K_tT)／K，由于位移传感器检测不到卡钳受力形变的位移，所以S₀=(∫ωdt)／K_t-[K_tK_i(V-K_vω)／R-K_t(ΣJ)(dω／dt)-K_t(∑λ)ω]／K，K_i、K_v、K_t、K为常量系数，ω为电机转速，R为电机回路电阻，∑J为总惯性，∑λ为总阻尼，x为卡钳受力形变位移；

S3：控制芯片读取预先存储的标准电流曲线I₀(t)，计算实际电流I与标准电流I₀的误差e_I，e_I=∫(I(t)-I₀(t))²dt，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移S，计算实际位移S与理论位移S₀的误差e_S，e_S=∫(S(t)-S₀(t))²dt；

S4：如果e_i／e_ith>1或e_S／e_Sth>1，则判断电子驻车制动系统出现故障，否则判断电子驻车制动系统没有故障，e_ith为电流偏差门限和e_Sth为位移偏差门限。

在本技术方案中，驻车过程中：电机的转动经减速机构调整为合适的转动速度与扭矩，然后通过丝杠机构转换为摩擦片的直线运动，摩擦片将制动盘压紧到卡钳上实现制动。∑J为机械传动系统的总惯性，∑λ为机械传动系统的总阻尼。

当电机与机械传动系统正常时，电机的电流曲线与位移传感器的位移曲线之间满足一定动力学关系。本方法中，建立了电机、减速机构、螺母丝杠结构等的动力学模型，将电流曲线代入到模型中计算理论的位移曲线，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移曲线，计算曲线间的偏差，比较的结果直接反映了电机和传动机构的参数与设计值是否接近，也可以理解为反映了实际位移和实际电流之间的关系是否正常。电流比较是比较实际电流曲线和标准电流曲线，计算曲线间的偏差，比较的结果反映了当前电子驻车制动系统和另外一个已知正常工作的电子驻车制动系统之间的差距。

作为优选，所述步骤S2中根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态的方法包括以下步骤：当电机刚开始转动工作时，电机处于启动阶段，实际电流曲线I(t)出现峰值，峰值之后当电流小于3.5A时，电机进入空载阶段，之后当电流大于3.5A时，电机进入带负载工作阶段。

作为优选，所述步骤S3中的标准电流曲线I₀(t)是电子驻车制动系统正常工作时，电流传感器测得的电机的电流。

作为优选，所述步骤S4中判断电子驻车制动系统出现故障之后还执行以下步骤：

S5：判断电子驻车制动系统的具体故障种类：

当I<0.8A且S<0.1mm时，线束开路；

当I>I_堵转且S<0.1mm时，线束短路；

当e_i／e_ith>6.5且e_S<2.0时，电流传感器失效；

当e_I＜2.0且e_S／e_Sth>7.3时，位移传感器失效；

当I<2.0A且S<0.2mm时，皮带脱开；

当I>22A且S<0.2mm且t_空转<0.3S时，传动机构齿轮卡死；

当I_max1>I_{max1_normal}且e_S／e_Sth>1且S>0时，电机绕组局部短路；

当e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且I_max2<I_{max2_normal}时，传动机构齿轮啮合异常；

当e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且电流曲线周期性波动且位移曲线周期性波动时，传动机构齿轮缺齿；

当I_min>I_空载且e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且t_空转<t_{空转_normal}时，传动效率降低；

当I>22.0A且S<0.2mm且t_空转<0.3S且V<10.0伏时，卡钳低电压释放卡死；

当I<3.0A且S>0时，卡钳被破坏；

当S_max>S_{max_normal}时，摩擦片磨损；

I_空载为电机空载电流，I_堵转为电机堵转电流，I_min为电机最小电流，t_空转为电机空转时间，t_空转normal为电机正常空转时间，I_max1为电机起动阶段最大电流，I_max1normal为电机起动阶段最大电流正常值，I_max2为电机处于带负载工作阶段的最大电流，I_{max2_normal}为电机处于带负载工作阶段的最大电流正常值，V为电机电压，S_max为摩擦片最大位移，S_{max_normal}为摩擦片最大位移正常值。

作为优选，所述步骤S5执行之后还执行以下步骤：

S6：在汽车控制台的显示屏上显示具体故障种类，并存储该故障种类对应的故障码。提醒驾驶员及时维修。

作为优选，所述步骤S6执行之后还执行以下步骤：

S7：当出现传动效率降低故障时，控制芯片将电机驱动电流提升至最大值19安培进行修正；当出现摩擦片磨损故障时，重新确定摩擦片的初始位置，将摩擦片移动到原初始位置，接着将摩擦片朝着制动盘所在方向移动一段距离，此时摩擦片所在位置为新初始位置。

本发明的实质性效果是：能够有效的检测出电子驻车制动系统的具体故障情况，提高了电子驻车制动系统的可靠性，并通过系统修正或报警的方式，减少事故的发生。

附图说明

图1是本发明的一种流程图；

图2是本发明的实际电流曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，电子驻车制动系统包括控制芯片、电机、减速机构、丝杠机构和摩擦片，控制芯片与电机电连接，电机的转轴通过减速机构与丝杠机构一端相连，丝杠机构另一端与摩擦片相连，如图1所示，包括以下步骤：

S1：电子驻车制动系统工作时，电压传感器采集电机的电压V，电流传感器采集电机的电流I，得到实际电流曲线I(t)；

S2：根据实际电流曲线I(t)计算不同时刻位移传感器检测摩擦片移动的理论位移S₀，得到理论位移曲线S₀(t)，所述理论位移S₀的计算包括以下步骤：

电流I满足如下关系：I=(V-K_vω)／R，计算得到ω=(V-IR)／K_v，根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态，

当电机处于启动阶段和空载阶段时，摩擦片没有将制动盘压紧到卡钳上，卡钳没有受力形变，理论位移S₀=(∫ωdt)／K_t，结合ω=(V-IR)／K_v得到S₀=(∫[(V-IR)／K_v]dt)／K_t，

当电机处于带负载工作阶段时，摩擦片将制动盘压紧到卡钳上，卡钳受力形变，电机的输出扭矩为：T=K_i(V-K_vω)／R-(∑J)(dω／dt)-(∑λ)ω，电机的输出力为：F=K_tT，卡钳受力为：F=Kx，得到x=(K_tT)／K，由于位移传感器检测不到卡钳受力形变的位移，所以S₀=(∫ωdt)／K_t-[K_tK_i(V-K_vω)／R-K_t(ΣJ)(dω／dt)-K_t(∑λ)ω]／K，K_i、K_v、K_t、K为常量系数，ω为电机转速，R为电机回路电阻，∑J为总惯性，∑λ为总阻尼，x为卡钳受力形变位移；

S3：控制芯片读取预先存储的标准电流曲线I₀(t)，计算实际电流I与标准电流I₀的误差e_I，e_I=∫(I(t)-I₀(t))²dt，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移S，计算实际位移S与理论位移S₀的误差e_S，e_S=∫(S(t)-S₀(t))²dt；

S4：如果e_i／e_ith>1或e_S／e_Sth>1，则判断电子驻车制动系统出现故障，接着执行步骤S5；如果e_i／e_ith≤1且e_S／e_Sth≤1，则判断电子驻车制动系统没有故障，e_ith为电流偏差门限和e_Sth为位移偏差门限；

S5：判断电子驻车制动系统的具体故障种类：

当I<0.8A且S<0.1mm时，线束开路；

当I>I_堵转且S<0.1mm时，线束短路；

当e_i／e_ith>6.5且e_S<2.0时，电流传感器失效；

当eI＜2.0且e_S／e_Sth>7.3时，位移传感器失效；

当I<2.0A且S<0.2mm时，皮带脱开；

当I>22A且S<0.2mm且t_空转<0.3S时，传动机构齿轮卡死；

当I_max1>I_{max1_normal}且e_S／e_Sth>1且S>0时，电机绕组局部短路；

当e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且I_max2<I_{max2_normal}时，传动机构齿轮啮合异常；

当e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且电流曲线周期性波动且位移曲线周期性波动时，传动机构齿轮缺齿；

当I_min>I_空载且e_i／e_ith>1且e_S／e_Sth>1且t_空转<t_{空载_normal}时，传动效率降低；

当I>22.0A且S<0.2mm且t_空转<0.3S且V<10.0伏时，卡钳低电压释放卡死；

当I<3.0A且S>0时，卡钳被破坏；

当S_max>S_{max_normal}时，摩擦片磨损；

I_空载为电机空载电流，I_堵转为电机堵转电流，I_min为电机最小电流，t_空转为电机空转时间，t_空转normal为电机正常空转时间，I_max1为电机起动阶段最大电流，I_{max1_normal}为电机起动阶段最大电流正常值，I_max2为电机处于带负载工作阶段的最大电流，I_max2normal为电机处于带负载工作阶段的最大电流正常值，V为电机电压，S_max为摩擦片最大位移，S_{max_normal}为摩擦片最大位移正常值；

S6：在汽车控制台的显示屏上显示具体故障种类，并存储该故障种类对应的故障码，点亮EPB故障灯，提醒驾驶员及时维修；

S7：当出现传动效率降低故障时，控制芯片将电机驱动电流提升至最大值19安培进行修正；当出现摩擦片磨损故障时，重新确定摩擦片的初始位置，将摩擦片移动到原初始位置，接着将摩擦片朝着制动盘所在方向移动一段距离，此时摩擦片所在位置为新初始位置。

步骤S2中根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态包括以下步骤：当电机刚开始转动工作时，电机处于启动阶段，启动阶段如图2中的A段，实际电流曲线I(t)出现峰值，峰值之后当电流小于3.5A时，电机进入空载阶段，空载阶段如图2中的B段，之后当电流大于3.5A时，电机进入带负载工作阶段，带负载工作阶段如图中的C段。

步骤S3中的标准电流曲线I0(t)是电子驻车制动系统正常工作时，电流传感器测得的电机的电流。

驻车过程中：电机的转动经减速机构调整为合适的转动速度与扭矩，然后通过丝杠机构转换为摩擦片的直线运动，摩擦片将制动盘压紧到卡钳上实现制动。ΣJ为机械传动系统的总惯性，∑λ为机械传动系统的总阻尼。

当电机与机械传动系统正常时，电机的电流曲线与位移传感器的位移曲线之间满足一定动力学关系。本方法中，建立了电机、减速机构、螺母丝杠结构等的动力学模型，将电流曲线代入到模型中计算理论的位移曲线，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移曲线，计算曲线间的偏差，比较的结果直接反映了电机和传动机构的参数与设计值是否接近，也可以理解为反映了实际位移和实际电流之间的关系是否正常。电流比较是比较实际电流曲线和标准电流曲线，计算曲线间的偏差，比较的结果反映了当前电子驻车制动系统和另外一个已知正常工作的电子驻车制动系统之间的差距。

Claims (6)

1.一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，所述电子驻车制动系统包括控制芯片、电机、减速机构、丝杠机构和摩擦片，所述控制芯片与电机电连接，所述电机的转轴通过减速机构与丝杠机构一端相连，丝杠机构另一端与摩擦片相连，其特征在于，包括以下步骤：

S1：电子驻车制动系统工作时，电压传感器采集电机的电压V，电流传感器采集电机的电流I，得到实际电流曲线I(t)；

S2：根据实际电流曲线I(t)计算不同时刻位移传感器检测摩擦片移动的理论位移S₀，得到理论位移曲线S₀(t)，所述理论位移S₀的计算包括以下步骤：

电流I满足如下关系：I＝(V-K_vω)/R，计算得到ω＝(V-IR)/K_v，根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态，

当电机处于启动阶段和空载阶段时，摩擦片没有将制动盘压紧到卡钳上，卡钳没有受力形变，理论位移S₀＝(∫ωdt)/K_t，结合ω＝(V-IR)/K_v得到S₀＝(∫[(V-IR)/K_v]dt)/K_t，

当电机处于带负载工作阶段时，摩擦片将制动盘压紧到卡钳上，卡钳受力形变，电机的输出扭矩为：T＝K_i(V-K_vω)/R-(ΣJ)(dω/dt)-(∑λ)ω，电机的输出力为：F＝K_tT，卡钳受力为：F＝Kx，得到x＝(K_tT)/K，由于位移传感器检测不到卡钳受力形变的位移，所以S₀＝(∫ωdt)/K_t-[K_tK_i(V-K_vω)/R-K_t(∑J)(dω/dt)-K_t(∑λ)ω]/K，K_i、K_v、K_t、K为常量系数，ω为电机转速，R为电机回路电阻，∑J为总惯性，∑λ为总阻尼，x为卡钳受力形变位移；

S3：控制芯片读取预先存储的标准电流曲线I₀(t)，计算实际电流I与标准电流I₀的误差e_i，e_i＝∫(I(t)-I₀(t))²dt，通过位移传感器检测摩擦片的实际位移S，计算实际位移S与理论位移S₀的误差e_S，e_s＝∫(S(t)-S₀(t))²dt；

S4：如果e_i/e_ith＞1或e_S/e_Sth＞1，则判断电子驻车制动系统出现故障，否则判断电子驻车制动系统没有故障，e_ith为电流偏差门限和e_Sth为位移偏差门限。

2.根据权利要求1所述的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中根据实际电流曲线I(t)判断电机的工作状态的方法包括以下步骤：当电机刚开始转动工作时，电机处于启动阶段，实际电流曲线I(t)出现峰值，峰值之后当电流小于3.5A时，电机进入空载阶段，之后当电流大于3.5A时，电机进入带负载工作阶段。

3.根据权利要求1所述的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S3中的标准电流曲线I₀(t)是电子驻车制动系统正常工作时，电流传感器测得的电机的电流。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4中判断电子驻车制动系统出现故障之后还执行以下步骤：

S5：判断电子驻车制动系统的具体故障种类：

当I＜0.8A且S＜0.1mm时，线束开路；

当I＞I_堵转且S＜0.1mm时，线束短路；

当e_i/e_ith＞6.5且e_s＜2.0时，电流传感器失效；

当e_i＜2.0且e_S/e_Sth＞7.3时，位移传感器失效；

当I＜2.0A且S＜0.2mm时，皮带脱开；

当I＞22A且S＜0.2mm且t_空转＜0.3s时，传动机构齿轮卡死；

当I_max1＞I_{max1_normal}且e_S/e_Sth＞1且S＞0时，电机绕组局部短路；

当e_i/e_ith＞1且e_S/e_Sth＞1且I_max2＜I_{max2_normal}时，传动机构齿轮啮合异常；

当e_i/e_ith＞1且e_S/e_Sth＞1且电流曲线周期性波动且位移曲线周期性波动时，传动机构齿轮缺齿；

当I_min＞I_空载且e_i/e_ith＞1且e_S/e_Sth＞1且t_空转＜t_{空转_normal}时，传动效率降低；

当I＞22.0A且S＜0.2mm且t_空转＜0.3s且V＜10.0伏时，卡钳低电压释放卡死；

当I＜3.0A且S＞0时，卡钳被破坏；

当S_max＞S_{max_normal}时，摩擦片磨损；

I_空载为电机空载电流，I_堵转为电机堵转电流，I_min为电机最小电流，t_空转为电机空转时间，t_{空转_normal}为电机正常空转时间，I_max1为电机起动阶段最大电流，I_{max1_normal}为电机起动阶段最大电流正常值，I_max2为电机处于带负载工作阶段的最大电流，I_{max2_normal}为电机处于带负载工作阶段的最大电流正常值，V为电机电压，S_max为摩擦片最大位移，S_{max_normal}为摩擦片最大位移正常值。

5.根据权利要求4所述的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S5执行之后还执行以下步骤：

S6：在汽车控制台的显示屏上显示具体故障种类，并存储该故障种类对应的故障码。

6.根据权利要求5所述的一种电子驻车制动系统机电故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S6执行之后还执行以下步骤：

S7：当出现传动效率降低故障时，控制芯片将电机驱动电流提升至最大值19安培进行修正；当出现摩擦片磨损故障时，重新确定摩擦片的初始位置，将摩擦片移动到原初始位置，接着将摩擦片朝着制动盘所在方向移动一段距离，此时摩擦片所在位置为新初始位置。