EPB功能安全笔记(4)：EPB系统架构分析和功能总结

本文要点

在上文（EPB功能安全笔记(3)：如何定义一条完整的Safety Goal？）中，阐述了功能安全需求的基本属性。Safety Goal作为最高层级（整车层）的功能安全需求，研究对象所涉及的每一条Safety Goal都应该定义清楚ASIL等级、FTTI、safe state等基本属性，只有这样Safety Goal才能作为顶层的功能安全开发目标用以指导接下来的功能安全开发工作。

而从另一个角度看，Safety Goal是概念层的产物。为什么这么说呢？结合前面几期内容大家可以发现，Safety Goal是在不需要知道EPB系统架构的情况下就可以被完整定义出来的。但是概念层终究是空中楼阁式的，最终Safety Goal的实现是需要依赖于系统架构以及架构中的要素（如软件、硬件）。比如Safety Goal要求EPB系统不能产生非预期的减速度，那么就需要先明确减速度的计算与EPB系统架构中的哪些要素相关。换句话说，要想实现Safety Goal，就必须结合系统架构将Safety Goal细化为更具体的功能安全需求并分配给系统架构中的要素，这一活动在ISO 26262中被称为“技术安全要求定义”。

安全要求的结构

基于此，本期和下期将基于VDA 305标准分别对EPB系统架构和软件接口进行说明，为后面定义EPB系统的技术安全要求提供依据。

VDA 305标准的诞生背景和目的

在开始系统描述之前，先问一个问题：

EPB系统由两部分组成：

产生驻车力的驻车执行机构（卡钳和控制卡钳的电机）
控制驻车执行机构的电子控制单元（ECU），包含软件和硬件。

但是，为什么在车辆配置清单中没有单独的EPB ECU？

电子手刹正在逐步替代机械手刹

实际上，市场上99%的EPB系统是共用了ESC(Electric Stability Control, 电子稳定性系统)的ECU的。将EPB系统的软件集成到ESC软件中，在ESC的硬件基础上做一些改动以支持EPB的硬件需求。

前面的文章中提到，EPB系统的一个功能是在行车过程中控制制动液压的实现备份制动，而液压执行机构是集成于ESC系统中的；而ESC系统所包含的轮速传感器可以为EPB系统提供车速这一关键参数。因此，EPB和ESC功能关联十分紧密，如果各自对应一个独立的ECU，两者之间注定有很多交互接口；把两者集成于一个ECU中也是自然而然能想到的一个既节省成本又降低整车E/E系统复杂度的方案。

另一方面，市面上精于ESC系统的供应商和精于EPB系统的供应商往往不是一家。对于OEM而言，当选择不同的EPB系统和ESC系统供应商时，如果各个供应商闭门造车，那么将EPB软件集成到ESC软件时将会面临很多问题，首当其冲的问题是EPB和ESC软件接口的定义如何统一。这就是VDA 305标准诞生的背景。VDA 305旨在标准化EPB系统的架构以及EPB软件和ESC软件的交互接口，清晰地定义EPB系统和ESC系统的供应商的职责范围，使OEM在选择供应商时有很大的自由度，也使得不同的供应商的合作更加高效。

基于VDA 305的EPB系统描述

VDA 305将EPB系统分成两个部分，可分别由两个供应商提供：

Brake Assy: 包含制动卡钳、卡钳电机、电机控制软件（PBC, parking brake controller）
ESC Assy: 又称Brake Host，提供EPB ECU和供电电源、CAN 通讯接口、硬线接口等外围设备

绿色：Brake Assy; 蓝色：ESC Assy

这一划分的目的在于：

术业有专攻，发挥供应商各自的优势，强强联合组成更可靠的产品
明确定义供应商的职责范围
保证供应商的测试工作和产品释放将不受另一方开发状态的影响

OEM可以选择不同的供应商产品组成EPB系统

另一个方面，如果将EPB系统和ESC系统分别作为一个系统来看，则EPB系统包括的组件为：

左右两个制动卡钳
控制卡钳电机的PBC软件
实现电机控制的硬件电驱桥
Host软件中的诊断模块、CAN信号或这硬线信号处理模块、轮速传感器信号处理模块
共用的硬件模块，如microprocessor, electronic memory components等

ESC系统所包含的组件为：

实现建立轮缸液压力的硬件
ESC基础软件功能，如ABS（anti-lock braking system）, AYC（Active Yaw Rate Control）等
共用的硬件模块，如microprocessor, electronic memory components等

EPB和ESC系统组件，绿色：EPB; 蓝色：ESC

2.1.Brake Assy的功能范围

Brake Assy的功能范围包括：

service brakes with which the parking brake is realized
parking brake actuators used as control elements for the parking brake
activation software for activating the parking brake actuator. This is also called the parking brake control (PBC).

Brake Assy

CBI公司卡钳产品示意图

强调一下，PBC是一个纯软件模块，其中包含夹紧力控制算法(clamping force control algorithm)、制动盘温度模型(brake disc temperature model)、重新夹紧功能(re-clamping functions)，诊断功能如制动片更换检测(brake pad replacement monitoring)等。此外，PBC还向Host Brake主机提供诊断制动总成所需的信息。PBC将作为“黑匣子”集成到ESC Assy中。

2.2.ESC Assy的功能范围

ESC Assy的功能范围包括：

Hardware components:

the power electronics necessary for activating the parking brake actuator in either direction (release or apply) and the associated measurement of electric current and voltage
the hydraulic actuator (ESC unit) for support as needed to the parking
brake system for dynamic and static functions
provision of the necessary resources for the PBC component to run:

ovolatile and non-volatile memory

ocomputing power (run time)

communication interface with the vehicle network

Software components:

ESC functions for supporting the parking brake system in dynamic and static functions
driver information interface
fault manager
degradation management
diagnostic interface
control software for the EPB power electronics
signal processing (recognizing signal from parking brake switch, sensor and network signals)
standstill manager (SSM)

特别强调一下SSM模块，SSM模块的功能主要包括：