電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

鄭 婷，王洪亮，王顯會(huì)，皮大偉

（1.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.南京艾斯福汽車科技有限公司，江蘇 南京 210094）

0 引言

隨著汽車電子技術(shù)和線控技術(shù)的發(fā)展，電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)（Electronic Parking Brake，EPB）是二者在汽車制動(dòng)領(lǐng)域的最新應(yīng)用。電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)將行車過程中的臨時(shí)性緊急制動(dòng)和停車后的長時(shí)性駐車制動(dòng)功能整合在一起，并且由電子控制方式實(shí)現(xiàn)汽車駐車制動(dòng)和解除的自動(dòng)控制。EPB電子按鈕取代傳統(tǒng)的駐車制動(dòng)桿，既提高了駕駛室的空間利用率，同時(shí)也消除了因駕駛員力量迥異而引起的制動(dòng)力大小的差別，確保了駐車制動(dòng)的安全性。本文針對(duì)EPB功能要求，從硬件方面進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)。

1 電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前在整車上運(yùn)用的EPB技術(shù)主要有鋼索牽引式和整合卡鉗式兩種。前者保留了傳統(tǒng)機(jī)械式駐車制動(dòng)系統(tǒng)的拉索機(jī)構(gòu)并與電機(jī)機(jī)構(gòu)連接形成執(zhí)行器；后者取消了傳統(tǒng)的拉索機(jī)構(gòu)，電機(jī)集成于兩后輪卡鉗上。由于鋼索牽引式保留了傳統(tǒng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)的拉索部分，方便在現(xiàn)有車型上的改裝，從而使已配備傳統(tǒng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)車型向電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)過渡以降低難度；而整合卡鉗式對(duì)整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)都進(jìn)行了大規(guī)模的更改，增加了國內(nèi)零部件供應(yīng)商和整車廠先期對(duì)傳統(tǒng)駐車制動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的投資風(fēng)險(xiǎn)，不利于現(xiàn)階段由傳統(tǒng)的駐車制動(dòng)系統(tǒng)向電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)的過渡。綜合考慮上述因素，本文針對(duì)鋼索牽引式EPB進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)組成如圖1 所示。

2 傳感器的選擇及功能模塊電路設(shè)計(jì)

2.1 傾角傳感器的選型及模塊設(shè)計(jì)

基于傾角傳感器獲知的坡道角度計(jì)算出所需的制動(dòng)力，系統(tǒng)僅需施加大于該值的駐車制動(dòng)力便可安全駐車，大大提高了EPB系統(tǒng)的制動(dòng)效率。通過對(duì)常用傾角傳感器的對(duì)比，最終選擇芬蘭VTI科技公司的SCA60C傾角傳感器，其傾角傳感器電路原理圖如圖2 所示。

2.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的選型及模塊設(shè)計(jì)

電機(jī)是EPB系統(tǒng)執(zhí)行器的核心，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的檢測可計(jì)算獲取電機(jī)的工作狀況，電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低決定了執(zhí)行器的負(fù)載能力。綜合考慮安裝方式、靈敏度及環(huán)境影響等因素，最終選定SS111A開關(guān)型霍爾傳感器，電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器原理如圖3 所示。

圖1 鋼索牽引式EPB系統(tǒng)組成圖

圖2 傾角傳感器電路原理圖

2.3 拉力傳感器的選型及模塊設(shè)計(jì)

EPB系統(tǒng)的根本目的是施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力實(shí)現(xiàn)安全駐車，因此駐車?yán)Φ木_測量與否直接決定其控制效果。為避免拉力傳輸過程中由于機(jī)械摩擦產(chǎn)生損耗，拉力傳感器設(shè)置在傳動(dòng)絲杠與拉索之間。由于駐車?yán)χ蹬c傳動(dòng)絲杠位移量呈線性變化關(guān)系，而線性霍爾傳感器輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度亦呈線性變化關(guān)系，故最終選擇SS495A線性霍爾傳感器。拉力傳感器的電路原理圖設(shè)計(jì)如圖4 所示。

圖3 電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器原理圖

圖4 拉力傳感器電路原理圖

3 實(shí)車測試及結(jié)果分析

車速為0且非駐車狀態(tài)下，上摳EPB的P開關(guān)，系統(tǒng)實(shí)施駐車制動(dòng)；下按P開關(guān)，系統(tǒng)解除駐車制動(dòng)。試驗(yàn)過程中各項(xiàng)參數(shù)變化如圖5 所示。

由圖5 數(shù)據(jù)可知，車輛靜止于約9°的坡道上且為非駐車狀態(tài)，約8.1s時(shí)上摳P開關(guān)，電控單元判定滿足駐車條件并控制電機(jī)正轉(zhuǎn)施加駐車制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)安全駐車；約在11.8s時(shí)系統(tǒng)查詢到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大于起步需求轉(zhuǎn)矩提醒駕駛員下按P開關(guān)，電控單元判定滿足解除駐車條件并控制電機(jī)反轉(zhuǎn)釋放駐車制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)解除制動(dòng)。由此可見，實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文針對(duì)EPB目前的研究狀況以及考慮到原手剎裝置向配備EPB功能的車輛過渡的難易程度，選擇合適的芯片及傳感器完成功能模塊設(shè)計(jì)。實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)車工況實(shí)現(xiàn)駐車或解除制動(dòng)。

圖5 常規(guī)駐車制動(dòng)與解除拉力記錄

［1］郭立書，施正堂，張正兵，等.電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（12）：31-33.

［2］Ralf Leiter.Design and control of an electric park brake［C］.SAE Paper 2002-01-2583.

［3］許國建.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2004.