汽車EPB系統(tǒng)控制策略的設(shè)計

劉峰

(銀建汽車修理有限公司，北京 100070)

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汽車EPB系統(tǒng)控制策略的設(shè)計

劉峰

(銀建汽車修理有限公司，北京 100070)

摘要：汽車電子技術(shù)的不斷進步，令駐車制動系統(tǒng)即手剎系統(tǒng)從過去機液式的，逐漸變成電子式的。電子手剎可在行車前自動釋放或在熄火后自動拉緊，省去了忘記解除手剎或坡道起步溜車等情況的困擾與風(fēng)險。由于電子手剎系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要對其控制策略進行分析。主要對電子手剎系統(tǒng)的控制原理與控制策略進行設(shè)計、解析與描述，包括手剎制動控制策略、手剎制動解除控制策略、坡道起步控制策略、應(yīng)急制動控制策略、智能制動控制策略等。

關(guān)鍵詞：電子手剎系統(tǒng)；控制策略

0引言

現(xiàn)今，汽車電子技術(shù)在車用零部件的應(yīng)用越來越廣，許多汽車均配備了電子手剎的功能[1]。

1EPB概述

EPB(Electric Parking Brake)即電子駐車或稱電子手剎制動系統(tǒng)[2]。這類由電子控制方式實現(xiàn)手剎制動的技術(shù)，其工作原理與機械式手剎相同，均是通過剎車盤與鼓式(拉線式)或卡鉗式手剎之間的摩擦力控制手剎制動，只不過控制方式從原先的拉桿變成了電子按鈕。

圖1為EPB控制裝置按鈕，符號(P)。拉起按鈕即為拉緊，釋放時只需輕按即可。

2EPB系統(tǒng)控制策略的設(shè)計研究

2.1EPB制動控制策略設(shè)計

EPB系統(tǒng)是在駕駛員采取制動措施后，對其工況進行判斷:是否處于正常執(zhí)行EPB制動的工況，當(dāng)車輛處在正常工況下，ECU一旦接收到駕駛員的制動信號，便依控制策略執(zhí)行命令，通過CAN總線傳輸至兩側(cè)車輪制動單元，控制電機依據(jù)需要進行相應(yīng)工作。

EPB系統(tǒng)還有防干擾或防誤操作等不安全因素的功能，各傳感器要采集EPB開關(guān)信號、車速信號、坡度信號、EPB制動壓力信號，通過CAN總線發(fā)至ECU[3]。

EPB系統(tǒng)制動時控制策略如圖2所示。ECU在駕駛員發(fā)出拉起EPB控制開關(guān)信號時會啟動EPB控制開啟程序，依據(jù)總線中采集到的參數(shù)，確定汽車是否處于手剎制動狀態(tài)[4]。在車速不超過速度臨界值且滿足該狀態(tài)時，ECU通過CAN總線發(fā)給EPB拉緊制動拉線信號控制電機，完成手剎制動。若ECU檢測出EPB制動壓力滿足壓力臨界值時，手剎制動鎖止，EPB燈變紅。電機轉(zhuǎn)速大于12 000 r/min時，制動耗時小于2 s，加上減速齒輪的減速增扭作用，手剎制動瞬間穩(wěn)定[5]。

在坡道上，EPB系統(tǒng)依據(jù)坡度傳感器的檢測結(jié)果自動計算出所需制動力，同時ECU也會對制動壓力進行檢測，構(gòu)成閉環(huán)控制。當(dāng)制動力滿足坡道需求，在無需電機工作的情況下，EPB系統(tǒng)通過鎖定螺釘?shù)淖枣i功能確保汽車處于手剎制動狀態(tài)。

2.2解除EPB

對于EPB系統(tǒng)來說，按下控制按鈕后，ECU的解除指令便通過CAN總線傳送到電機控制啟動電機工作。此時與制動過程相反，傳感器要采集EPB制動按鈕信號、極限解鎖位置信號以及制動踏板位置信號。

解除制動的流程為ECU接收到駕駛員按下EPB控制開關(guān)的信號，啟動制動中斷服務(wù)程序，依據(jù)CAN總線傳送的采集數(shù)據(jù)，判斷此時是否達到解除手剎制動的狀態(tài)。在踩下剎車踏板提供制動力時，EPB就能解除了，通常耗時在2 s內(nèi)，控制策略如圖3所示。

2.3坡道起步控制策略設(shè)計

執(zhí)行對應(yīng)的坡道起步程序的情況是在車輛起步時，駕駛員為實現(xiàn)坡道起步按下了手剎按鈕。要實現(xiàn)此過程的電子控制，須解決何時解除手剎制動的問題，即引擎驅(qū)動力矩大于或等于其起步阻力矩。

在車輛起步時，根據(jù)ECU計算出的起步阻力在二維控制表中找到對應(yīng)的行，再結(jié)合加速踏板位置找到對應(yīng)的列，從而能確定釋放EPB的時間[6]，如圖4所示。

2.4緊急制動控制策略設(shè)計

緊急制動又稱行車制動，若制動系統(tǒng)突遭失效，駕駛員可拉起EPB按鈕，令EPB系統(tǒng)參與完成車輛的緊急制動，盡可能保障行車安全。由于此類情況是非正常的，會對EPB系統(tǒng)的使用性能造成損傷，因此，在正常情況下，禁用此類功能。鑒于此類功能的特殊性，在啟動EPB時，需要ECU能夠準確分析出當(dāng)前情況駕駛員所要采取的動作，再控制電機、減速齒輪等執(zhí)行機構(gòu)工作，提供最大的制動力，以實現(xiàn)汽車的穩(wěn)定制動[7]。ECU需要獲取EPB按鈕、剎車踏板位置、加速踏板位置和輪速等信號。

緊急制動的控制策略為在駕駛員拉起EPB按鈕、ECU接收到信號后，啟動相應(yīng)的中斷程序，對車速和加速踏板位置進行監(jiān)測，此類功能的應(yīng)用首先要求有一定的車速并且加速踏板處于完全釋放狀態(tài)，若監(jiān)測到制動踏板幾乎未移動，ECU就判定為正常行車狀態(tài)，此時就鎖止此功能以便正常行車。若監(jiān)測到制動踏板被極速踩到底，即制動力最大時，ECU認定為發(fā)生了緊急情況，從而發(fā)出控制信號，啟動執(zhí)行機構(gòu)制動，使得汽車在緊急制動情況下，能獲得最大的制動力及制動扭矩。圖5為緊急制動控制策略流程。

2.5EPB智能制動控制策略設(shè)計

對于粗心大意的駕駛員，可能會犯的失誤就是停車后忘記拉手剎制動。針對此類情況，相應(yīng)的EPB系統(tǒng)需要具備智能制動能力，ECU要準確地判斷此類情況，在駕駛員離開后控制車輛手剎制動。此工況駕駛員無控制信號發(fā)出，所以要ECU進行檢測，并準確判斷[8]。ECU要獲取的信號包括:車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、加速踏板位置(節(jié)氣門開度)、駕駛員側(cè)車門開關(guān)信號、是否使用座椅的信號等。若駕駛員座椅處在占空狀態(tài)，駕駛員側(cè)車門有開關(guān)動作，ECU可利用車門開關(guān)信號觸發(fā)啟動EPB智能制動的中斷程序，此程序通過檢測相關(guān)狀態(tài)參量均為空就可確信駕駛員已離開，若此時EPB按鈕未被拉起，表明駕駛員忘記拉手剎，ECU就會控制電機工作，完成手剎制動。

EPB智能制動控制策略設(shè)計如圖6所示。

2.6智能解鎖控制策略

在駕駛員的誤操作中，有類情況是在車輛起步后忘記釋放手剎。這類情況對于EPB系統(tǒng)來說，若不能進行智能調(diào)節(jié)，會給減速齒輪及電機帶來相當(dāng)大的損傷。為此，EPB系統(tǒng)需要通過自動檢測，當(dāng)判明是此類情況時，能進行自動解鎖。此過程的控制策略設(shè)計與EPB智能制動控制策略(第2.5節(jié))類似。

3結(jié)論

(1)完成了車用電子手剎EPB控制策略的研究與分析；

(2)著重介紹EPB系統(tǒng)設(shè)計及其控制策略的研究，包括：EPB制動控制策略，EPB解除控制策略，坡道起步控制策略，應(yīng)急制動控制策略，智能制動控制策略等；

(3)文中研究是作者在工作中遇到的汽車EPB的原理與控制策略問題研究的相關(guān)描述，對實際情況有一定的指導(dǎo)意義，可在實際的汽車EPB系統(tǒng)開發(fā)及使用時得到應(yīng)用。

參考文獻:

【1】JONNER W D，WINNER H，DREILICH L.Electro-hydraulic Brake System-The First Approach to Brake-by-Wire Technology[R].SAE,1996.

【2】劉峰.雷諾科雷傲故障快速維修與EPB手動解鎖[J].汽車維修,2013(11):13-16.

【3】LEE C W，CHUNG H B，LEE Y O.Fault Detection Method for Electric Parking Brake (EPB) Systems with Sensorless Estimation Using Current Ripples[J].International Journal of Automotive Technology,2007,11(3):387-394.

【4】紀石.上海通用新君威新技術(shù)剖析(六)[J].汽車維修技師,2009(7)：16-17.

【5】吳定才.電子駐車制動器的使用與操作[J].汽車維修,2010(3):38-39.

【6】NISE N S.Control Systems Engineering[M].CA:John Wiley,2004.

【7】ASTROM K J,WITTENMARK B. Adaptive Control[M].New York:Wesley,1995.

【8】OLSSON H,ASTROM K J,WIT C C D,et al.Friction Models and Friction Compensation[J].European Journal of Control,1998,4(3):5517-5522.

【9】Renault Koleos:premier de la classe[J].Ingenieurs de l’Automobile,2008,794.

Designs of Control Strategies for Automotive Electric Parking Brake System

LIU Feng

(Yinjian Automobile Repair Co.,Ltd., Beijing 100070,China)

Keywords:Electric parking brake(EPB);Control strategies

Abstract:With the constant development of automobile electrical technology, the parking brake system is changed from the primary mechanical, hydraulic type into electrical type. Electric parking brake (EPB) system is able to release before driving or strain after stopping the engine automatically, and cuts the difficulties and dangerous rates of forgetting to release or sliding on slope. Because of the automotive EPB structure is so complex, it is needed to analyze the control strategies of the electrical brake system. The control principles and strategies of the EPB system were designed, analyzed and described, including the brake control strategy, brake release control strategy, ramp start control strategy, emergency braking control strategy, intelligent braking control strategy etc.

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：劉峰(1984—)，男，碩士，工程師。E-mail:PhoneistheFirst@163.com。

中圖分類號:U461.3

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)04-059-03