淺析大眾新帕薩特電控機械駐車制動系統(tǒng)

劉慶國，金嬌榮

（1.杭州萬向職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310023；2.臺州上海大眾4S店，浙江 臺州 318050）

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的各種安全控制系統(tǒng)屢見不鮮，但對電子手剎系統(tǒng)可能還有些陌生。眾所周知，駐車時為確保車輛絕對不會溜車，駕駛員不得不使勁拉起駐車操縱桿，或者踩下輔助駐車制動踏板。現(xiàn)在，所有這一切在全新帕薩特轎車上僅需快速按下一個開關(guān)就可以輕松實現(xiàn)，即電控機械駐車制動代替了傳統(tǒng)的人工駐車制動。2011年4月17日上市的全新一代帕薩特搭載大眾汽車集團獨有的TSI+DSG黃金動力組合，其1.8TSI動力達到同級車2.4L排量水平， 2.0TSI達到同級2.8L排量水平，配合領(lǐng)先高效DSG雙離合變速器，為用戶帶來高端豪華車極致完美的動力體驗。在安全配備方面更是一應(yīng)俱全:AAC全獨立主動響應(yīng)式底盤懸掛系統(tǒng)、EPS車速感應(yīng)電子動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、AFS動態(tài)轉(zhuǎn)角輔助照明系統(tǒng)、KESSY無鑰匙進入/一鍵啟動系統(tǒng)、帶倒車影像全方位泊車雷達的PLA自動泊車輔助系統(tǒng)、EPB電子駐車制動系統(tǒng)、Auto Hold自動駐車系統(tǒng)以及最新版全能ESP車身動態(tài)電子穩(wěn)定系統(tǒng)。電控機械駐車制動的作用并不僅僅是輔助駐車，由于它的智能化制動干預(yù)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)安全制動以及在坡道起步時提供所需要的制動力。

電控機械駐車制動亦可稱作電子駐車系統(tǒng)EPB（Electrical Park Brake)，俗稱電子手剎。電子駐車系統(tǒng)是指將行車過程中的臨時性制動和停車后的長時性制動功能整合在一起，并且由電子控制方式實現(xiàn)停車制動的技術(shù)。其工作原理與機械式手剎相同，均是通過剎車盤與剎車片產(chǎn)生的摩擦力來控制停車制動，只不過控制方式從以前的機械式手剎拉桿變成了電子按鈕。

1 電控機械駐車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

大眾新帕薩特電控機械駐車制動系統(tǒng)組成如圖1所示，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。大眾新帕薩特電控機械駐車系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

1.1 后輪制動執(zhí)行器

制動執(zhí)行器是電控機械定位單元，并集成在后輪的制動鉗上。借助一個電動機、一套多級齒輪機構(gòu)和一個絲桿傳動裝置，它們將 “啟動駐車制動”的指令轉(zhuǎn)化為所需的力，從而使制動摩擦片與制動盤接觸。制動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

制動器活塞只需要移動很小的行程，即可啟動電控機械式制動。將電動機的旋轉(zhuǎn)運動以總減速比1∶150分3級轉(zhuǎn)化為直線運動，即電動機旋轉(zhuǎn)150圈，絲桿傳動裝置轉(zhuǎn)動1圈。

1）第1級齒輪機構(gòu) 該齒輪機構(gòu)的作用在于將電動機的輸出轉(zhuǎn)速，按照第1級齒輪減速比 （1∶3）傳輸?shù)叫北P式齒輪。該齒輪機構(gòu)由一個小齒輪 （電動機輸出）和一個大齒輪 （斜盤式齒輪輸入）組成。2個齒輪通過齒形皮帶連接，齒輪的尺寸決定了變速比，如圖5所示。

2）第2級斜盤式齒輪 斜盤式齒輪作用在第2級齒輪 減 速 比 （1∶50）的過程中。它由一個大齒輪、斜盤和輸出齒輪組成。安裝在殼體上的斜盤帶2個凸耳，這2個凸耳用于防止斜盤轉(zhuǎn)動，此類型的安裝僅允許搖擺運動。軸和輸出齒輪緊固連接，大齒輪安裝在該軸上，斜盤推壓至大齒輪的輪轂上，輪轂的結(jié)構(gòu)使得輪轂和軸之間形成一個偏角，偏角促使斜盤作搖擺運動，如圖6所示。

3）第3級絲桿傳動裝置 第3級絲桿傳動裝置將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，斜盤式齒輪直接驅(qū)動絲桿，絲桿旋轉(zhuǎn)的方向決定絲桿上的止推螺母向前或向后移動。止推螺母在制動器活塞中有縱向定位件，這意味著它只能作軸向運動，制動器活塞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和止推螺母的外部結(jié)構(gòu)可防止螺母發(fā)生扭轉(zhuǎn)，如圖7所示。

絲桿機構(gòu)是一個自鎖結(jié)構(gòu)，一旦啟動電控機械駐車制動，即使沒有供給電流，系統(tǒng)也會保持鎖止。

1.2 離合器位置傳感器

1.2.1 結(jié)構(gòu)

離合器位置傳感器用卡箍固定在主缸上，該傳感器監(jiān)測離合器踏板的動作。主缸通過一個卡扣，安裝在軸承支撐架上。當踩下離合器踏板時，推桿推動主缸的活塞。離合器踏板及位置傳感器如圖8所示。

1.2.2 原理

當踩下離合器踏板時，推桿頭和推桿一起沿離合器位置傳感器方向被推動。在活塞的最前端是一塊永久磁鐵。集成在離合器位置傳感器極板中的是一排3個霍爾傳感器。永久磁鐵一經(jīng)過霍爾傳感器，電子機構(gòu)就會向相應(yīng)的控制單元發(fā)送信號，如圖9所示。

1）霍爾傳感器1是一個數(shù)字傳感器。它將電壓信號發(fā)送到發(fā)動機控制單元，該信號用于關(guān)閉巡航控制系統(tǒng)。

2）霍爾傳感器2是一個模擬傳感器。它將一個頻寬可調(diào)脈沖信號 （PWM信號）發(fā)送到電控機械駐車制動控制單元。這樣就可監(jiān)測到離合器踏板的準確位置，控制單元可在動態(tài)起步時，計算出駐車制動的最佳解除時間點。

3）霍爾傳感器3是一個數(shù)字傳感器。它將電壓信號發(fā)送到車載電網(wǎng)控制單元?？刂茊卧O(jiān)測是否踩下了離合器踏板。僅在踩下離合器踏板后，才可起動發(fā)動機 （互鎖功能）。

1.3 電控單元

電控機械駐車制動控制單元J540位于車內(nèi)的中央通道上，電控機械駐車制動的所有控制和診斷任務(wù)都在此處進行。電控機械駐車制動控制單元有2個處理器，并通過一條專用的CAN數(shù)據(jù)總線與ABS控制單元相連接。

在電控機械駐車制動控制單元中集成了一個傳感器單元，它由橫向加速度傳感器、縱向加速度傳感器以及偏轉(zhuǎn)率傳感器組成。來自傳感器單元的信號被應(yīng)用于電控機械駐車制動和ESP控制功能。利用縱向加速度傳感器信號來計算出傾斜角度。

2 電控機械駐車制動系統(tǒng)功能

2.1 駐車制動功能

當車輛在小于30°的坡道上駐車時，電控機械駐車制動可確保制動住車輛。通過提起電控機械駐車制動按鈕來啟動電控機械駐車制動，按下按鈕來解除電控機械駐車制動，啟動功能的步驟如下。

1）駕駛員提起電控機械駐車制動按鈕。

2）電控機械駐車制動控制單元與ABS控制單元通過專用的CAN數(shù)據(jù)總線來判斷當前車速是否低于7km/h。

2.2 動態(tài)起步輔助

當按下電控機械駐車制動按鈕時，動態(tài)起步輔助可以使車輛即使在坡道上起步時也不會震動或溜車。僅在下述情況中才可啟動該功能:駕駛員側(cè)車門關(guān)閉、佩戴安全帶、起動發(fā)動機。啟動功能的步驟如下。

1）車輛靜止，電控機械駐車制動啟動。駕駛員將要起步，掛1檔并踩下油門踏板。

2）在評估了傾斜角度、發(fā)動機扭矩、油門踏板位置、離合器作用或自動變速器的檔位等因素之后，電控機械駐車制動控制單元計算出車輛的行駛阻力。

3）如果電控機械駐車制動控制單元判斷車輛的傳動扭矩大于車輛的行駛阻力，后車輪的2個駐車制動電動機被啟動。

4）電控機械式解除后輪的駐車制動，車輛起步時就不會溜車了。

2.3 動態(tài)緊急制動

如果制動踏板功能發(fā)生故障或制動踏板被卡住了，可通過動態(tài)緊急制動功能強力制動住車輛，啟動功能的步驟如下。

1）駕駛員提起電控機械駐車制動按鈕并保持住。

2）電控機械駐車制動控制單元與ABS控制單元通過專用的CAN數(shù)據(jù)總線來判斷當前車速是否高于7km/h。

3）ABS控制單元啟動液壓泵，并在4個車輪制動器的液壓管路中建立起制動壓力，車輛減速。

4）如果松開電控機械駐車制動按鈕或者踩下油門踏板，電控機械駐車制動控制單元就會處理該信號。

5）電控機械駐車制動控制單元與ABS控制單元通過專用的CAN數(shù)據(jù)總線來判斷當前車速是否仍高于7km/h。

6）ABS控制單元啟動液壓泵，液壓制動壓力下降，制動器松開。

2.4 自動駐車功能

當車輛靜止和車輛起步 （前行或倒車）時，自動駐車功能可以用來輔助駕駛員。通過按下中央通道的自動駐車按鈕，駕駛員就可以利用自動駐車功能。通過按鈕上亮起的指示燈來顯示該功能已啟動。啟動功能的步驟如下。

1）啟動自動駐車功能，4個車輪制動器使車輛在原位保持靜止，所需壓力由ABS控制單元根據(jù)坡度進行計算并設(shè)定。

2）3min之后，該系統(tǒng)切換到電控機械駐車制動，計算出的駐車扭矩信號從ABS控制單元傳送到電控機械駐車制動控制單元。

3）接著，電控機械駐車制動控制單元啟動后車輪的2個駐車制動電動機。該制動是電控機械式的，且制動壓力會自動下降。

通常，靜止模式 （車速低于7km/h）和動態(tài)緊急制動之間的差別取決于當前車速。在靜止模式中，可電控機械式啟動和解除駐車制動。一旦要動態(tài)緊急制動，車輛通過ABS/ESP減速，這意味著所有車輪都是液壓制動的。

2.5 功能特點

1）一旦按下電控機械駐車制動按鈕，發(fā)動機扭矩就會被設(shè)定到怠速輸出，駕駛輔助例如巡航控制系統(tǒng)、自動距離控制系統(tǒng)或者自動駐車功能就會被關(guān)閉。

2）即使斷開了點火開關(guān)，動態(tài)緊急制動功能仍然可用。

3）當駐車完畢并在制動器 （制動摩擦片和制動盤）完全冷卻之后，制動器按需要進行自動調(diào)節(jié)。

4）電控機械駐車制動僅可在接通點火開關(guān)后才可以解除 （兒童安全功能）。

5）所有動態(tài)起步輔助的重要參數(shù)都不斷地與駕駛員和駕駛工況相匹配。

3 總結(jié)

電控機械駐車系統(tǒng)是機電一體的系統(tǒng)，通過CAN可以與其它電控系統(tǒng)共同由一個電控單元集中控制，實現(xiàn)不同需求的控制功能，在安全性、可靠性方面有很大的優(yōu)勢。汽車裝載EPB將成為今后的發(fā)展趨勢，但在我國還處于起步階段，還受一些條件的制約，只有制定相應(yīng)標準和法律法規(guī)，才能得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。

［1］上海大眾售后服務(wù)公司.大眾汽車維修手冊［Z］.2011.

［2］汪洋，翁建生.車輛電控機械制動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.商用汽車， 2005， （11）: 102-104.

［3］孫余凱.新型汽車電子電器元件檢測與修理［M］.北京:人民郵電出版社，2003.