基于集成電子穩(wěn)定程序的電子駐車系統(tǒng)

應(yīng)世明 張宏雙 李陽泰 趙玉靜

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

隨著電子產(chǎn)品在汽車上的快速普及，越來越多的電控單元（ECU）被應(yīng)用于汽車上，車身上的控制元件也從傳統(tǒng)的機械控制逐漸發(fā)展為電子式控制。目前汽車上多數(shù)采用機械手剎拉桿式駐車系統(tǒng)，該裝備操作不便，且制動的響應(yīng)時間也較長。電子駐車制動（EPB）系統(tǒng)是在2個后制動卡鉗上安裝電機和減速機構(gòu)，通過ECU發(fā)出的指令進(jìn)行汽車制動和釋放的系統(tǒng)。EPB系統(tǒng)的開發(fā)使車內(nèi)其他零部件的配置更具靈活性，大大提高了整車的舒適性。由于取消了傳統(tǒng)的手剎拉桿和線纜裝置，使安裝過程更容易[1-3]。文章提出了基于集成式電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）的EPB系統(tǒng)開發(fā)方案。

1 駐車制動系統(tǒng)分類

汽車的制動系統(tǒng)包括：汽車電源、ECU及制動器總成，根據(jù)機械裝置的不同，可分為行車和駐車2種制動系統(tǒng)。目前，在高端車上不斷裝配了EPB系統(tǒng)來取代手剎拉桿式駐車系統(tǒng)。EPB與手剎制動的工作原理基本相同，只是把手剎拉桿換成電子按鈕，將汽車行駛時的臨時停車和發(fā)動機熄火長時間停車功能融合在一起[4]。該設(shè)計增大了中控臺的空間，給整車車內(nèi)布置提供選擇，使駕駛員操作更方便，在緊急情況不會感覺到過于緊張。

2 EPB系統(tǒng)工作原理

EPB系統(tǒng)主要由CAN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、EPB控制單元和左右后制動卡鉗三大部分組成，工作原理示意圖，如圖1所示。其中EPB開關(guān)、CAN總線模塊及儀表盤為控制器輸入，發(fā)送CAN總線傳輸?shù)能囕v數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)、EPB開關(guān)的請求及儀表板指示信息；制動卡鉗包含永磁電機、行星齒輪機構(gòu)和卡鉗本體。EPB系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)駕駛員按EPB開關(guān)后，EPB控制單元接收來自CAN總線的傳感器信號，對汽車的運行狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，根據(jù)相應(yīng)的控制策略發(fā)出控制指令來控制繼電器開關(guān)，從而驅(qū)動左右制動卡鉗[5]。

由于汽車上利用CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸，且傳感器被不同ECU單元共用，為了更可靠地傳遞和接收數(shù)據(jù)，保持汽車中各子系統(tǒng)之間的正常通信，使系統(tǒng)反應(yīng)更為迅速，因此信號采集至關(guān)重要。經(jīng)實車試驗，總結(jié)了EPB系統(tǒng)需觀測的主要信號，如表1所示。

表1 EPB（電子駐車制動）系統(tǒng)采集的主要信號和功能

3 集成式EPB系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)

同傳統(tǒng)的手剎拉桿駐車一樣，目前EPB系統(tǒng)普遍采用電機和驅(qū)動機構(gòu)相結(jié)合的方式，執(zhí)行機構(gòu)都是作用于汽車后輪。EPB執(zhí)行機構(gòu)主要包含永磁電機、行星齒輪減速機構(gòu)、芯軸螺母傳動機構(gòu)、活塞、制動塊及制動盤，如圖2所示[6]。

在接收到駕駛員按EPB開關(guān)的駐車請求時，EPB的ECU給電機發(fā)送命令。電機在啟動后怠速空轉(zhuǎn)一段行程后，制動盤與制動塊接觸，該過程通過行星齒輪機構(gòu)驅(qū)動芯軸螺母，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹雇坡菽秆亟z桿螺紋直線運動來實現(xiàn)。

在制動卡鉗夾緊時，繼電器開關(guān)控制電機正轉(zhuǎn)，電機的電流隨著壓力增大而升高。在該夾緊過程，EPB控制單元診斷模塊對電機的電流進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電機電流升到標(biāo)定的閾值，即達(dá)到駐車時所需的夾緊力，切斷電流。在制動卡鉗釋放時，繼電器開關(guān)控制電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)識別到電流下降的拐點，芯軸螺母后移停止，在該過程輪缸內(nèi)壓力下降，制動盤與制動塊分開。

4 集成式ESC電子駐車系統(tǒng)開發(fā)方案

4.1 開發(fā)流程設(shè)計

由EPB系統(tǒng)供應(yīng)商及ESC系統(tǒng)供應(yīng)商共同開發(fā)電子駐車。首先提出了EPB系統(tǒng)和ESC系統(tǒng)的控制邏輯架構(gòu)，將EPB控制單元集成到ESC系統(tǒng)ECU中，在該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分了各供應(yīng)商負(fù)責(zé)的任務(wù)及二者之間的聯(lián)系，如圖3所示。其中綠色方框由EPB系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)，包括EPB執(zhí)行器和控制邏輯；藍(lán)色方框由ESC系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)，主要有ESC軟件、硬件、EPB硬件及主機等。

在該EPB系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，EPB的控制算法開發(fā)過程采用了“V”模式開發(fā)流程，如圖4所示。

在汽車電子軟件開發(fā)初期，以計算機模型仿真為主，可以在PC上快速地設(shè)計、修改和驗證控制軟件的功能。采用E-coder把EPB策略生成可實時運行的目標(biāo)文件（C代碼），編譯下載到ECU硬件上。在ECU制作完成之后，為了減少測試成本和縮短開發(fā)周期等，借助HIL設(shè)備對ECU進(jìn)行HIL測試，最后對EPB控制單元的算法功能進(jìn)行實車調(diào)試及ECU參數(shù)標(biāo)定。

4.2 控制策略開發(fā)方案

根據(jù)集成式EPB系統(tǒng)開發(fā)流程，以Matlab/Simulink作為控制算法的工具，依照MAAB建模規(guī)范，完成EPB系統(tǒng)應(yīng)用軟件策略模型架構(gòu)的設(shè)計、功能開發(fā)及模型數(shù)據(jù)定標(biāo)，設(shè)置好PBC與ESC軟件接口，生成實時代碼并與ESC軟件實現(xiàn)集成，最終下載到客戶硬件控制器中。試驗過程中通過標(biāo)定工具獲取數(shù)據(jù)，觀察和改變數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)PBC軟件有需要調(diào)整的地方或者控制策略有不合適的地方就再次修改模型，具體的開發(fā)流程，如圖5所示。

5 結(jié)論

EPB系統(tǒng)采用CAN網(wǎng)絡(luò)與其他ECU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行控制是未來汽車發(fā)展趨勢。與手剎制動系統(tǒng)相比，EPB系統(tǒng)通過駕駛員操作開關(guān)，而不再采用手剎拉桿或腳踏板，在電機驅(qū)動指令下執(zhí)行器自動夾緊和釋放。該技術(shù)不僅給汽車內(nèi)部的設(shè)計提供了寬敞的空間，而且使駕駛員操作更方便和安全，避免了由駕駛員的疏忽引起的事故。集成式控制單元使汽車操縱更智能，當(dāng)發(fā)動機熄火或遇到紅燈，AutoHold功能使汽車自動停在適當(dāng)位置并阻止向前運動，還可以節(jié)油；當(dāng)汽車停止在斜坡上，輔助駛離功能使汽車起步更順暢，防止汽車向后溜。基于集成式EPB系統(tǒng)的開發(fā)方案降低了產(chǎn)品開發(fā)成本，保證了在規(guī)定的開發(fā)周期內(nèi)能很好地完成項目的驗收。