汽車(chē)電子手剎制動(dòng)系統(tǒng) EPB控制策略設(shè)計(jì)研究

摘 要：電子手剎可在行車(chē)前自動(dòng)釋放或在熄火后自動(dòng)拉緊，省去了忘記解除手剎或“坡起”溜車(chē)等情況的困擾與風(fēng)險(xiǎn)；由于電子手剎系統(tǒng)即 EPB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要對(duì)其控制策略進(jìn)行分析，文章主要針對(duì) EPB控制原理與控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，解析與描述：包括：手剎制動(dòng)控制策略，手剎制動(dòng)解除控制策略，坡道起步控制策略，

應(yīng)急制動(dòng)控制策略，EPB智能制動(dòng)控制策略等。

關(guān)鍵詞：電子手剎EPB；控制策略

1 來(lái)源與研究目的

現(xiàn)今，越來(lái)越多的車(chē)輛均開(kāi)始配備了電子手剎的功能。

EPB概述

EPB（Electric Parking Brake）即電子駐車(chē)或稱(chēng)電子手剎制動(dòng)系統(tǒng) [3]。電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng) EPB）是指將行車(chē)過(guò)程中的臨時(shí)制動(dòng)和停車(chē)后的長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)功能融合在一起，并且由電子控制方式實(shí)現(xiàn)停車(chē)制動(dòng)的技術(shù)。

EPB這類(lèi)由電子控制方式實(shí)現(xiàn)手剎制動(dòng)的技術(shù)，其工作原理與機(jī)械式手剎相同，均是通過(guò)剎車(chē)盤(pán)與鼓式或卡鉗式手剎之間的摩擦力達(dá)到控制手剎制動(dòng)，只不過(guò)控制方式從原先的機(jī)械式手剎拉桿變成了電子按鈕。

EPB從基本的手剎功能延展到電子手剎功能技術(shù)的運(yùn)用，讓駕駛員在車(chē)輛停下時(shí)無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間剎車(chē)。在啟動(dòng)電子手剎制動(dòng)的情況下車(chē)輛不會(huì)溜后。

此外， EPB系統(tǒng)也能提供一個(gè)低速牽引制動(dòng)力，阻止車(chē)輛在斜坡上倒溜。系統(tǒng)信號(hào)可與遠(yuǎn)程傳感器系統(tǒng)相連，即便在很緊張的停車(chē)場(chǎng)地，車(chē)輛也能安全?？?。 EPB集成在防盜系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)最可靠的數(shù)字芯片防盜功能。

EPB通過(guò)坡度傳感器由控制器給出準(zhǔn)確的制動(dòng)力，在起步時(shí)， ECU通過(guò)車(chē)輛制動(dòng)壓力傳感器，坡度傳感器，加速踏板位置傳感器等提供的信息，通過(guò)計(jì)算，在驅(qū)動(dòng)力大于阻力時(shí)自動(dòng)釋放手剎制動(dòng)，從而使車(chē)輛能夠平穩(wěn)起步。

EPB可令車(chē)輛在等紅燈或上下坡停車(chē)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)手剎制動(dòng)，即便變速箱在 D或是 N，也無(wú)需一直腳踩剎車(chē)或使用手剎，車(chē)輛始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。在需要釋放靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，也只需輕踩油門(mén)即可解除制動(dòng)。這一配置對(duì)于那些經(jīng)常在城里走走停停的駕駛員來(lái)說(shuō)相對(duì)實(shí)用一些，同時(shí)也減少了由于疏忽大意造成的不必要的風(fēng)險(xiǎn)事故。

2 EPB系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)研究

2.1 EPB制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

EPB系統(tǒng)是在駕駛員采取制動(dòng)措施后，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行分析：是否處于正常執(zhí)行 EPB制動(dòng)的要求，當(dāng)車(chē)輛處在正常的情況下， ECU一旦接收到駕駛員的制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，便依控制策略執(zhí)行命令，通過(guò) CAN總線傳輸至兩側(cè)車(chē)輪制動(dòng)單元，控制電機(jī)依據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)工作。

EPB系統(tǒng)還需要有防止干擾或誤操作等不安全因素的功能，各傳感器要采集 EPB開(kāi)關(guān)信號(hào)、車(chē)速信號(hào)、坡度信號(hào)、 EPB制動(dòng)壓力信號(hào)、通過(guò) CAN總線發(fā)至 ECU。

EPB系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)控制策略設(shè)計(jì)如圖 2所示。ECU在駕駛員發(fā)出拉起 EPB控制開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，會(huì)啟動(dòng) EPB控制開(kāi)啟程序，其依據(jù)總未滿(mǎn)足

線中采集到的參數(shù)，確定車(chē)輛是否處于手剎制動(dòng)狀態(tài)。在車(chē)速不超過(guò)速度臨界值且滿(mǎn)足該狀態(tài)時(shí)， ECU通過(guò) CAN總線發(fā)給 EPB的收緊制動(dòng)拉線信號(hào)從而控制電機(jī)，完成手剎制動(dòng)。若 ECU檢測(cè)出 EPB制動(dòng)壓力滿(mǎn)足壓力臨界值時(shí)，手剎制動(dòng)鎖止，儀表盤(pán) EPB燈變紅。電機(jī)轉(zhuǎn)速在大于 12000rpm時(shí)，制動(dòng)耗時(shí)小于等于 2秒，加上減速齒輪的減速增扭作用，手剎制動(dòng)瞬間穩(wěn)定。

在坡道上時(shí)， EPB系統(tǒng)依據(jù)坡度傳感器的檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)產(chǎn)生所需制動(dòng)力，同時(shí) ECU也會(huì)對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行檢測(cè)，構(gòu)成閉環(huán)控制。當(dāng)最后的制動(dòng)力滿(mǎn)足坡道需求，在無(wú)需電機(jī)工作的情況下，EPB系統(tǒng)通過(guò)鎖定螺絲的自鎖功能確保車(chē)輛處于手剎制動(dòng)狀態(tài)。

2.2 解除手剎制動(dòng)

對(duì)于 EPB系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，按下控制按鈕后， ECU的解除指令便通過(guò) CAN總線傳送到電機(jī)控制啟動(dòng)電機(jī)工作。此時(shí)與手剎制動(dòng)過(guò)程相反，傳感器要采集 EPB制動(dòng)按鈕信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)）、極限解鎖位置信號(hào)以及制動(dòng)踏板位置信號(hào)。

解除制動(dòng)的流程為 ECU收到駕駛員按下 EPB控制開(kāi)關(guān)的信號(hào)，來(lái)啟動(dòng)制動(dòng)中斷服務(wù)程序，依據(jù)總線中傳送采集到的數(shù)據(jù)，判斷此時(shí)是否達(dá)到解除手剎制動(dòng)的狀態(tài)。在制動(dòng)踏板踩下提供制動(dòng)力時(shí)，手剎制動(dòng)就能解除了，通常耗時(shí)在 2秒內(nèi)，控制策略如圖 3所示。

2.3 坡道起步控制策略設(shè)計(jì)

完成坡道起步控制，需要 EPB控制系統(tǒng)依據(jù)采集到的車(chē)輛參數(shù)進(jìn)行判斷，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的坡道起步程序的情況是在車(chē)輛起步時(shí)，駕駛員為實(shí)行坡道起步按下了手剎按鈕。要實(shí)現(xiàn)此過(guò)程的電子控制，須解決何時(shí)解除手剎制動(dòng)的問(wèn)題，即引擎驅(qū)動(dòng)力矩大于或等于其起步阻力矩。

在車(chē)輛起步時(shí)， ECU計(jì)算出的起步阻力在 2維控制表中找到對(duì)應(yīng)的行，再結(jié)合加速踏板位置找到對(duì)應(yīng)的列，從而能確定釋放手剎制動(dòng)的時(shí)間，如圖 4所示。

2.4 緊急制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

行車(chē)時(shí)，若制動(dòng)系統(tǒng)突遭失效，或不能工作，此時(shí)駕駛員可拉起 EPB按鈕，令 EPB系統(tǒng)參與完成車(chē)輛的緊急制動(dòng)，盡可能保障行車(chē)的安全。由于此類(lèi)情況是非正常的，會(huì)對(duì) 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(lèi)功能。鑒于此類(lèi)功能的特殊性，在啟動(dòng) EPB時(shí)，需要 ECU能夠準(zhǔn)確的分析出當(dāng)前情況駕駛員所要采取的動(dòng)作，再控制電機(jī)、減速齒輪等執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，提供最大限度的制動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的穩(wěn)定制動(dòng)。 ECU需要獲取 EPB按鈕、剎車(chē)踏板位置、加速踏板位置和車(chē)速等信號(hào)。

緊急制動(dòng)的控制策略為在駕駛員拉起 EPB按鈕， ECU接收到信號(hào)后，啟動(dòng)相應(yīng)的中斷程序，程序?qū)?chē)速和加速踏板位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此類(lèi)功能應(yīng)用的首先要求有一定的車(chē)速并且加速踏板處于完全釋放狀態(tài)，若監(jiān)測(cè)到制動(dòng)踏板沒(méi)移動(dòng)或是較輕的移動(dòng)， ECU就判定為正常行車(chē)狀態(tài)，此時(shí)就鎖止此功能以便正常行車(chē)。若監(jiān)測(cè)到制動(dòng)踏板被極速踩到底，即制動(dòng)力最大時(shí)， ECU認(rèn)定為發(fā)生了緊急情況，從而發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始制動(dòng)。緊急制動(dòng)情況下，能提供最大限度的制動(dòng)力，獲得最大的制動(dòng)扭矩，圖 5為緊急制動(dòng)控制策略流程。

2.5 EPB智能制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

對(duì)于粗心大意的駕駛員，可能會(huì)犯的失誤就是停車(chē)后忘記拉手剎制動(dòng)。針對(duì)此類(lèi)情況，相應(yīng)的 EPB系統(tǒng)需要具備智能制動(dòng)能力， ECU要準(zhǔn)確的判斷此類(lèi)情況，在駕駛員離開(kāi)后控制車(chē)輛手剎制動(dòng)。此工況沒(méi)有駕駛員控制信號(hào)的發(fā)出，所以要 ECU進(jìn)行檢測(cè)，并準(zhǔn)確判斷。 ECU要獲取的信號(hào)包括：車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板位置（節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）、駕駛員側(cè)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)、是否使用座椅的信號(hào)等。若駕駛員座椅處在占空狀態(tài)，駕駛員側(cè)車(chē)門(mén)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作， ECU可利用車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng) EPB智能制動(dòng)的中斷程序，此程序通過(guò)檢測(cè)相關(guān)狀態(tài)參量均為空就可確信駕駛員已離開(kāi)，若此時(shí) EPB按鈕未被拉起，表明駕駛員忘記拉緊手剎制動(dòng)，ECU就會(huì)控制電機(jī)工作，完成手剎制動(dòng)。EPB智能制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)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(lèi)情況是在車(chē)輛起步后忘記釋放手剎。這類(lèi)情況對(duì)于 EPB系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若不能進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，會(huì)給減速齒輪及電機(jī)帶來(lái)相當(dāng)大的損傷。為此， EPB系統(tǒng)需要通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)，當(dāng)判明是此類(lèi)情況時(shí)，能進(jìn)行自動(dòng)解鎖。此過(guò)程的控制策略設(shè)計(jì)與 EPB智能制動(dòng)控制策略類(lèi)似。

3 結(jié)論

1.論文完成了車(chē)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(jì)及其控制策略的研究； 3.論文是我在工作中遇到的汽車(chē) EPB的原理與控制策略問(wèn)題研究的相關(guān)描述，對(duì)實(shí)際情況有一定的指導(dǎo)意義，應(yīng)在實(shí)際的汽車(chē) EPB系統(tǒng)使用時(shí)得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]Renault Koleos： premier de la classe？Ingenieurs de l'Automobile. 08， （794）

[3]劉峰 .雷諾科雷傲故障快速維修與 EPB手動(dòng)解鎖 ；汽車(chē)維修.13，11