汽車電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)探究

張超

【摘 要】本文對(duì)汽車電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)手剎進(jìn)行分析，認(rèn)為電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)手剎，優(yōu)勢(shì)非常明顯，但由于其是電子控制，因此控制策略非常關(guān)鍵，并從汽車駐車系統(tǒng)要求、常規(guī)駐車基本功能控制策略、擴(kuò)展功能控制策略、增強(qiáng)功能等方面論述電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)的控制策略設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】電子手剎制動(dòng)系統(tǒng) 控制策略 設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）04C-0185-02

電子手剎制動(dòng)系統(tǒng)（以下稱EPB）即以電子控制方式實(shí)現(xiàn)停車或駐車制動(dòng)的一種技術(shù)，現(xiàn)在越來(lái)越多的汽車帶EPB，用戶也愿意選擇帶EPB功能的汽車。其優(yōu)勢(shì)不管是對(duì)于汽車廠商還是對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)都比較明顯，但缺點(diǎn)也非常明顯。EPB使汽車制動(dòng)系統(tǒng)的零件電子化，一旦EPB控制策略失靈，后果將非常嚴(yán)重。

一、EPB與傳統(tǒng)手剎

傳統(tǒng)手剎一般就三個(gè)部分，即手剎拉桿、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及制動(dòng)器，如圖1所示。

目前主流EPB也是三個(gè)部分，包括傳感器部分、ECU（控制器）部分和執(zhí)行器部分。如圖2所示。

由此觀之，傳統(tǒng)手剎利用機(jī)械傳動(dòng)控制制動(dòng)器制動(dòng)，每次工作都需要駕駛員手動(dòng)操作，非常的煩瑣，尤其坡道起步，稍有不慎就可能導(dǎo)致汽車后溜，出現(xiàn)交通事故。而且在一些坡度較大的地段駐車，可能因?yàn)槭┘咏o操縱桿的力不夠，導(dǎo)致制動(dòng)力不足，汽車無(wú)法停穩(wěn)。而在平緩道路，又容易過(guò)分拉緊手剎，降低壽命。EPB則以電子控制方式實(shí)現(xiàn)停車和駐車，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)非常的方便，減輕了駕駛員右手和右腳的負(fù)擔(dān)，而且電子手剎會(huì)根據(jù)車速選擇適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力保證行駛安全性，汽車的主動(dòng)安全性能非常好。但是不可忽視的問(wèn)題是，如果控制策略不當(dāng)甚至失靈，導(dǎo)致的后果將難以估量。

二、EPB控制策略設(shè)計(jì)

（一）汽車駐車系統(tǒng)要求

汽車駐車制動(dòng)系統(tǒng)方面國(guó)家有多部強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，需要在設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)遵循，比如GB1276、GB7258。要求制動(dòng)控制系統(tǒng)與駐車控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，駐車制動(dòng)應(yīng)能夠使車輛在無(wú)人時(shí)停在坡道上，駐車性能應(yīng)在空載下保證車輛停在20%坡度的坡道上?？傎|(zhì)量在裝備質(zhì)量1.2倍以下則為15%，輪胎附著系數(shù)不小于0.7，不少于5min。

（二）常規(guī)駐車基本功能控制策略

常規(guī)駐車的基本功能主要有兩個(gè)方面，即實(shí)施駐車和解除駐車。這兩個(gè)的功能與傳統(tǒng)手剎是一樣的，只不過(guò)EPB不用操縱桿而是使用按鈕。EPB在汽車靜止時(shí)，駕駛員按下EPB按鈕，發(fā)出請(qǐng)求駐車指令，系統(tǒng)判斷并實(shí)施駐車動(dòng)作。但實(shí)際可能由于車況復(fù)雜不滿足駐車條件，比如可能駕駛員在汽車非靜止?fàn)顟B(tài)下，按下EPB按鈕，請(qǐng)求駐車。如果制動(dòng)可能引起安全事故，所以必須使系統(tǒng)具備安全判斷功能。因此，應(yīng)采取如下控制策略：當(dāng)ECU收到駐車信號(hào)，系統(tǒng)需要先查詢當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)出車輛處于非駐車狀態(tài)，則進(jìn)一步檢測(cè)車輛是否靜止，如果是非靜止?fàn)顟B(tài)，則檢測(cè)車速，一般當(dāng)車速位于2km/h這個(gè)速度范圍內(nèi)可進(jìn)行駐車。同時(shí)要考慮路況，結(jié)合路況給定車輛需要的制動(dòng)力，那么就需要給定伺服電機(jī)合理的參數(shù)，可以通過(guò)以下公式計(jì)算需要施加的拉力。公式如下：

式中G表示車輛重量，g表示重力加速度，R1、R2分別表示車輪半徑和制動(dòng)鼓（盤）半徑。i表示手剎放大系數(shù)，f表示摩擦系數(shù)，Angle表示車輛傾角。按下EPB按鈕，系統(tǒng)接受指令進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)查詢，然后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，拉力傳感器檢測(cè)施加的拉力。當(dāng)達(dá)到需要的制動(dòng)力時(shí)，電機(jī)停止，并檢查駐車狀態(tài)，正常則點(diǎn)亮駐車燈。若發(fā)現(xiàn)異常則警示蜂鳴器工作，提示駕駛員。

解除駐車則控制伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)完全釋放拉力，解除制動(dòng)力。這個(gè)過(guò)程的控制，也需要考慮駕駛員是有意解除駐車制動(dòng)，還是出現(xiàn)了誤操作。當(dāng)車輛在坡道上駐車，如果駕駛員并沒(méi)有行車準(zhǔn)備，而點(diǎn)下了EPB按鈕，加入系統(tǒng)解除駐車，車輛必然后溜，非常危險(xiǎn)。所以需要給系統(tǒng)定義一個(gè)條件，即發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，駕駛員踩下油門，車輛半聯(lián)動(dòng)，或駕駛員踩下腳剎。滿足條件則解除駐車。所以控制策略如下：當(dāng)ECU接收到按鈕信號(hào)，查詢系統(tǒng)狀態(tài)，車輛為駐車狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)、油門、腳剎狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)半聯(lián)動(dòng)即達(dá)到一定轉(zhuǎn)速車輛可以起步，或是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，但無(wú)法保證啟動(dòng)，而制動(dòng)踏板工作，則可以解除。此時(shí)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，傳感器檢測(cè)拉力釋放情況，當(dāng)釋放掉拉力后停轉(zhuǎn)，不必完全使伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)到極限，可通過(guò)加入限位器限定絲杠初始位置。此時(shí)查詢解除情況，若正常熄滅駐車燈，若不正常則保持駐車燈亮，且蜂鳴器示警。

（三）擴(kuò)展功能控制策略

啟用EPB擴(kuò)展功能，且當(dāng)車輛非駐車時(shí)，系統(tǒng)判斷駕駛員的操作，判斷駕駛員意圖，并實(shí)施自動(dòng)駐車。此時(shí)車輛駐車系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)。無(wú)須駕駛員手動(dòng)操作EPB按鈕而實(shí)現(xiàn)駐車或解除駐車。在這種狀態(tài)下，最難的就是如何判斷駕駛員意圖。一般可以通過(guò)查詢車輛處于的狀態(tài)來(lái)判斷，一般參考檔位、車速，當(dāng)滿足擋位位于空擋或駐車擋，車速在安全值范圍內(nèi)，或停車時(shí)可實(shí)施自動(dòng)駐車。此時(shí)系統(tǒng)計(jì)算制動(dòng)力，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，傳感器檢測(cè)拉力，達(dá)到要求時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，若正常點(diǎn)亮駐車燈。

當(dāng)車輛處于駐車狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)查詢發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位狀態(tài)（D檔或1檔）判定駕駛員起步意圖，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出力達(dá)到起步要求，實(shí)施解除駐車動(dòng)作。這里要注意一種特殊情況，即坡道起步。傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)下，坡道起步需要靠駕駛員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)主觀判斷解除制動(dòng)，使車輛順利起步，時(shí)機(jī)不對(duì)車輛可能熄火、后溜，非常危險(xiǎn)。在擴(kuò)展功能下，要實(shí)現(xiàn)坡道起步，系統(tǒng)判斷起步時(shí)機(jī)而解除駐車非常關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)難度也比較大。而實(shí)際上這個(gè)起步時(shí)機(jī)就是汽車起步阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡的瞬間，那么就需要通過(guò)計(jì)算，配合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、檔位即車輛傾角自動(dòng)判斷解除時(shí)機(jī)。參考公式： 。式中T表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，G，g，Angle與上文公式一樣，R表示車輪半徑，K表示變矩比，i1，i2分別表示單位傳動(dòng)比，減速器減速比。當(dāng)車輛位于坡道且處于駐車狀態(tài)，系統(tǒng)查詢發(fā)動(dòng)機(jī)、檔位，判斷行車方向與坡道方向，進(jìn)行計(jì)算，比較發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值，達(dá)到起步要求后釋放拉力，解除駐車。

（四）增強(qiáng)功能

EPB增強(qiáng)功能，考慮三個(gè)方面的內(nèi)容，即行車應(yīng)急制動(dòng)、特殊工況解除駐車以及自動(dòng)關(guān)閉和喚醒。行車應(yīng)急制動(dòng)補(bǔ)充車輛制動(dòng)，即當(dāng)車輛腳剎失效，EPB分配制動(dòng)力，降低車速。應(yīng)注意，這一功能并不是用來(lái)代替腳剎，而是在特殊情況下才用到的功能。在非緊急情況下隨意使用會(huì)直接影響系統(tǒng)的壽命。所以該功能的控制策略必須嚴(yán)謹(jǐn)，并設(shè)置嚴(yán)格的啟用判斷條件，包括車輛處于行駛狀態(tài)，松開(kāi)油門踏板，踩下制動(dòng)踏板且車輛速度未降低，駕駛員短按EPB按鈕。所有條件滿足，EPB啟用應(yīng)急制動(dòng)。當(dāng)駕駛員踩下油門踏板時(shí)，EPB退出制動(dòng)力分配?？雌饋?lái)這個(gè)功能非常好，但實(shí)際以目前的技術(shù)，尚無(wú)法準(zhǔn)確判斷車輛狀態(tài)。所以一般當(dāng)車速大于一個(gè)安全值，且收到EPB按鈕信號(hào)，系統(tǒng)查詢油門、制動(dòng)踏板狀態(tài)以及車速，滿足條件進(jìn)入應(yīng)急制動(dòng)狀態(tài)。系統(tǒng)計(jì)算所需制動(dòng)力（制動(dòng)力計(jì)算是一個(gè)難點(diǎn)，目前尚未解決），降低車速，當(dāng)車速降至安全值，則判斷油門狀態(tài)，給油則退出，若始終沒(méi)有則進(jìn)入駐車流程。

當(dāng)車輛出現(xiàn)處于特殊工況下如沒(méi)有油，或出現(xiàn)故障等。此時(shí)長(zhǎng)按EPB按鈕，系統(tǒng)判斷車輛，查詢發(fā)動(dòng)機(jī)、車速、是否駐車。如果不滿足條件，則啟動(dòng)強(qiáng)制解除，否則發(fā)出警示。當(dāng)車輛安全駐車，熄火或者駕駛員不對(duì)其進(jìn)行任何操作時(shí)，EPB進(jìn)入自動(dòng)待機(jī)，節(jié)約能源，這需要硬件上的支持。

EPB是否有效，關(guān)系車輛和人員的安全，其控制策略非常關(guān)鍵，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詫?duì)于提高EPB性能非常有效。本文對(duì)此進(jìn)行分析，可能存在不足，但希望能夠與業(yè)內(nèi)人士探討，進(jìn)一步完善EPB控制策略。

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（責(zé)編 王 一）