某車型EPB系統(tǒng)故障燈報(bào)警的問(wèn)題分析與改進(jìn)

汪愛(ài)軍、秦勇、王珺玞、梁必忠

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007；2.湖南湖大艾盛創(chuàng)制科技有限公司，柳州545007）

0 引言

EPB（Electronic Parking Brake）系統(tǒng)即電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)，主要是用電子控制的方式取代原來(lái)使用駐車制動(dòng)手柄、拉索等機(jī)械手動(dòng)操作的部分，從而完成整個(gè)駐車制動(dòng)過(guò)程。目前在汽車上應(yīng)用的EPB 技術(shù)主要有兩種形式：拉線式EPB 和卡鉗集成式EPB。其中前者屬于較早在整車上應(yīng)用的技術(shù)，而后者屬于目前廣泛應(yīng)用的EPB 技術(shù)[1]。

但由于拉線式EPB 本身的一些弊端，如左右輪無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制等，現(xiàn)在已經(jīng)較少應(yīng)用。而集成式EPB 由于其便捷、易于操作控制、便于布置和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。本文主要研究的是集成式EPB。

1 EPB 的系統(tǒng)、基本結(jié)構(gòu)、功能

1.1 集成式EPB 系統(tǒng)

集成式EPB 系統(tǒng)通過(guò)車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）單元、駐車制動(dòng)開關(guān)、線束和2 個(gè)EPB 卡鉗總成來(lái)執(zhí)行動(dòng)作。EPB 的執(zhí)行器被包含在后制動(dòng)卡鉗總成中從而避免了附加的拉索安裝并且使執(zhí)行器能夠直接對(duì)后輪施加制動(dòng)力。整個(gè)系統(tǒng)在整車上的布置如圖1所示。

圖1 集成式EPB 系統(tǒng)示意圖

集成式EPB 系統(tǒng)中，用于控制卡鉗總成執(zhí)行器動(dòng)作的軟件PBC（Parking Brake Control），是由卡鉗總成供應(yīng)商完成編寫后再由ESC 供應(yīng)商集成到ESC 軟件中。整個(gè)系統(tǒng)中，由ESC 與外界通訊，接收外部指令同時(shí)通過(guò)集成的軟件判斷并控制完成相關(guān)的動(dòng)作。而有關(guān)EPB本身的功能故障邏輯則由PBC進(jìn)行設(shè)定判斷，ESC 會(huì)負(fù)責(zé)輸入相關(guān)整車系統(tǒng)信號(hào)同時(shí)作為外部接口發(fā)出相關(guān)的故障碼。在整個(gè)系統(tǒng)中，ESC 和EPB 供應(yīng)商通過(guò)VDA-305 協(xié)議，按相關(guān)邏輯分工完成對(duì)應(yīng)的控制（圖2）。

圖2 集成式EPB 系統(tǒng)控制邏輯圖

1.2 EPB 的基本結(jié)構(gòu)

EPB 卡鉗總成主要由卡鉗本體、EPB 螺桿螺套和執(zhí)行器總成等幾部分組成，相對(duì)于傳統(tǒng)的常規(guī)卡鉗，它多了一套執(zhí)行器總成機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的執(zhí)行器總成主要由電機(jī)、行星齒輪和皮帶等組成（圖3）。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)來(lái)推動(dòng)卡鉗內(nèi)部的螺桿螺套來(lái)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卡鉗總成的夾緊和釋放。而卡鉗本體的部分和常規(guī)卡鉗一樣，用來(lái)實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)的功能[2-3]（圖4）。

圖3 EPB 卡鉗總成結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 EPB 主要的功能

目前主流的集成式EPB 系統(tǒng)，一般可以實(shí)現(xiàn)如表1所示的功能。

表1 EPB 系統(tǒng)主要功能

從集成式EPB 的功能來(lái)看，它除了有傳統(tǒng)機(jī)械式駐車制動(dòng)系統(tǒng)的一些功能外，還能結(jié)合電子控制的方面，完成如自動(dòng)夾緊、起步自動(dòng)釋放、自動(dòng)保持、熱盤/溜車再夾緊、行車緊急制動(dòng)、以及后輪防抱死等較為智能的功能。但這些功能的擴(kuò)展和使用，必須有相應(yīng)整車控制系統(tǒng)的支持和響應(yīng)[4]。特別是自動(dòng)保持和行車緊急制動(dòng)，首先要滿足一定的操作條件，同時(shí)要有ESC 介入。但這些功能的增加，使得整個(gè)系統(tǒng)操作更加便利，便于提升用戶的感知質(zhì)量。

2 故障問(wèn)題

2.1 實(shí)車表現(xiàn)

某車型在小批量生產(chǎn)后，出現(xiàn)多起EPB 系統(tǒng)故障燈報(bào)警的問(wèn)題，嚴(yán)重影響車輛使用。在出現(xiàn)故障后，儀表上EPB 系統(tǒng)故障燈常亮（圖5）。實(shí)車表現(xiàn)為某一側(cè)車輪出現(xiàn)拖滯或者無(wú)法釋放等問(wèn)題。實(shí)際故障車的具體信息如表2所示。

表2 故障車的故障信息

圖5 儀表板上的故障報(bào)警提示

2.2 故障診斷

對(duì)故障車用診斷儀通過(guò)OBD 接口讀取對(duì)應(yīng)的故障碼信息，確認(rèn)每輛故障車反饋的故障代碼（代碼1～4）。通過(guò)具體故障代碼信息可以確認(rèn)故障為EPB回路開路和EPB電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)（表3）。

表3 故障代碼信息

2.3 故障分析

基于實(shí)車表現(xiàn)和確認(rèn)的整車故障代碼，為鎖定問(wèn)題，通過(guò)對(duì)實(shí)車零件進(jìn)行對(duì)換、臺(tái)架試驗(yàn)等進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。由此可以判斷，EPB 零件與故障相關(guān)。

圖6 零件對(duì)換及臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3 原因分析

故障代碼顯示零件出現(xiàn)開路故障主要是由于在EPB 工作過(guò)程中，檢測(cè)到整個(gè)回路阻抗超過(guò)軟件設(shè)定的閾值。同時(shí)在整個(gè)拉起或者釋放過(guò)程中，如EPB 工作時(shí)間超過(guò)設(shè)定的閾值，軟件也會(huì)同時(shí)報(bào)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)故障。

針對(duì)該問(wèn)題，使用魚骨圖對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析（圖7）。

圖7 魚骨圖分析

3.1 故障件基本尺寸、工藝等確認(rèn)

拆解故障件執(zhí)行器，對(duì)相關(guān)故障件的EPB 執(zhí)行器端口尺寸、內(nèi)部接口電阻焊及齒輪等進(jìn)行測(cè)量和結(jié)果分析，確認(rèn)對(duì)應(yīng)零部件無(wú)問(wèn)題（圖8）。而生產(chǎn)車間、裝配設(shè)備和裝配工藝等均符合原先設(shè)定要求。

圖8 故障件執(zhí)行器拆解

3.2 故障件性能參數(shù)測(cè)試

對(duì)故障件進(jìn)行怠速電流檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其電流波動(dòng)較大，不滿足設(shè)計(jì)要求（怠速電流≥0.30 A）。故障件的電流檢測(cè)如圖9所示。

圖9 故障件檢測(cè)電流

故障件的電機(jī)空轉(zhuǎn)電流波動(dòng)大，電流最低值甚至小于0.20 A，不符合要求。如果此時(shí)操作EPB 開關(guān)，整個(gè)回路中的阻抗在某個(gè)時(shí)候可能會(huì)大于55 Ω（如電壓12.00 V 時(shí)，可得出此時(shí)電流值低于0.22 A），這樣就觸發(fā)代碼1 或者代碼3。而如果此時(shí)還是一直操作開關(guān)，讓EPB 持續(xù)工作，時(shí)間超過(guò)EPB 夾緊或釋放的要求，就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)的故障，也就是代碼2 或者代碼4。

從以上基本的檢測(cè)和測(cè)試，確認(rèn)故障件本身零件是有缺陷的。

3.3 開路控制軟件邏輯

集成式EPB 系統(tǒng)中，PBC 軟件會(huì)對(duì)EPB 總成在整個(gè)回路中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，ESC 也會(huì)對(duì)外部輸入的電壓、回路的電流等監(jiān)控判斷，確認(rèn)系統(tǒng)是否正常。而某型號(hào)ESC 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)回路判定接觸不良或者開路條件：在持續(xù)195 ms 內(nèi)檢測(cè)到通過(guò)回路的電壓和電流有異常，則會(huì)報(bào)相應(yīng)的錯(cuò)誤。而對(duì)應(yīng)作為最為關(guān)鍵的集成在ESC 中的PBC 軟件在監(jiān)控EPB 本身回路故障時(shí)，是要求在200 ms 內(nèi)任何時(shí)間段出現(xiàn)2 次阻抗值超標(biāo)即算開路。

電機(jī)怠速電路特性，其是一個(gè)按正弦波動(dòng)的變化值，受影響因素很多；且電機(jī)工作在輪端，工作環(huán)境較為惡劣，無(wú)法保證電機(jī)的電流在任何時(shí)期都能精確穩(wěn)定。同時(shí)ESC 在整個(gè)系統(tǒng)中處于上一個(gè)等級(jí)，對(duì)各方面的要求設(shè)定應(yīng)該是最嚴(yán)苛的。綜合實(shí)際情況以及對(duì)安全的考慮，參考對(duì)標(biāo)件和ESC 故障控制邏輯的判斷，確認(rèn)之前設(shè)定的PBC 軟件監(jiān)控回路開路故障邏輯較為苛刻。而且，之前的設(shè)定未對(duì)單獨(dú)持續(xù)時(shí)間做具體要求，使得整體的控制邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)，容易造成誤報(bào)等。

對(duì)此確認(rèn)調(diào)整PBC 軟件監(jiān)控回路開路故障的策略：即要求EPB在執(zhí)行過(guò)程中，檢測(cè)到整個(gè)回路中持續(xù)200 ms 線路阻抗值大于55 Ω時(shí)才觸發(fā)。這樣的更改保留了對(duì)開路閾值的要求，也對(duì)閾值持續(xù)時(shí)間做了相應(yīng)的定義，既避免了誤報(bào)，也確保真實(shí)的故障能被檢出。

結(jié)合以上分析，可以確定零件本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，以及回路開路故障監(jiān)控策略不合理，是問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)故障件以及對(duì)軟件監(jiān)控邏輯的分析，對(duì)整個(gè)零件和軟件做相應(yīng)的整改，具體調(diào)整措施如下。

（1）增加零件端下線要求：EPB 執(zhí)行器怠速電流下限值100%檢測(cè)并需要達(dá)標(biāo)。

（2）優(yōu)化軟件監(jiān)控策略：EPB 在執(zhí)行過(guò)程中，檢測(cè)到回路阻抗持續(xù)200 ms 并且大于55 Ω 時(shí)才報(bào)開路故障。

使用改進(jìn)后的零件以及更新監(jiān)控策略軟件后，在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的故障。批量更改后，售后端也未再報(bào)類似故障，確認(rèn)相關(guān)的改進(jìn)措施有效。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)某車型EPB 系統(tǒng)故障燈頻繁點(diǎn)亮問(wèn)題進(jìn)行分析，得出影響因素如下。

（1）EPB 零件本身的電流波動(dòng)大，使得在某一瞬間整個(gè)回路的阻抗值過(guò)大導(dǎo)致觸發(fā)報(bào)警。

（2）EPB 控制軟件監(jiān)控開路的判斷邏輯不合理，導(dǎo)致容易觸發(fā)故障。

通過(guò)對(duì)問(wèn)題的深入分析，確認(rèn)在嚴(yán)格管控下線零件以及優(yōu)化更新控制軟件后，該車型EPB 頻繁亮燈問(wèn)題得到了徹底的解決。

EPB 系統(tǒng)以其操作簡(jiǎn)便，響應(yīng)及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到用戶的喜愛(ài)，也應(yīng)用到越來(lái)越多不同的車型。但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于其相對(duì)于傳統(tǒng)卡鉗來(lái)說(shuō)，多了相應(yīng)的電控部分，也會(huì)偶而發(fā)生故障。在實(shí)際開發(fā)中，針對(duì)具體的故障問(wèn)題，運(yùn)用分析工具、結(jié)合零件生產(chǎn)、控制策略以及零件本身的工作原理等，通過(guò)逐步分析，也能快速鎖定故障原因并予以改進(jìn)，進(jìn)而為用戶提供滿意的服務(wù)。