電動汽車EPB系統(tǒng)設(shè)計研究

馬小超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 國際公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230051）

1 引言

近年來，隨著電動汽車技術(shù)蓬勃發(fā)展，間接帶動了相關(guān)零部件產(chǎn)業(yè)的興起，其中的EPB系統(tǒng)是公認(rèn)的電動汽車底盤系統(tǒng)核心部件之一[1]。EPB是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)駐車制動的技術(shù)[2]。它將傳統(tǒng)汽車?yán)瓧U式手剎演變成為一個觸手可及的按鈕，集成控制模塊和執(zhí)行電機(jī)，操作起來比傳統(tǒng)拉桿式手剎方便省力，可以顯著提升車輛的駕駛體驗。此外，由于車廂內(nèi)取消了傳統(tǒng)的拉桿式手剎，為整車內(nèi)飾造型的設(shè)計提供了更大的發(fā)揮空間，可以大幅提升產(chǎn)品競爭力[3]。隨著EPB技術(shù)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本的駐車制動功能，還可以實現(xiàn)自動駐車和動態(tài)駐車等輔助功能，具備較強(qiáng)的功能擴(kuò)展性[4]。因此，研究EPB已成為各大主機(jī)企業(yè)和制動系統(tǒng)零部件企業(yè)的熱門課題。

2 EPB的結(jié)構(gòu)和工作原理

EPB是整車制動系統(tǒng)的重要組成部件，通過電子控制方式實現(xiàn)停車制動。原理是使用電子駐車卡鉗，通過電機(jī)驅(qū)動卡鉗夾緊制動盤，達(dá)到控制停車制動的目的。一般獨立式EPB系統(tǒng)由駐車開關(guān)、電控單元、駐車執(zhí)行器、儀表指示燈四部分組成[5]。如圖1所示。

圖1 EPB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

電控單元：一般安裝在駕駛室副儀表板下側(cè)，采集和輸出駕駛員駐車指令，控制電子駐車系統(tǒng)工作。

駐車開關(guān)：安裝在駕駛員右手側(cè)，其上一般有一個紅色指示燈，用于輸出駐車制動器的夾緊和釋放需求。駐車時可以用手指勾起開關(guān)，紅色指示燈點亮，向電控單元輸出駐車命令；駐車釋放時可以按下駐車開關(guān)，紅色指示燈熄滅，向電控單元輸出釋放命令。

駐車執(zhí)行器：即電子駐車卡鉗，安裝在車輛的左、右后輪，駐車時在電機(jī)和減速齒輪機(jī)構(gòu)的推動下，快速夾緊左、右后制動盤；釋放時快速松開電子駐車卡鉗，如圖2所示。

圖2 EPB駐車執(zhí)行器

儀表指示燈：駐車燈（紅色），駐車動作結(jié)束后點亮，表示電子駐車卡鉗已完成駐車功能。故障燈（黃色），點亮?xí)r呈常亮狀態(tài)，提示EPB出現(xiàn)故障。

3 電動車制動系統(tǒng)方案

3.1 制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能目標(biāo)

本文研究的純電動車是一款標(biāo)準(zhǔn)A級轎車，最高車速150km/h，百公里加速時間7.6s。綜合工況續(xù)駛里程530km，具有高性能、長續(xù)航的特點，制動系統(tǒng)性能優(yōu)秀，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 本文研究的電動汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整車駐車制動性能目標(biāo)見表1。

表1 整車駐車制動性能目標(biāo)

經(jīng)計算和選型得到的前后制動盤關(guān)鍵參數(shù)如下。

后制動器，帶EPB電子駐車卡鉗總成，制動盤選用通風(fēng)盤。制動盤的制動半徑135mm，制動盤厚度16.3mm，摩擦系數(shù)0.38，摩擦片厚度12mm，缸徑Ф42mm。

前制動器采用浮鉗盤式制動器型式，制動鉗前置式，制動盤選用通風(fēng)盤。制動盤的制動半徑130 mm，制動盤厚度28mm，摩擦系數(shù)0.4，摩擦片厚度16mm，缸徑Ф60mm。

3.2 EPB系統(tǒng)功能定義

本文研究的EPB系統(tǒng)功能主要有兩個方面，一是基礎(chǔ)功能，9項；二是輔助功能，6項。具體定義如下。

（1）基礎(chǔ)功能

①手動釋放。車輛上電，踩下制動踏板，手動按下駐車開關(guān)，解除駐車制動。

②手動駐車。手動拉起駐車開關(guān)駐車，車輛保持靜止，根據(jù)車輛所處實際的坡度，EPB電子駐車卡鉗施加不同駐車制動力。

③起步輔助。EPB根據(jù)擋位、坡度、電機(jī)扭矩、加速踏板開度輸入信息，使電子駐車卡鉗順暢釋放，保證車輛穩(wěn)定順暢起步。

④自動駐車。與ESC聯(lián)動實現(xiàn)自動駐車。識別Autohold開關(guān)狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)化為CAN信號發(fā)送給整車，并根據(jù)ESC狀態(tài)，執(zhí)行自動駐車。無論制動踏板是否被踩下，EPB均能實現(xiàn)防溜坡。

⑤開門駐車。車輛處于靜態(tài)或低速 (＜4km/h)，EPB電子駐車卡鉗如處于釋放狀態(tài)，EPBECU電控單元檢測到主駕車門由“關(guān)”到“開”，則自動駐車。

⑥下電駐車。為避免駕駛員離開汽車時，遺漏駐車操作造成車輛非期望的移動，EPB將在關(guān)閉電源后自動執(zhí)行駐車，確保安全。

⑦溜坡再夾。駐車后通過監(jiān)測輪速信號確定是否溜坡，如溜坡，EPB以最大夾緊力再夾。

⑧P檔駐車。本車輛有P檔開關(guān)，當(dāng)車輛靜止時，手動按P檔按鍵或掛到P檔，EPB識別P檔信號實現(xiàn)駐車。當(dāng)車輛在P檔時，為保證安全，手動方式是無法釋放駐車卡鉗，必須退出P檔才可釋放駐車卡鉗。

⑨高溫再夾。系統(tǒng)基于車輛制動盤溫度模型，實時計算制動盤溫度；并據(jù)此自動執(zhí)行夾緊動作以補(bǔ)償制動盤冷卻帶來的夾緊力損失。

（2）輔助功能

①故障駐車。在動態(tài)模式下手動拉起EPB開關(guān)，EPB進(jìn)行后輪駐車制動直至車輛停止，程中有后輪防抱死控制功能。當(dāng)輪速信號失效時，也可以通過恒定的小夾緊力持續(xù)實施后輪制動。

②防惡意操作。駐車ECU電控單元實時統(tǒng)計駐車頻度值，若測得頻度值高于閾值，再連續(xù)反復(fù)操作EPB開關(guān)，EPB系統(tǒng)將暫停接收新的駐車命令，以保護(hù)EPB系統(tǒng)。

③自動再夾緊。駐車ECU控制電子駐車卡鉗駐車后，如監(jiān)測到車輪發(fā)生滾動，駐車ECU控制電子駐車卡鉗繼續(xù)駐車。

④開關(guān)再夾緊。車輛靜止上電且EPB處于駐車狀態(tài)，拉起駐車開關(guān)2s，EPB以最大夾緊力再次夾緊，可連續(xù)夾2次。

⑤轉(zhuǎn)轂檢測。EPB電控單元自動識別車輛處于轉(zhuǎn)轂檢測狀態(tài)，駐車力分段增加，直至最大駐車力。

⑥維修釋放。通過車用診斷儀，可將EPB電子駐車卡鉗釋放至自然位置，便于EPB機(jī)械部件的維修更換。

3.2 EPB系統(tǒng)功能安全及故障定義

整車上電初始化后，EPB自檢無任何故障且與整車控制器通訊正常，熄滅制動系統(tǒng)故障燈。整車控制器接收到EPB上報的故障后，實施相應(yīng)的功能安全策略。EPB系統(tǒng)功能安全及故障處理定義為四類31項。具體見表2。

表2 EPB系統(tǒng)功能安全及故障處理定義

表2 EPB系統(tǒng)功能安全及故障處理定義（續(xù)）

4 EPB系統(tǒng)功能性能驗證

4.1 基礎(chǔ)性能測試

測試條件：平地工況，車輛空載，配重75kg，坡度＜5%干燥水泥路面，附著系數(shù)0.8～1.0。駐坡工況，車輛滿載，配重375kg，20%坡度干燥水泥路面，附著系數(shù)0.8～1.0，輪胎花紋磨損不超過2000km。

測試方法：表1性能1～2，平地工況，車輛停穩(wěn)，車速為0，駐車開關(guān)發(fā)送駐車或釋放指令，測量EPB電控單元控制電子駐車卡鉗夾緊或釋放的時間。表1性能3～4，平地工況，車輛停穩(wěn)，車速為0，關(guān)閉上電開關(guān)或者開啟主駕側(cè)車門EPB執(zhí)行自動駐車；掛擋并踩下加速踏板，EPB駐車卡鉗釋放，車輛平穩(wěn)駛離，測量過程所需時間。表1性能5～6，將車輛正、反兩個方向正直平穩(wěn)地駛?cè)肫露葹?0%的駐車坡道，踩制動踏板將車輛停穩(wěn)，掛空擋。駐車開關(guān)發(fā)送駐車指令并實現(xiàn)駐車功能后，確認(rèn)被檢車輛完全停穩(wěn)，松開制動踏板，連續(xù)觀察10分鐘，車輛應(yīng)保持固定不動。以上均各測量三次。

測試結(jié)果見表3，如圖4、圖5所示。

表3 EPB系統(tǒng)基礎(chǔ)性能測試結(jié)果

圖4 20%坡道上坡駐車10分鐘

圖5 20%坡道下坡駐車10分鐘

4.2 動態(tài)性能測試

測試條件：平直試驗道路，縱向任意50m長度上坡道應(yīng)小于1%，車道寬度不小于4m，高附試驗路面附著系數(shù)不應(yīng)小于0.8，低附或模擬低附試驗路面附著系數(shù)不應(yīng)大于0.3，試驗車輛滿載，配重375kg。

測試方法：在高附路面、低附路面、對開路面等不同工況路面行駛，在高于制動初速度10%的車速時，將擋位掛入空擋，待車速下降至制動測試所需初速度，拉起EPB駐車開關(guān)并保持，直至車輛停止或駛離測試路面。以上均各測量三次。

測試結(jié)果見表4。

表4 EPB系統(tǒng)動態(tài)性能測試結(jié)果

4.3 功能測試

測試條件：干燥水泥路面，滿足對應(yīng)功能適用需求的坡度，干燥水泥路面，附著系數(shù)0.8～1.0。試驗車輛空載，配重75kg。

測試方法：參考前述基礎(chǔ)功能和輔助功能描述及目標(biāo)要求，各項功能均測量三次。

測試結(jié)果見表5。

表5 系統(tǒng)功能測試結(jié)果

5 結(jié)語

本文分析了電動汽車EPB電子駐車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理，設(shè)計了一種純電動汽車EPB系統(tǒng)方案，定義了整車駐車制動性能目標(biāo)，定義了EPB系統(tǒng)的功能、功能安全及故障診斷策略，通過整車駐車性能測試及EPB功能、性能測試，驗證了EPB系統(tǒng)的功能、性能等關(guān)鍵指標(biāo)，供業(yè)內(nèi)參考。