基于商用車的電子駐車制動(dòng)控制系統(tǒng)研究

同曉雅，杜 彬，任靜媛，劉 煜

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

隨著城市車輛的頻繁啟停以及車輛機(jī)電一體化技術(shù)的推進(jìn)，對(duì)車輛安全性、舒適性、穩(wěn)定性提出更高的需求，電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)（EPB）應(yīng)運(yùn)而生。電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)機(jī)械手制動(dòng)以及繼動(dòng)閥裝置，通過(guò)駐車開(kāi)關(guān)以及電磁閥控制車輛底盤氣室進(jìn)行充放氣，不僅操作方式更簡(jiǎn)單方便，而且可以降低車輛系統(tǒng)的復(fù)雜性，節(jié)省空間，同時(shí)相比于機(jī)械控制，電子控制方式更智能化、更精確化、響應(yīng)更快。因此，本文基于商用車對(duì)電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。

1 EPB系統(tǒng)組成

電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)由輸入模塊、控制模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。控制系統(tǒng)接收駐車開(kāi)關(guān)操作狀態(tài)，判斷駕駛員意圖，結(jié)合車速、制動(dòng)狀態(tài)、擋位等車輛狀態(tài)以及當(dāng)前壓力，進(jìn)行邏輯比較計(jì)算，通過(guò)電控方式控制閥體進(jìn)行動(dòng)作，以達(dá)到充氣或排氣的目的，從而實(shí)現(xiàn)駐車及解除等效果，同時(shí)增加人機(jī)交互接口，儀表會(huì)提示駕駛員當(dāng)前操作動(dòng)作或電子駐車狀態(tài)。

如圖1所示為電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 輸入模塊

EPB控制系統(tǒng)輸入模塊主要包括開(kāi)關(guān)類信號(hào)采集、傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換，同時(shí)接收其他控制系統(tǒng)提供的車輛信息。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，以表明駕駛員當(dāng)前的駕駛意圖，通過(guò)接收傳感器以及其他控制系統(tǒng)的信息，判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)。

1.2 控制模塊

控制模塊主要包括模擬量/數(shù)字量采集模塊、CAN模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等。邏輯控制軟件程序刷寫在控制器中，對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行消抖處理，對(duì)模擬量按照公式（1）進(jìn)行電壓值的轉(zhuǎn)換，對(duì)車輛其他ECU的參數(shù)值通過(guò)CAN總線進(jìn)行接收，對(duì)車輛當(dāng)前的工況判斷，進(jìn)行相應(yīng)的操作信號(hào)輸出。

式中：a——輸入值；v——轉(zhuǎn)換后的電壓值，V；n——硬件采集精度。

1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制器的輸出信號(hào)，對(duì)電磁閥、指示燈、儀表顯示進(jìn)行控制。電磁閥接收控制器輸出的硬線驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制車輛氣路執(zhí)行排氣、放氣、保壓等動(dòng)作。指示燈接收硬線信號(hào)，顯示駐車狀態(tài)?？刂破靼l(fā)送顯示、報(bào)警、故障等信號(hào)給儀表系統(tǒng)，以提示駕駛員EPB系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。

2 EPB控制功能

電子駐車制動(dòng)控制系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的駐車制動(dòng)、制動(dòng)釋放、緊急制動(dòng)功能以外，根據(jù)駕駛員反饋的實(shí)際問(wèn)題以及車輛配置情況，新增了行車輔助減速、駐車安全輔助、人機(jī)交互等功能，增加駕駛安全性和舒適性，提升駕駛感受。控制關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 控制關(guān)系圖

2.1 駐車制動(dòng)

正常情況下，車輛剛上電，EPB的初始狀態(tài)即為駐車制動(dòng)狀態(tài)。

在車輛停車時(shí)，為了檢測(cè)駐車的安全性，可通過(guò)按下駐車安全輔助開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)駐車制動(dòng)力是否可保證車輛不會(huì)發(fā)生溜車問(wèn)題。

2.2 AutoHold

AutoHold功能可通過(guò)AutoHold開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉。在頻繁啟停車輛的路況下，打開(kāi)該功能，車輛進(jìn)入AutoHold狀態(tài)后，若是想要啟動(dòng)，只需輕點(diǎn)油門，車輛即可運(yùn)行。若是車輛在有坡度的路況下起步，電控單元會(huì)判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)是否會(huì)發(fā)生溜坡現(xiàn)象，從而自動(dòng)施加制動(dòng)力或者釋放駐車制動(dòng)，使駕駛過(guò)程更安心。

若在車輛起步時(shí)，忘記釋放手制動(dòng)，電控單元判斷駕駛員有掛擋踩油門的動(dòng)作時(shí)會(huì)響應(yīng)駕駛員的需求，從而自動(dòng)釋放駐車制動(dòng)。

2.3 緊急制動(dòng)

當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)，遇到緊急情況，可通過(guò)上拉駐車開(kāi)關(guān)，進(jìn)入緊急制動(dòng)功能狀態(tài)，請(qǐng)求行車制動(dòng)進(jìn)行減速，駐車開(kāi)關(guān)上拉開(kāi)度越大，制動(dòng)減速度越大，行車制動(dòng)力越大，在車速降到駐車制動(dòng)的安全閾值后進(jìn)行駐車制動(dòng)。

2.4 駐車解除及防誤觸

若車輛氣室氣壓正常，可通過(guò)按下駐車開(kāi)關(guān)解除制動(dòng)，為了防止無(wú)意識(shí)操作導(dǎo)致制動(dòng)解除而引發(fā)事故，在解除駐車制動(dòng)時(shí)，按下駐車開(kāi)關(guān)的同時(shí)需要踩下制動(dòng)踏板，增加車輛安全性。

在下長(zhǎng)坡時(shí)，可利用車輛自重所引起的制動(dòng)力進(jìn)行行車輔助減速功能，減少制動(dòng)片的磨損，該功能可通過(guò)行車輔助減速開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉。

2.5 自動(dòng)駐車

針對(duì)車輛熄火下電后，駕駛員忘記拉手制動(dòng)，導(dǎo)致車輛溜車造成的不安全事故，增加下電自動(dòng)駐車功能，使駐車更加可靠。同時(shí)考慮若行車過(guò)程中車輛發(fā)生故障下電需要拖車的情況，因此開(kāi)發(fā)拖車功能，當(dāng)需要拖車到附近的服務(wù)站時(shí)，減少拖車時(shí)的阻力。

2.6 人機(jī)交互接口

當(dāng)車輛處于駐車制動(dòng)、解除駐車制動(dòng)、AutoHold等各種狀態(tài)時(shí)，電控單元會(huì)通過(guò)CAN總線輸出當(dāng)前狀態(tài)信號(hào)到人機(jī)交互接口，儀表系統(tǒng)顯示對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，以提示駕駛員當(dāng)前車輛狀態(tài)，若駕駛員進(jìn)行誤操作，也會(huì)發(fā)送聲音或文字提醒信息以及糾正措施，使駕駛員明確下一步操作或狀態(tài)保持。

3 EPB功能開(kāi)發(fā)驗(yàn)證

3.1 功能開(kāi)發(fā)

根據(jù)車輛電子駐車制動(dòng)需求，對(duì)EPB系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并對(duì)開(kāi)發(fā)功能進(jìn)行驗(yàn)證，在不同工況下，實(shí)現(xiàn)電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車輛的相應(yīng)控制，對(duì)電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行分析驗(yàn)證。該控制功能進(jìn)行模塊化開(kāi)發(fā)，可移植性強(qiáng)，集成在底盤控制器中，減少總線的使用，降低成本。

電子駐車制動(dòng)控制系統(tǒng)包括駐車制動(dòng)、制動(dòng)解除、緊急制動(dòng)、AutoHold、自動(dòng)駐車等功能，當(dāng)車輛處于不同的工況時(shí)，根據(jù)模式切換條件，進(jìn)入相應(yīng)的工作狀態(tài)，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)該工作狀態(tài)下相應(yīng)的閥體工作或者調(diào)用主制動(dòng)功能。

3.2 功能驗(yàn)證

對(duì)EPB控制系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)改變車速、制動(dòng)踏板、加速踏板、開(kāi)關(guān)、傳感器等輸入信號(hào)的狀態(tài)，檢測(cè)EPB控制系統(tǒng)是否根據(jù)輸入信號(hào)的變化進(jìn)入相應(yīng)的功能狀態(tài)，此時(shí)輸出的顯示信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否與預(yù)期狀態(tài)一致。預(yù)期狀態(tài)如圖3所示。

如圖3所示，初始狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)排氣閥工作，進(jìn)入駐車制動(dòng)狀態(tài)，駐車指示燈信號(hào)置1；進(jìn)入駐車制動(dòng)解除狀態(tài)，駐車指示燈信號(hào)為0。此時(shí)，若需進(jìn)行AutoHold制動(dòng)，則調(diào)用行車制動(dòng)，充氣閥和排氣閥都不驅(qū)動(dòng)，駐車指示燈信號(hào)依然保持為0；當(dāng)駕駛員上拉駐車開(kāi)關(guān)，進(jìn)入駐車制動(dòng)。若在駐車制動(dòng)解除狀態(tài)（車輛高速行駛），上拉駐車開(kāi)關(guān)，進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài)；若緊急制動(dòng)車速較大時(shí)，駐車開(kāi)關(guān)復(fù)位，進(jìn)入駐車制動(dòng)解除狀態(tài)；若緊急制動(dòng)車速較小時(shí)，進(jìn)入駐車制動(dòng)狀態(tài)。自動(dòng)駐車模式下，各輸出信號(hào)狀態(tài)與初始駐車狀態(tài)一致。

通過(guò)改變輸入，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，在不同的控制模式下，閥體驅(qū)動(dòng)、指示燈狀態(tài)以及行車制動(dòng)調(diào)用狀態(tài)如表1所示。由表1可知，仿真輸出狀態(tài)與預(yù)期一致，達(dá)到控制效果。

表1 不同模式下驅(qū)動(dòng)以及顯示狀態(tài)

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了EPB控制系統(tǒng)的駐車制動(dòng)、制動(dòng)解除、AutoHold、緊急制動(dòng)、自動(dòng)駐車5種功能，同時(shí)新增了防誤觸、拖車模式、駐車安全輔助、行車輔助減速以及人機(jī)交互等功能。利用軟件仿真，對(duì)開(kāi)發(fā)的控制功能進(jìn)行分析和驗(yàn)證，該控制系統(tǒng)不僅滿足基本的駕駛需求，同時(shí)可根據(jù)車輛狀態(tài)和道路情況自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)操作，控制方式更智能化。人機(jī)交互可對(duì)駕駛員進(jìn)行操作提醒，提升駕駛感受，避免安全隱患的發(fā)生，增加駕駛安全性。