基于集成电子稳定程序的电子驻车系统

应世明 张宏双 李阳泰 赵玉静

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）

随着电子产品在汽车上的快速普及，越来越多的电控单元（ECU）被应用于汽车上，车身上的控制元件也从传统的机械控制逐渐发展为电子式控制。目前汽车上多数采用机械手刹拉杆式驻车系统，该装备操作不便，且制动的响应时间也较长。电子驻车制动（EPB）系统是在2个后制动卡钳上安装电机和减速机构，通过ECU发出的指令进行汽车制动和释放的系统。EPB系统的开发使车内其他零部件的配置更具灵活性，大大提高了整车的舒适性。由于取消了传统的手刹拉杆和线缆装置，使安装过程更容易[1-3]。文章提出了基于集成式电子稳定控制系统（ESC）的EPB系统开发方案。

1 驻车制动系统分类

汽车的制动系统包括：汽车电源、ECU及制动器总成，根据机械装置的不同，可分为行车和驻车2种制动系统。目前，在高端车上不断装配了EPB系统来取代手刹拉杆式驻车系统。EPB与手刹制动的工作原理基本相同，只是把手刹拉杆换成电子按钮，将汽车行驶时的临时停车和发动机熄火长时间停车功能融合在一起[4]。该设计增大了中控台的空间，给整车车内布置提供选择，使驾驶员操作更方便，在紧急情况不会感觉到过于紧张。

2 EPB系统工作原理

EPB系统主要由CAN总线传输的数据、EPB控制单元和左右后制动卡钳三大部分组成，工作原理示意图，如图1所示。其中EPB开关、CAN总线模块及仪表盘为控制器输入，发送CAN总线传输的车辆数据和系统状态、EPB开关的请求及仪表板指示信息；制动卡钳包含永磁电机、行星齿轮机构和卡钳本体。EPB系统的工作原理是：当驾驶员按EPB开关后，EPB控制单元接收来自CAN总线的传感器信号，对汽车的运行状态进行分析判断，根据相应的控制策略发出控制指令来控制继电器开关，从而驱动左右制动卡钳[5]。

由于汽车上利用CAN总线网络进行信息传输，且传感器被不同ECU单元共用，为了更可靠地传递和接收数据，保持汽车中各子系统之间的正常通信，使系统反应更为迅速，因此信号采集至关重要。经实车试验，总结了EPB系统需观测的主要信号，如表1所示。

表1 EPB（电子驻车制动）系统采集的主要信号和功能

3 集成式EPB系统执行机构

同传统的手刹拉杆驻车一样，目前EPB系统普遍采用电机和驱动机构相结合的方式，执行机构都是作用于汽车后轮。EPB执行机构主要包含永磁电机、行星齿轮减速机构、芯轴螺母传动机构、活塞、制动块及制动盘，如图2所示[6]。

在接收到驾驶员按EPB开关的驻车请求时，EPB的ECU给电机发送命令。电机在启动后怠速空转一段行程后，制动盘与制动块接触，该过程通过行星齿轮机构驱动芯轴螺母，将电机的旋转运动转变为止推螺母沿丝杆螺纹直线运动来实现。

在制动卡钳夹紧时，继电器开关控制电机正转，电机的电流随着压力增大而升高。在该夹紧过程，EPB控制单元诊断模块对电机的电流进行监控。当电机电流升到标定的阈值，即达到驻车时所需的夹紧力，切断电流。在制动卡钳释放时，继电器开关控制电机反转，当识别到电流下降的拐点，芯轴螺母后移停止，在该过程轮缸内压力下降，制动盘与制动块分开。

4 集成式ESC电子驻车系统开发方案

4.1 开发流程设计

由EPB系统供应商及ESC系统供应商共同开发电子驻车。首先提出了EPB系统和ESC系统的控制逻辑架构，将EPB控制单元集成到ESC系统ECU中，在该系统网络划分了各供应商负责的任务及二者之间的联系，如图3所示。其中绿色方框由EPB系统供应商负责，包括EPB执行器和控制逻辑；蓝色方框由ESC系统供应商负责，主要有ESC软件、硬件、EPB硬件及主机等。

在该EPB系统网络中，EPB的控制算法开发过程采用了“V”模式开发流程，如图4所示。

在汽车电子软件开发初期，以计算机模型仿真为主，可以在PC上快速地设计、修改和验证控制软件的功能。采用E-coder把EPB策略生成可实时运行的目标文件（C代码），编译下载到ECU硬件上。在ECU制作完成之后，为了减少测试成本和缩短开发周期等，借助HIL设备对ECU进行HIL测试，最后对EPB控制单元的算法功能进行实车调试及ECU参数标定。

4.2 控制策略开发方案

根据集成式EPB系统开发流程，以Matlab/Simulink作为控制算法的工具，依照MAAB建模规范，完成EPB系统应用软件策略模型架构的设计、功能开发及模型数据定标，设置好PBC与ESC软件接口，生成实时代码并与ESC软件实现集成，最终下载到客户硬件控制器中。试验过程中通过标定工具获取数据，观察和改变数据，如果发现PBC软件有需要调整的地方或者控制策略有不合适的地方就再次修改模型，具体的开发流程，如图5所示。

5 结论

EPB系统采用CAN网络与其他ECU进行数据通信，采用拓扑结构进行控制是未来汽车发展趋势。与手刹制动系统相比，EPB系统通过驾驶员操作开关，而不再采用手刹拉杆或脚踏板，在电机驱动指令下执行器自动夹紧和释放。该技术不仅给汽车内部的设计提供了宽敞的空间，而且使驾驶员操作更方便和安全，避免了由驾驶员的疏忽引起的事故。集成式控制单元使汽车操纵更智能，当发动机熄火或遇到红灯，AutoHold功能使汽车自动停在适当位置并阻止向前运动，还可以节油；当汽车停止在斜坡上，辅助驶离功能使汽车起步更顺畅，防止汽车向后溜。基于集成式EPB系统的开发方案降低了产品开发成本，保证了在规定的开发周期内能很好地完成项目的验收。