汽车电子手刹制动系统 EPB控制策略设计研究

2016-05-30刘峰

时代汽车 2016年1期

摘要：电子手刹可在行车前自动释放或在熄火后自动拉紧，省去了忘记解除手刹或“坡起”溜车等情况的困扰与风险；由于电子手刹系统即 EPB系统的结构较为复杂，需要对其控制策略进行分析，文章主要针对 EPB控制原理与控制策略进行设计，解析与描述：包括：手刹制动控制策略，手刹制动解除控制策略，坡道起步控制策略，

应急制动控制策略，EPB智能制动控制策略等。

关键词：电子手刹EPB；控制策略

1 来源与研究目的

现今，越来越多的车辆均开始配备了电子手刹的功能。

EPB概述

EPB（Electric Parking Brake）即电子驻车或称电子手刹制动系统 [3]。电子手刹制动系统（以下简称 EPB）是指将行车过程中的临时制动和停车后的长时间制动功能融合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。

EPB这类由电子控制方式实现手刹制动的技术，其工作原理与机械式手刹相同，均是通过刹车盘与鼓式或卡钳式手刹之间的摩擦力达到控制手刹制动，只不过控制方式从原先的机械式手刹拉杆变成了电子按钮。

EPB从基本的手刹功能延展到电子手刹功能技术的运用，让驾驶员在车辆停下时无需长时间刹车。在启动电子手刹制动的情况下车辆不会溜后。

此外， EPB系统也能提供一个低速牵引制动力，阻止车辆在斜坡上倒溜。系统信号可与远程传感器系统相连，即便在很紧张的停车场地，车辆也能安全停靠。 EPB集成在防盗系统中，能够实现最可靠的数字芯片防盗功能。

EPB通过坡度传感器由控制器给出准确的制动力，在起步时， ECU通过车辆制动压力传感器，坡度传感器，加速踏板位置传感器等提供的信息，通过计算，在驱动力大于阻力时自动释放手刹制动，从而使车辆能够平稳起步。

EPB可令车辆在等红灯或上下坡停车时自动启动手刹制动，即便变速箱在 D或是 N，也无需一直脚踩刹车或使用手刹，车辆始终处于静止状态。在需要释放静止状态时，也只需轻踩油门即可解除制动。这一配置对于那些经常在城里走走停停的驾驶员来说相对实用一些，同时也减少了由于疏忽大意造成的不必要的风险事故。

2 EPB系统控制策略的设计研究

2.1 EPB制动控制策略设计

EPB系统是在驾驶员采取制动措施后，对其状态进行分析：是否处于正常执行 EPB制动的要求，当车辆处在正常的情况下， ECU一旦接收到驾驶员的制动开关信号，便依控制策略执行命令，通过 CAN总线传输至两侧车轮制动单元，控制电机依据需要进行相应工作。

EPB系统还需要有防止干扰或误操作等不安全因素的功能，各传感器要采集 EPB开关信号、车速信号、坡度信号、 EPB制动压力信号、通过 CAN总线发至 ECU。

EPB系统制动时控制策略设计如图 2所示。ECU在驾驶员发出拉起 EPB控制开关信号时，会启动 EPB控制开启程序，其依据总未满足

线中采集到的参数，确定车辆是否处于手刹制动状态。在车速不超过速度临界值且满足该状态时， ECU通过 CAN总线发给 EPB的收紧制动拉线信号从而控制电机，完成手刹制动。若 ECU检测出 EPB制动压力满足压力临界值时，手刹制动锁止，仪表盘 EPB灯变红。电机转速在大于 12000rpm时，制动耗时小于等于 2秒，加上减速齿轮的减速增扭作用，手刹制动瞬间稳定。

在坡道上时， EPB系统依据坡度传感器的检测结果自动产生所需制动力，同时 ECU也会对制动压力进行检测，构成闭环控制。当最后的制动力满足坡道需求，在无需电机工作的情况下，EPB系统通过锁定螺丝的自锁功能确保车辆处于手刹制动状态。

2.2 解除手刹制动

对于 EPB系统来说，按下控制按钮后， ECU的解除指令便通过 CAN总线传送到电机控制启动电机工作。此时与手刹制动过程相反，传感器要采集 EPB制动按钮信号（开关信号）、极限解锁位置信号以及制动踏板位置信号。

解除制动的流程为 ECU收到驾驶员按下 EPB控制开关的信号，来启动制动中断服务程序，依据总线中传送采集到的数据，判断此时是否达到解除手刹制动的状态。在制动踏板踩下提供制动力时，手刹制动就能解除了，通常耗时在 2秒内，控制策略如图 3所示。

2.3 坡道起步控制策略设计

完成坡道起步控制，需要 EPB控制系统依据采集到的车辆参数进行判断，执行对应的坡道起步程序的情况是在车辆起步时，驾驶员为实行坡道起步按下了手刹按钮。要实现此过程的电子控制，须解决何时解除手刹制动的问题，即引擎驱动力矩大于或等于其起步阻力矩。

在车辆起步时， ECU计算出的起步阻力在 2维控制表中找到对应的行，再结合加速踏板位置找到对应的列，从而能确定释放手刹制动的时间，如图 4所示。

2.4 紧急制动控制策略设计

行车时，若制动系统突遭失效，或不能工作，此时驾驶员可拉起 EPB按钮，令 EPB系统参与完成车辆的紧急制动，尽可能保障行车的安全。由于此类情况是非正常的，会对 EPB系统的使用性能造成损伤，因此，在正常情况下，禁用此类功能。鉴于此类功能的特殊性，在启动 EPB时，需要 ECU能够准确的分析出当前情况驾驶员所要采取的动作，再控制电机、减速齿轮等执行机构工作，提供最大限度的制动力，以实现车辆的稳定制动。 ECU需要获取 EPB按钮、刹车踏板位置、加速踏板位置和车速等信号。

紧急制动的控制策略为在驾驶员拉起 EPB按钮， ECU接收到信号后，启动相应的中断程序，程序对车速和加速踏板位置进行监测，此类功能应用的首先要求有一定的车速并且加速踏板处于完全释放状态，若监测到制动踏板没移动或是较轻的移动， ECU就判定为正常行车状态，此时就锁止此功能以便正常行车。若监测到制动踏板被极速踩到底，即制动力最大时， ECU认定为发生了紧急情况，从而发出控制信号，启动执行机构开始制动。紧急制动情况下，能提供最大限度的制动力，获得最大的制动扭矩，图 5为紧急制动控制策略流程。

2.5 EPB智能制动控制策略设计

对于粗心大意的驾驶员，可能会犯的失误就是停车后忘记拉手刹制动。针对此类情况，相应的 EPB系统需要具备智能制动能力， ECU要准确的判断此类情况，在驾驶员离开后控制车辆手刹制动。此工况没有驾驶员控制信号的发出，所以要 ECU进行检测，并准确判断。 ECU要获取的信号包括：车速、发动机转速、加速踏板位置（节气门开度）、驾驶员侧车门开关信号、是否使用座椅的信号等。若驾驶员座椅处在占空状态，驾驶员侧车门有开关动作， ECU可利用车门开关信号触发启动 EPB智能制动的中断程序，此程序通过检测相关状态参量均为空就可确信驾驶员已离开，若此时 EPB按钮未被拉起，表明驾驶员忘记拉紧手刹制动，ECU就会控制电机工作，完成手刹制动。EPB智能制动控制策略设计如图 6所示。

2.6 智能解锁控制策略

在驾驶员的误操作中，有类情况是在车辆起步后忘记释放手刹。这类情况对于 EPB系统来说，若不能进行智能调节，会给减速齿轮及电机带来相当大的损伤。为此， EPB系统需要通过自动检测，当判明是此类情况时，能进行自动解锁。此过程的控制策略设计与 EPB智能制动控制策略类似。