汽车电子手刹制动系统控制策略设计探究

2018-07-11张超

广西教育·C版 2018年4期

张超

【摘要】本文对汽车电子手刹制动系统与传统手刹进行分析，认为电子手刹制动系统相比传统手刹，优势非常明显，但由于其是电子控制，因此控制策略非常关键，并从汽车驻车系统要求、常规驻车基本功能控制策略、扩展功能控制策略、增强功能等方面论述电子手刹制动系统的控制策略设计。

【关键词】电子手刹制动系统控制策略设计

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）04C-0185-02

电子手刹制动系统（以下称EPB）即以电子控制方式实现停车或驻车制动的一种技术，现在越来越多的汽车带EPB，用户也愿意选择带EPB功能的汽车。其优势不管是对于汽车厂商还是对于用户来说都比较明显，但缺点也非常明显。EPB使汽车制动系统的零件电子化，一旦EPB控制策略失灵，后果将非常严重。

一、EPB与传统手刹

传统手刹一般就三个部分，即手刹拉杆、传动机构以及制动器，如图1所示。

目前主流EPB也是三个部分，包括传感器部分、ECU（控制器）部分和执行器部分。如图2所示。

由此观之，传统手刹利用机械传动控制制动器制动，每次工作都需要驾驶员手动操作，非常的烦琐，尤其坡道起步，稍有不慎就可能导致汽车后溜，出现交通事故。而且在一些坡度较大的地段驻车，可能因为施加给操纵杆的力不够，导致制动力不足，汽车无法停稳。而在平缓道路，又容易过分拉紧手刹，降低寿命。EPB则以电子控制方式实现停车和驻车，对于驾驶员来说非常的方便，减轻了驾驶员右手和右脚的负担，而且电子手刹会根据车速选择适当的制动力保证行驶安全性，汽车的主动安全性能非常好。但是不可忽视的问题是，如果控制策略不当甚至失灵，导致的后果将难以估量。

二、EPB控制策略设计

（一）汽车驻车系统要求

汽车驻车制动系统方面国家有多部强制性标准，需要在设计制动系统时遵循，比如GB1276、GB7258。要求制动控制系统与驻车控制系统相互独立，驻车制动应能够使车辆在无人时停在坡道上，驻车性能应在空载下保证车辆停在20%坡度的坡道上。总质量在装备质量1.2倍以下则为15%，轮胎附着系数不小于0.7，不少于5min。

（二）常规驻车基本功能控制策略

常规驻车的基本功能主要有两个方面，即实施驻车和解除驻车。这两个的功能与传统手刹是一样的，只不过EPB不用操纵杆而是使用按钮。EPB在汽车静止时，驾驶员按下EPB按钮，发出请求驻车指令，系统判断并实施驻车动作。但实际可能由于车况复杂不满足驻车条件，比如可能驾驶员在汽车非静止状态下，按下EPB按钮，请求驻车。如果制动可能引起安全事故，所以必须使系统具备安全判断功能。因此，应采取如下控制策略：当ECU收到驻车信号，系统需要先查询当前状态，当检测出车辆处于非驻车状态，则进一步检测车辆是否静止，如果是非静止状态，则检测车速，一般当车速位于2km/h这个速度范围内可进行驻车。同时要考虑路况，结合路况给定车辆需要的制动力，那么就需要给定伺服电机合理的参数，可以通过以下公式计算需要施加的拉力。公式如下：

式中G表示车辆重量，g表示重力加速度，R1、R2分别表示车轮半径和制动鼓（盘）半径。i表示手刹放大系数，f表示摩擦系数，Angle表示车辆倾角。按下EPB按钮，系统接受指令进行系统状态查询，然后驱动伺服电机正转，拉力传感器检测施加的拉力。当达到需要的制动力时，电机停止，并检查驻车状态，正常则点亮驻车灯。若发现异常则警示蜂鸣器工作，提示驾驶员。

解除驻车则控制伺服电机反转完全释放拉力，解除制动力。这个过程的控制，也需要考虑驾驶员是有意解除驻车制动，还是出现了误操作。当车辆在坡道上驻车，如果驾驶员并没有行车准备，而点下了EPB按钮，加入系统解除驻车，车辆必然后溜，非常危险。所以需要给系统定义一个条件，即发动机启动，驾驶员踩下油门，车辆半联动，或驾驶员踩下脚刹。满足条件则解除驻车。所以控制策略如下：当ECU接收到按钮信号，查询系统状态，车辆为驻车状态时，检测发动机、油门、脚刹状态。当发动机半联动即达到一定转速车辆可以起步，或是发动机启动，但无法保证启动，而制动踏板工作，则可以解除。此时伺服电机反转，传感器检测拉力释放情况，当释放掉拉力后停转，不必完全使伺服电机反转到极限，可通过加入限位器限定丝杠初始位置。此时查询解除情况，若正常熄灭驻车灯，若不正常则保持驻车灯亮，且蜂鸣器示警。

（三）扩展功能控制策略

启用EPB扩展功能，且当车辆非驻车时，系统判断驾驶员的操作，判断驾驶员意图，并实施自动驻车。此时车辆驻车系统处于自动控制状态。无须驾驶员手动操作EPB按钮而实现驻车或解除驻车。在这种状态下，最难的就是如何判断驾驶员意图。一般可以通过查询车辆处于的状态来判断，一般参考档位、车速，当满足挡位位于空挡或驻车挡，车速在安全值范围内，或停车时可实施自动驻车。此时系统计算制动力，伺服电机正转，传感器检测拉力，达到要求时电机停转，若正常点亮驻车灯。

当车辆处于驻车状态时，系统查询发动机转速、档位状态（D档或1档）判定驾驶员起步意图，当发动机出力达到起步要求，实施解除驻车动作。这里要注意一种特殊情况，即坡道起步。传统制动系统下，坡道起步需要靠驾驶员的经验来主观判断解除制动，使车辆顺利起步，时机不对车辆可能熄火、后溜，非常危险。在扩展功能下，要实现坡道起步，系统判断起步时机而解除驻车非常关键，实现难度也比较大。而实际上这个起步时机就是汽车起步阻力与发动机转矩平衡的瞬间，那么就需要通过计算，配合发动机转矩、档位即车辆倾角自动判断解除时机。参考公式：。式中T表示发动机转矩，G，g，Angle与上文公式一样，R表示车轮半径，K表示变矩比，i1，i2分别表示单位传动比，减速器减速比。当车辆位于坡道且处于驻车状态，系统查询发动机、档位，判断行车方向与坡道方向，进行计算，比较发动机转矩值，达到起步要求后释放拉力，解除驻车。

（四）增强功能

EPB增强功能，考虑三个方面的内容，即行车应急制动、特殊工况解除驻车以及自动关闭和唤醒。行车应急制动补充车辆制动，即当车辆脚刹失效，EPB分配制动力，降低车速。应注意，这一功能并不是用来代替脚刹，而是在特殊情况下才用到的功能。在非紧急情况下随意使用会直接影响系统的寿命。所以该功能的控制策略必须严谨，并设置严格的启用判断条件，包括车辆处于行驶状态，松开油门踏板，踩下制动踏板且车辆速度未降低，驾驶员短按EPB按钮。所有条件满足，EPB启用应急制动。当驾驶员踩下油门踏板时，EPB退出制动力分配。看起来这个功能非常好，但实际以目前的技术，尚无法准确判断车辆状态。所以一般当车速大于一个安全值，且收到EPB按钮信号，系统查询油门、制动踏板状态以及车速，满足条件进入应急制动状态。系统计算所需制动力（制动力计算是一个难点，目前尚未解决），降低车速，当车速降至安全值，则判断油门状态，给油则退出，若始终没有则进入驻车流程。

当车辆出现处于特殊工况下如没有油，或出现故障等。此时长按EPB按钮，系统判断车辆，查询发动机、车速、是否驻车。如果不满足条件，则启动强制解除，否则发出警示。当车辆安全驻车，熄火或者驾驶员不对其进行任何操作时，EPB进入自动待机，节约能源，这需要硬件上的支持。

EPB是否有效，关系车辆和人员的安全，其控制策略非常关键，设计恰当的控制策略对于提高EPB性能非常有效。本文对此进行分析，可能存在不足，但希望能够与业内人士探讨，进一步完善EPB控制策略。