基于集成電子穩定程序的電子駐車系統

應世明 張宏雙 李陽泰 趙玉靜

（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心）

隨著電子產品在汽車上的快速普及，越來越多的電控單元（ECU）被應用于汽車上，車身上的控制元件也從傳統的機械控制逐漸發展為電子式控制。目前汽車上多數采用機械手剎拉桿式駐車系統，該裝備操作不便，且制動的響應時間也較長。電子駐車制動（EPB）系統是在2個后制動卡鉗上安裝電機和減速機構，通過ECU發出的指令進行汽車制動和釋放的系統。EPB系統的開發使車內其他零部件的配置更具靈活性，大大提高了整車的舒適性。由于取消了傳統的手剎拉桿和線纜裝置，使安裝過程更容易[1-3]。文章提出了基于集成式電子穩定控制系統（ESC）的EPB系統開發方案。

1 駐車制動系統分類

汽車的制動系統包括：汽車電源、ECU及制動器總成，根據機械裝置的不同，可分為行車和駐車2種制動系統。目前，在高端車上不斷裝配了EPB系統來取代手剎拉桿式駐車系統。EPB與手剎制動的工作原理基本相同，只是把手剎拉桿換成電子按鈕，將汽車行駛時的臨時停車和發動機熄火長時間停車功能融合在一起[4]。該設計增大了中控臺的空間，給整車車內布置提供選擇，使駕駛員操作更方便，在緊急情況不會感覺到過于緊張。

2 EPB系統工作原理

EPB系統主要由CAN總線傳輸的數據、EPB控制單元和左右后制動卡鉗三大部分組成，工作原理示意圖，如圖1所示。其中EPB開關、CAN總線模塊及儀表盤為控制器輸入，發送CAN總線傳輸的車輛數據和系統狀態、EPB開關的請求及儀表板指示信息；制動卡鉗包含永磁電機、行星齒輪機構和卡鉗本體。EPB系統的工作原理是：當駕駛員按EPB開關后，EPB控制單元接收來自CAN總線的傳感器信號，對汽車的運行狀態進行分析判斷，根據相應的控制策略發出控制指令來控制繼電器開關，從而驅動左右制動卡鉗[5]。

由于汽車上利用CAN總線網絡進行信息傳輸，且傳感器被不同ECU單元共用，為了更可靠地傳遞和接收數據，保持汽車中各子系統之間的正常通信，使系統反應更為迅速，因此信號采集至關重要。經實車試驗，總結了EPB系統需觀測的主要信號，如表1所示。

表1 EPB（電子駐車制動）系統采集的主要信號和功能

3 集成式EPB系統執行機構

同傳統的手剎拉桿駐車一樣，目前EPB系統普遍采用電機和驅動機構相結合的方式，執行機構都是作用于汽車后輪。EPB執行機構主要包含永磁電機、行星齒輪減速機構、芯軸螺母傳動機構、活塞、制動塊及制動盤，如圖2所示[6]。

在接收到駕駛員按EPB開關的駐車請求時，EPB的ECU給電機發送命令。電機在啟動后怠速空轉一段行程后，制動盤與制動塊接觸，該過程通過行星齒輪機構驅動芯軸螺母，將電機的旋轉運動轉變為止推螺母沿絲桿螺紋直線運動來實現。

在制動卡鉗夾緊時，繼電器開關控制電機正轉，電機的電流隨著壓力增大而升高。在該夾緊過程，EPB控制單元診斷模塊對電機的電流進行監控。當電機電流升到標定的閾值，即達到駐車時所需的夾緊力，切斷電流。在制動卡鉗釋放時，繼電器開關控制電機反轉，當識別到電流下降的拐點，芯軸螺母后移停止，在該過程輪缸內壓力下降，制動盤與制動塊分開。

4 集成式ESC電子駐車系統開發方案

4.1 開發流程設計

由EPB系統供應商及ESC系統供應商共同開發電子駐車。首先提出了EPB系統和ESC系統的控制邏輯架構，將EPB控制單元集成到ESC系統ECU中，在該系統網絡劃分了各供應商負責的任務及二者之間的聯系，如圖3所示。其中綠色方框由EPB系統供應商負責，包括EPB執行器和控制邏輯；藍色方框由ESC系統供應商負責，主要有ESC軟件、硬件、EPB硬件及主機等。

在該EPB系統網絡中，EPB的控制算法開發過程采用了“V”模式開發流程，如圖4所示。

在汽車電子軟件開發初期，以計算機模型仿真為主，可以在PC上快速地設計、修改和驗證控制軟件的功能。采用E-coder把EPB策略生成可實時運行的目標文件（C代碼），編譯下載到ECU硬件上。在ECU制作完成之后，為了減少測試成本和縮短開發周期等，借助HIL設備對ECU進行HIL測試，最后對EPB控制單元的算法功能進行實車調試及ECU參數標定。

4.2 控制策略開發方案

根據集成式EPB系統開發流程，以Matlab/Simulink作為控制算法的工具，依照MAAB建模規范，完成EPB系統應用軟件策略模型架構的設計、功能開發及模型數據定標，設置好PBC與ESC軟件接口，生成實時代碼并與ESC軟件實現集成，最終下載到客戶硬件控制器中。試驗過程中通過標定工具獲取數據，觀察和改變數據，如果發現PBC軟件有需要調整的地方或者控制策略有不合適的地方就再次修改模型，具體的開發流程，如圖5所示。

5 結論

EPB系統采用CAN網絡與其他ECU進行數據通信，采用拓撲結構進行控制是未來汽車發展趨勢。與手剎制動系統相比，EPB系統通過駕駛員操作開關，而不再采用手剎拉桿或腳踏板，在電機驅動指令下執行器自動夾緊和釋放。該技術不僅給汽車內部的設計提供了寬敞的空間，而且使駕駛員操作更方便和安全，避免了由駕駛員的疏忽引起的事故。集成式控制單元使汽車操縱更智能，當發動機熄火或遇到紅燈，AutoHold功能使汽車自動停在適當位置并阻止向前運動，還可以節油；當汽車停止在斜坡上，輔助駛離功能使汽車起步更順暢，防止汽車向后溜。基于集成式EPB系統的開發方案降低了產品開發成本，保證了在規定的開發周期內能很好地完成項目的驗收。