汽車電子手剎制動系統控制策略設計探究

張超

【摘 要】本文對汽車電子手剎制動系統與傳統手剎進行分析，認為電子手剎制動系統相比傳統手剎，優勢非常明顯，但由于其是電子控制，因此控制策略非常關鍵，并從汽車駐車系統要求、常規駐車基本功能控制策略、擴展功能控制策略、增強功能等方面論述電子手剎制動系統的控制策略設計。

【關鍵詞】電子手剎制動系統 控制策略 設計

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）04C-0185-02

電子手剎制動系統（以下稱EPB）即以電子控制方式實現停車或駐車制動的一種技術，現在越來越多的汽車帶EPB，用戶也愿意選擇帶EPB功能的汽車。其優勢不管是對于汽車廠商還是對于用戶來說都比較明顯，但缺點也非常明顯。EPB使汽車制動系統的零件電子化，一旦EPB控制策略失靈，后果將非常嚴重。

一、EPB與傳統手剎

傳統手剎一般就三個部分，即手剎拉桿、傳動機構以及制動器，如圖1所示。

目前主流EPB也是三個部分，包括傳感器部分、ECU（控制器）部分和執行器部分。如圖2所示。

由此觀之，傳統手剎利用機械傳動控制制動器制動，每次工作都需要駕駛員手動操作，非常的煩瑣，尤其坡道起步，稍有不慎就可能導致汽車后溜，出現交通事故。而且在一些坡度較大的地段駐車，可能因為施加給操縱桿的力不夠，導致制動力不足，汽車無法停穩。而在平緩道路，又容易過分拉緊手剎，降低壽命。EPB則以電子控制方式實現停車和駐車，對于駕駛員來說非常的方便，減輕了駕駛員右手和右腳的負擔，而且電子手剎會根據車速選擇適當的制動力保證行駛安全性，汽車的主動安全性能非常好。但是不可忽視的問題是，如果控制策略不當甚至失靈，導致的后果將難以估量。

二、EPB控制策略設計

（一）汽車駐車系統要求

汽車駐車制動系統方面國家有多部強制性標準，需要在設計制動系統時遵循，比如GB1276、GB7258。要求制動控制系統與駐車控制系統相互獨立，駐車制動應能夠使車輛在無人時停在坡道上，駐車性能應在空載下保證車輛停在20%坡度的坡道上。總質量在裝備質量1.2倍以下則為15%，輪胎附著系數不小于0.7，不少于5min。

（二）常規駐車基本功能控制策略

常規駐車的基本功能主要有兩個方面，即實施駐車和解除駐車。這兩個的功能與傳統手剎是一樣的，只不過EPB不用操縱桿而是使用按鈕。EPB在汽車靜止時，駕駛員按下EPB按鈕，發出請求駐車指令，系統判斷并實施駐車動作。但實際可能由于車況復雜不滿足駐車條件，比如可能駕駛員在汽車非靜止狀態下，按下EPB按鈕，請求駐車。如果制動可能引起安全事故，所以必須使系統具備安全判斷功能。因此，應采取如下控制策略：當ECU收到駐車信號，系統需要先查詢當前狀態，當檢測出車輛處于非駐車狀態，則進一步檢測車輛是否靜止，如果是非靜止狀態，則檢測車速，一般當車速位于2km/h這個速度范圍內可進行駐車。同時要考慮路況，結合路況給定車輛需要的制動力，那么就需要給定伺服電機合理的參數，可以通過以下公式計算需要施加的拉力。公式如下：

式中G表示車輛重量，g表示重力加速度，R1、R2分別表示車輪半徑和制動鼓（盤）半徑。i表示手剎放大系數，f表示摩擦系數，Angle表示車輛傾角。按下EPB按鈕，系統接受指令進行系統狀態查詢，然后驅動伺服電機正轉，拉力傳感器檢測施加的拉力。當達到需要的制動力時，電機停止，并檢查駐車狀態，正常則點亮駐車燈。若發現異常則警示蜂鳴器工作，提示駕駛員。

解除駐車則控制伺服電機反轉完全釋放拉力，解除制動力。這個過程的控制，也需要考慮駕駛員是有意解除駐車制動，還是出現了誤操作。當車輛在坡道上駐車，如果駕駛員并沒有行車準備，而點下了EPB按鈕，加入系統解除駐車，車輛必然后溜，非常危險。所以需要給系統定義一個條件，即發動機啟動，駕駛員踩下油門，車輛半聯動，或駕駛員踩下腳剎。滿足條件則解除駐車。所以控制策略如下：當ECU接收到按鈕信號，查詢系統狀態，車輛為駐車狀態時，檢測發動機、油門、腳剎狀態。當發動機半聯動即達到一定轉速車輛可以起步，或是發動機啟動，但無法保證啟動，而制動踏板工作，則可以解除。此時伺服電機反轉，傳感器檢測拉力釋放情況，當釋放掉拉力后停轉，不必完全使伺服電機反轉到極限，可通過加入限位器限定絲杠初始位置。此時查詢解除情況，若正常熄滅駐車燈，若不正常則保持駐車燈亮，且蜂鳴器示警。

（三）擴展功能控制策略

啟用EPB擴展功能，且當車輛非駐車時，系統判斷駕駛員的操作，判斷駕駛員意圖，并實施自動駐車。此時車輛駐車系統處于自動控制狀態。無須駕駛員手動操作EPB按鈕而實現駐車或解除駐車。在這種狀態下，最難的就是如何判斷駕駛員意圖。一般可以通過查詢車輛處于的狀態來判斷，一般參考檔位、車速，當滿足擋位位于空擋或駐車擋，車速在安全值范圍內，或停車時可實施自動駐車。此時系統計算制動力，伺服電機正轉，傳感器檢測拉力，達到要求時電機停轉，若正常點亮駐車燈。

當車輛處于駐車狀態時，系統查詢發動機轉速、檔位狀態（D檔或1檔）判定駕駛員起步意圖，當發動機出力達到起步要求，實施解除駐車動作。這里要注意一種特殊情況，即坡道起步。傳統制動系統下，坡道起步需要靠駕駛員的經驗來主觀判斷解除制動，使車輛順利起步，時機不對車輛可能熄火、后溜，非常危險。在擴展功能下，要實現坡道起步，系統判斷起步時機而解除駐車非常關鍵，實現難度也比較大。而實際上這個起步時機就是汽車起步阻力與發動機轉矩平衡的瞬間，那么就需要通過計算，配合發動機轉矩、檔位即車輛傾角自動判斷解除時機。參考公式： 。式中T表示發動機轉矩，G，g，Angle與上文公式一樣，R表示車輪半徑，K表示變矩比，i1，i2分別表示單位傳動比，減速器減速比。當車輛位于坡道且處于駐車狀態，系統查詢發動機、檔位，判斷行車方向與坡道方向，進行計算，比較發動機轉矩值，達到起步要求后釋放拉力，解除駐車。

（四）增強功能

EPB增強功能，考慮三個方面的內容，即行車應急制動、特殊工況解除駐車以及自動關閉和喚醒。行車應急制動補充車輛制動，即當車輛腳剎失效，EPB分配制動力，降低車速。應注意，這一功能并不是用來代替腳剎，而是在特殊情況下才用到的功能。在非緊急情況下隨意使用會直接影響系統的壽命。所以該功能的控制策略必須嚴謹，并設置嚴格的啟用判斷條件，包括車輛處于行駛狀態，松開油門踏板，踩下制動踏板且車輛速度未降低，駕駛員短按EPB按鈕。所有條件滿足，EPB啟用應急制動。當駕駛員踩下油門踏板時，EPB退出制動力分配。看起來這個功能非常好，但實際以目前的技術，尚無法準確判斷車輛狀態。所以一般當車速大于一個安全值，且收到EPB按鈕信號，系統查詢油門、制動踏板狀態以及車速，滿足條件進入應急制動狀態。系統計算所需制動力（制動力計算是一個難點，目前尚未解決），降低車速，當車速降至安全值，則判斷油門狀態，給油則退出，若始終沒有則進入駐車流程。

當車輛出現處于特殊工況下如沒有油，或出現故障等。此時長按EPB按鈕，系統判斷車輛，查詢發動機、車速、是否駐車。如果不滿足條件，則啟動強制解除，否則發出警示。當車輛安全駐車，熄火或者駕駛員不對其進行任何操作時，EPB進入自動待機，節約能源，這需要硬件上的支持。

EPB是否有效，關系車輛和人員的安全，其控制策略非常關鍵，設計恰當的控制策略對于提高EPB性能非常有效。本文對此進行分析，可能存在不足，但希望能夠與業內人士探討，進一步完善EPB控制策略。

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（責編 王 一）