電控駐車機構設計研究

張道譜　周俊伯　魯方俊

摘 要：整車配備電子換擋器后，取消了駐車拉絲，駐車機構由電信號控制。文章對比了電控駐車機構與手柄拉絲式駐車機構在關鍵設計指標上的區別，強調了電控駐車機構應從功能安全的角度出發，來制定控制邏輯和選用電器件。

關鍵詞：電控駐車機構 控制邏輯 功能安全

1 引言

駐車機構是乘用車用于防止車輛溜車的安全機構。根據《GB21670乘用車制動系統技術要求及試驗方法》第7.3.19規定[1]，在不使用腳剎和EPB（電子手剎）的情況下，仍然要能實現整車在坡道上停駐。手動擋車型應通過掛低擋位（如1擋或R擋）方式，實現坡道停駐。自動擋車型和匹配減速箱的新能源車型則必須裝配駐車機構才能滿足上述要求。

駐車機構對應于整車換擋手柄上的P擋位置。在傳統的自動擋車型中，駐車機構通過駐車拉絲和整車換擋手柄剛性連接。停車時，換擋手柄推入P擋，帶動駐車機構進入P擋。隨著電子換擋器的普及，駐車機構與電子換擋器之間取消了駐車拉絲，失去了剛性連接關系，駐車機構需要由其他動力源來驅動。常用的驅動的方式有液壓驅動和電機驅動，本文闡述的是電機驅動的駐車機構。

2 機械式駐車機構

在乘用車領域，“駐車機構”指的就是棘輪、棘爪形式的駐車機構。其他形式的駐車方案原理上可行，但并不能實現產業化。

對于與換擋手柄剛性連接的駐車機構，其關鍵設計指標通常定義為：

1）由于棘爪不會每次都恰好卡入棘輪齒槽，當棘爪與棘輪齒頂相對時，棘輪轉過一定角度棘爪才能卡入。棘輪轉動引起整車車輪的滾動即為整車的溜坡距離。根據《GB5768.3道路交通標線》[2]和《JGJ 100 車庫建筑設計規范》[3]，整車溜坡距離應小于100mm。

2）車輪滾動意味著整車有速度，棘爪必須在棘輪轉到相鄰的第一個齒槽時卡入，否則整車越溜越快，駐車機構便無法鎖止。根據規定的溜車距離和駐車功能實現時整車的沖擊大小，確定駐車車速的上下限值。一般駐車車速2.5km/h～5km/h可以接受。

3）與換擋手柄剛性連接的駐車機構，坡道出P擋力也是一個關鍵的性能指標。由于每一種換擋手柄的杠桿比都不相同，用力值而不是扭矩值作為手柄處的性能指標是最能直接體現操作人員的主觀感受。根據整車手柄自身的換擋力，以及駕駛員操作的舒適性，定義30%坡道出P擋，整車手柄處的力的范圍為60N～70N。

3 電控駐車機構

電子換擋器有諸多優勢：節省駕駛艙大量的空間;取消了駐車拉絲，隔絕了發動機艙噪聲的傳遞路徑;提升整車的檔次感。因此電子換擋器迅速普及在傳統燃油車和新能源車型上。由于沒有駐車拉絲，需要增加驅動電機并采用電控方式來操縱駐車機構。常見的電子換擋器有旋鈕式、按鍵式、單穩態式和懷擋式。其中懷擋式也屬于單穩態，只是它的位置由中控臺移到了方向盤右下方。

相比于換擋手柄和駐車拉絲這種機械式駐車機構，電控駐車機構最重要的設計任務是必須考慮功能安全。功能安全包括控制邏輯的主動安全和電器件的安全性。控制邏輯主動安全是指，在某一工況下，整車應該處于P擋狀態而駕駛員忘記了掛P擋，此時電控駐車機構應該自動進P擋。如果沒有邏輯上的主動安全，駐車機構的控制將毫無意義，安全性還不如機械式駐車機構。駐車機構的控制邏輯應根據車速信號、制動踏板信號、電子換擋器位置信號等多種信號的狀態，以及駐車機構自身特性來綜合判斷，是否發出進P擋指令。

電器件的安全性是指電控駐車機構的各種電器件的選型或采取的專用措施應符合GB/T34590[4]系列標準[5]。此系列標準規定了對應ASIL不同安全等級要求，電器件需要滿足不同的硬件架構度量或隨機硬件失效概率。如產品隨機硬件失效概率達不到要求，應額外采取專用措施。按照國家標準與相關法律，駐車機構的電控系統必須達到ASIL D級，其單點故障度量應≥99%，潛伏故障度量應≥90%。或隨機硬件失效目標值應小于10-8h-1，且采取專用措施。

電控駐車機構也有系統層級設計指標，主要包括：

1）電控駐車機構的控制邏輯里定義的駐車響應車速是一個定值而不是范圍值，并且要比機械部件的駐車車速下限值低。只要駐車控制系統發出P擋指令，駐車機構立即鎖止，不會發出棘輪、棘爪的敲擊聲。

2）由于采用電機驅動駐車機構，駕駛員對電子換擋器的操作不會再有出P擋力的感覺，P、R、N、D各擋位切換的力大小相同。因此在系統層面的測試中，不會再有出P擋力的評價，但是在零部件的設計和電機選型上，出P擋力依然是一個關鍵指標。

3）傳統的換擋手柄和駐車拉絲不會考慮溫度變化的影響。但是電機的性能隨著溫度的變化影響較大，所以需要考慮電機在高低溫環境下的特性，并且也應滿足響應時間和出P要求。

4 整車系統匹配應用

在中國的乘用車標準體系中，駐車機構和手剎或電子手剎（EPB）統一被定義為駐車制動系統。但在FMVSS美國聯邦機動車安全標準體系和ECE歐洲經濟委員會汽車法規體系中，駐車制動系統只有手剎或EPB，不包括駐車機構。并且FMVSS 114[6]特別說明駐車機構是用來防止車輛溜車的。由此可見，駐車機構和手剎或EPB在整車中起到的作用是不一樣的。在國內，由于駐車機構和手剎或EPB都稱為駐車制動系統，大部分駕駛員甚至汽車從業人員都不能正確區分兩者的作用，也不知道兩者的正確操作順序。駐車機構和手剎或EPB的正確操作順序是：停車時，先使用手剎或EPB，后掛P擋;起步時，先退出P擋，再解除手剎或EPB。

隨著EPB的自動化程度越來越高，根據功能安全要求，EPB也制定了邏輯上的主動安全。由于EPB的使用工況比電控駐車機構更多，EPB主動安全需要的信號也更多。考慮到傳統EPB與駐車機構的操作順序，帶主動安全邏輯的EPB與電控駐車機構停車制動的順序是：先EPB主動制動，后電控駐車機構自動進P擋。

5 結束語

本文闡述了電控駐車機構相比于機械式駐車機構，在設計指標上的區別，同時強調電控駐車機構應從功能安全的角度出發，多方面考慮制定控制邏輯，和電器件選型應滿足的標準要求。進一步介紹了電控駐車機構與EPB之間的關系，為以后電控駐車機構的系統設計提供一定的參考。

參考文獻：

[1]中國國家標準化管理委員會.乘用車制動系統技術要求及試驗方法：GB21670-2008[S].中國標準出版社，2008：8.

[2]中國國家標準化管理委員會.道路交通標志和標線：第3部分 道路交通標線：GB5768.3-2009[S].中國標準出版社，2009：5.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.車庫建筑設計規范：JGJ100-2015[S].中國標準出版社，2015：5.

[4]中國國家標準化管理委員會.道路車輛 功能安全：GB/T34590-2017[S].中國標準出版社，2017：10.

[5]吳小萍，姚文博，譚艷軍，林霄喆，王瑞平.基于道路汽車功能安全標準要求的7DCT駐車位置傳感器新策略設計[J].汽車電器，2019（01）：39-40+43.

[6]Theft Protection and Rollaway Prevention： FMVSS 114;July28，2010[S].