張超

【摘 要】本文對汽車電子手剎制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)手剎進(jìn)行分析，認(rèn)為電子手剎制動系統(tǒng)相比傳統(tǒng)手剎，優(yōu)勢非常明顯，但由于其是電子控制，因此控制策略非常關(guān)鍵，并從汽車駐車系統(tǒng)要求、常規(guī)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(tǒng)的控制策略設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】電子手剎制動系統(tǒng) 控制策略 設(shè)計

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）04C-0185-02

電子手剎制動系統(tǒng)（以下稱EPB）即以電子控制方式實現(xiàn)停車或駐車制動的一種技術(shù)，現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)的零件電子化，一旦EPB控制策略失靈，后果將非常嚴(yán)重。

一、EPB與傳統(tǒng)手剎

傳統(tǒng)手剎一般就三個部分，即手剎拉桿、傳動機構(gòu)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(zhí)行器部分。如圖2所示。

由此觀之，傳統(tǒng)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(dǎo)致汽車后溜，出現(xiàn)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(dǎo)致制動力不足，汽車無法停穩(wěn)。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(xiàn)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(fù)擔(dān)，而且電子手剎會根據(jù)車速選擇適當(dāng)?shù)闹苿恿ΡＷC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(dāng)甚至失靈，導(dǎo)致的后果將難以估量。

二、EPB控制策略設(shè)計

（一）汽車駐車系統(tǒng)要求

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

（二）常規(guī)駐車基本功能控制策略

常規(guī)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(tǒng)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(fā)出請求駐車指令，系統(tǒng)判斷并實施駐車動作。但實際可能由于車況復(fù)雜不滿足駐車條件，比如可能駕駛員在汽車非靜止?fàn)顟B(tài)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(tǒng)具備安全判斷功能。因此，應(yīng)采取如下控制策略：當(dāng)ECU收到駐車信號，系統(tǒng)需要先查詢當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)檢測出車輛處于非駐車狀態(tài)，則進(jìn)一步檢測車輛是否靜止，如果是非靜止?fàn)顟B(tài)，則檢測車速，一般當(dāng)車速位于2km/h這個速度范圍內(nèi)可進(jìn)行駐車。同時要考慮路況，結(jié)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(shù)，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(shù)，f表示摩擦系數(shù)，Angle表示車輛傾角。按下EPB按鈕，系統(tǒng)接受指令進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)查詢，然后驅(qū)動伺服電機正轉(zhuǎn)，拉力傳感器檢測施加的拉力。當(dāng)達(dá)到需要的制動力時，電機停止，并檢查駐車狀態(tài)，正常則點亮駐車燈。若發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(xiàn)了誤操作。當(dāng)車輛在坡道上駐車，如果駕駛員并沒有行車準(zhǔn)備，而點下了EPB按鈕，加入系統(tǒng)解除駐車，車輛必然后溜，非常危險。所以需要給系統(tǒng)定義一個條件，即發(fā)動機啟動，駕駛員踩下油門，車輛半聯(lián)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(dāng)ECU接收到按鈕信號，查詢系統(tǒng)狀態(tài)，車輛為駐車狀態(tài)時，檢測發(fā)動機、油門、腳剎狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機半聯(lián)動即達(dá)到一定轉(zhuǎn)速車輛可以起步，或是發(fā)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(zhuǎn)，傳感器檢測拉力釋放情況，當(dāng)釋放掉拉力后停轉(zhuǎn)，不必完全使伺服電機反轉(zhuǎn)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(dāng)車輛非駐車時，系統(tǒng)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(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。無須駕駛員手動操作EPB按鈕而實現(xiàn)駐車或解除駐車。在這種狀態(tài)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(tài)來判斷，一般參考檔位、車速，當(dāng)滿足擋位位于空擋或駐車擋，車速在安全值范圍內(nèi)，或停車時可實施自動駐車。此時系統(tǒng)計算制動力，伺服電機正轉(zhuǎn)，傳感器檢測拉力，達(dá)到要求時電機停轉(zhuǎn)，若正常點亮駐車燈。

當(dāng)車輛處于駐車狀態(tài)時，系統(tǒng)查詢發(fā)動機轉(zhuǎn)速、檔位狀態(tài)（D檔或1檔）判定駕駛員起步意圖，當(dāng)發(fā)動機出力達(dá)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(tǒng)制動系統(tǒng)下，坡道起步需要靠駕駛員的經(jīng)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(xiàn)坡道起步，系統(tǒng)判斷起步時機而解除駐車非常關(guān)鍵，實現(xiàn)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(fā)動機轉(zhuǎn)矩平衡的瞬間，那么就需要通過計算，配合發(fā)動機轉(zhuǎn)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(fā)動機轉(zhuǎn)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(dāng)車輛位于坡道且處于駐車狀態(tài)，系統(tǒng)查詢發(fā)動機、檔位，判斷行車方向與坡道方向，進(jìn)行計算，比較發(fā)動機轉(zhuǎn)矩值，達(dá)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(nèi)容，即行車應(yīng)急制動、特殊工況解除駐車以及自動關(guān)閉和喚醒。行車應(yīng)急制動補充車輛制動，即當(dāng)車輛腳剎失效，EPB分配制動力，降低車速。應(yīng)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(tǒng)的壽命。所以該功能的控制策略必須嚴(yán)謹(jǐn)，并設(shè)置嚴(yán)格的啟用判斷條件，包括車輛處于行駛狀態(tài)，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(yīng)急制動。當(dāng)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(shù)，尚無法準(zhǔn)確判斷車輛狀態(tài)。所以一般當(dāng)車速大于一個安全值，且收到EPB按鈕信號，系統(tǒng)查詢油門、制動踏板狀態(tài)以及車速，滿足條件進(jìn)入應(yīng)急制動狀態(tài)。系統(tǒng)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(dāng)車速降至安全值，則判斷油門狀態(tài)，給油則退出，若始終沒有則進(jìn)入駐車流程。

當(dāng)車輛出現(xiàn)處于特殊工況下如沒有油，或出現(xiàn)故障等。此時長按EPB按鈕，系統(tǒng)判斷車輛，查詢發(fā)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(fā)出警示。當(dāng)車輛安全駐車，熄火或者駕駛員不對其進(jìn)行任何操作時，EPB進(jìn)入自動待機，節(jié)約能源，這需要硬件上的支持。

EPB是否有效，關(guān)系車輛和人員的安全，其控制策略非常關(guān)鍵，設(shè)計恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詫τ谔岣逧PB性能非常有效。本文對此進(jìn)行分析，可能存在不足，但希望能夠與業(yè)內(nèi)人士探討，進(jìn)一步完善EPB控制策略。

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（責(zé)編 王 一）