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?yán)z，駐車機(jī)構(gòu)由電信號控制。文章對比了電控駐車機(jī)構(gòu)與手柄拉絲式駐車機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)上的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)了電控駐車機(jī)構(gòu)應(yīng)從功能安全的角度出發(fā)，來制定控制邏輯和選用電器件。

關(guān)鍵詞：電控駐車機(jī)構(gòu) 控制邏輯 功能安全

1 引言

駐車機(jī)構(gòu)是乘用車用于防止車輛溜車的安全機(jī)構(gòu)。根據(jù)《GB21670乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》第7.3.19規(guī)定[1]，在不使用腳剎和EPB（電子手剎）的情況下，仍然要能實(shí)現(xiàn)整車在坡道上停駐。手動(dòng)擋車型應(yīng)通過掛低擋位（如1擋或R擋）方式，實(shí)現(xiàn)坡道停駐。自動(dòng)擋車型和匹配減速箱的新能源車型則必須裝配駐車機(jī)構(gòu)才能滿足上述要求。

駐車機(jī)構(gòu)對應(yīng)于整車換擋手柄上的P擋位置。在傳統(tǒng)的自動(dòng)擋車型中，駐車機(jī)構(gòu)通過駐車?yán)z和整車換擋手柄剛性連接。停車時(shí)，換擋手柄推入P擋，帶動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)進(jìn)入P擋。隨著電子換擋器的普及，駐車機(jī)構(gòu)與電子換擋器之間取消了駐車?yán)z，失去了剛性連接關(guān)系，駐車機(jī)構(gòu)需要由其他動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)。常用的驅(qū)動(dòng)的方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本文闡述的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的駐車機(jī)構(gòu)。

2 機(jī)械式駐車機(jī)構(gòu)

在乘用車領(lǐng)域，“駐車機(jī)構(gòu)”指的就是棘輪、棘爪形式的駐車機(jī)構(gòu)。其他形式的駐車方案原理上可行，但并不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

對于與換擋手柄剛性連接的駐車機(jī)構(gòu)，其關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)通常定義為：

1）由于棘爪不會(huì)每次都恰好卡入棘輪齒槽，當(dāng)棘爪與棘輪齒頂相對時(shí)，棘輪轉(zhuǎn)過一定角度棘爪才能卡入。棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)引起整車車輪的滾動(dòng)即為整車的溜坡距離。根據(jù)《GB5768.3道路交通標(biāo)線》[2]和《JGJ 100 車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]，整車溜坡距離應(yīng)小于100mm。

2）車輪滾動(dòng)意味著整車有速度，棘爪必須在棘輪轉(zhuǎn)到相鄰的第一個(gè)齒槽時(shí)卡入，否則整車越溜越快，駐車機(jī)構(gòu)便無法鎖止。根據(jù)規(guī)定的溜車距離和駐車功能實(shí)現(xiàn)時(shí)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(jī)構(gòu)，坡道出P擋力也是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)。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(biāo)是最能直接體現(xiàn)操作人員的主觀感受。根據(jù)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(jī)構(gòu)

電子換擋器有諸多優(yōu)勢：節(jié)省駕駛艙大量的空間;取消了駐車?yán)z，隔絕了發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)燃油車和新能源車型上。由于沒有駐車?yán)z，需要增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)并采用電控方式來操縱駐車機(jī)構(gòu)。常見的電子換擋器有旋鈕式、按鍵式、單穩(wěn)態(tài)式和懷擋式。其中懷擋式也屬于單穩(wěn)態(tài)，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?yán)z這種機(jī)械式駐車機(jī)構(gòu)，電控駐車機(jī)構(gòu)最重要的設(shè)計(jì)任務(wù)是必須考慮功能安全。功能安全包括控制邏輯的主動(dòng)安全和電器件的安全性?？刂七壿嬛鲃?dòng)安全是指，在某一工況下，整車應(yīng)該處于P擋狀態(tài)而駕駛員忘記了掛P擋，此時(shí)電控駐車機(jī)構(gòu)應(yīng)該自動(dòng)進(jìn)P擋。如果沒有邏輯上的主動(dòng)安全，駐車機(jī)構(gòu)的控制將毫無意義，安全性還不如機(jī)械式駐車機(jī)構(gòu)。駐車機(jī)構(gòu)的控制邏輯應(yīng)根據(jù)車速信號、制動(dòng)踏板信號、電子換擋器位置信號等多種信號的狀態(tài)，以及駐車機(jī)構(gòu)自身特性來綜合判斷，是否發(fā)出進(jìn)P擋指令。

電器件的安全性是指電控駐車機(jī)構(gòu)的各種電器件的選型或采取的專用措施應(yīng)符合GB/T34590[4]系列標(biāo)準(zhǔn)[5]。此系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對應(yīng)ASIL不同安全等級要求，電器件需要滿足不同的硬件架構(gòu)度量或隨機(jī)硬件失效概率。如產(chǎn)品隨機(jī)硬件失效概率達(dá)不到要求，應(yīng)額外采取專用措施。按照國家標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)法律，駐車機(jī)構(gòu)的電控系統(tǒng)必須達(dá)到ASIL D級，其單點(diǎn)故障度量應(yīng)≥99%，潛伏故障度量應(yīng)≥90%?；螂S機(jī)硬件失效目標(biāo)值應(yīng)小于10-8h-1，且采取專用措施。

電控駐車機(jī)構(gòu)也有系統(tǒng)層級設(shè)計(jì)指標(biāo)，主要包括：

1）電控駐車機(jī)構(gòu)的控制邏輯里定義的駐車響應(yīng)車速是一個(gè)定值而不是范圍值，并且要比機(jī)械部件的駐車車速下限值低。只要駐車控制系統(tǒng)發(fā)出P擋指令，駐車機(jī)構(gòu)立即鎖止，不會(huì)發(fā)出棘輪、棘爪的敲擊聲。

2）由于采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)，駕駛員對電子換擋器的操作不會(huì)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(tǒng)層面的測試中，不會(huì)再有出P擋力的評價(jià)，但是在零部件的設(shè)計(jì)和電機(jī)選型上，出P擋力依然是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

3）傳統(tǒng)的換擋手柄和駐車?yán)z不會(huì)考慮溫度變化的影響。但是電機(jī)的性能隨著溫度的變化影響較大，所以需要考慮電機(jī)在高低溫環(huán)境下的特性，并且也應(yīng)滿足響應(yīng)時(shí)間和出P要求。

4 整車系統(tǒng)匹配應(yīng)用

在中國的乘用車標(biāo)準(zhǔn)體系中，駐車機(jī)構(gòu)和手剎或電子手剎（EPB）統(tǒng)一被定義為駐車制動(dòng)系統(tǒng)。但在FMVSS美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)體系和ECE歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車法規(guī)體系中，駐車制動(dòng)系統(tǒng)只有手剎或EPB，不包括駐車機(jī)構(gòu)。并且FMVSS 114[6]特別說明駐車機(jī)構(gòu)是用來防止車輛溜車的。由此可見，駐車機(jī)構(gòu)和手剎或EPB在整車中起到的作用是不一樣的。在國內(nèi)，由于駐車機(jī)構(gòu)和手剎或EPB都稱為駐車制動(dòng)系統(tǒng)，大部分駕駛員甚至汽車從業(yè)人員都不能正確區(qū)分兩者的作用，也不知道兩者的正確操作順序。駐車機(jī)構(gòu)和手剎或EPB的正確操作順序是：停車時(shí)，先使用手剎或EPB，后掛P擋;起步時(shí)，先退出P擋，再解除手剎或EPB。

隨著EPB的自動(dòng)化程度越來越高，根據(jù)功能安全要求，EPB也制定了邏輯上的主動(dòng)安全。由于EPB的使用工況比電控駐車機(jī)構(gòu)更多，EPB主動(dòng)安全需要的信號也更多?？紤]到傳統(tǒng)EPB與駐車機(jī)構(gòu)的操作順序，帶主動(dòng)安全邏輯的EPB與電控駐車機(jī)構(gòu)停車制動(dòng)的順序是：先EPB主動(dòng)制動(dòng)，后電控駐車機(jī)構(gòu)自動(dòng)進(jìn)P擋。

5 結(jié)束語

本文闡述了電控駐車機(jī)構(gòu)相比于機(jī)械式駐車機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)指標(biāo)上的區(qū)別，同時(shí)強(qiáng)調(diào)電控駐車機(jī)構(gòu)應(yīng)從功能安全的角度出發(fā)，多方面考慮制定控制邏輯，和電器件選型應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)一步介紹了電控駐車機(jī)構(gòu)與EPB之間的關(guān)系，為以后電控駐車機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法：GB21670-2008[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：8.

[2]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).道路交通標(biāo)志和標(biāo)線：第3部分 道路交通標(biāo)線：GB5768.3-2009[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：5.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范：JGJ100-2015[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015：5.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).道路車輛 功能安全：GB/T34590-2017[S].中國標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)要求的7DCT駐車位置傳感器新策略設(shè)計(jì)[J].汽車電器，2019（01）：39-40+43.

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