汽车EPB系统控制策略的设计

刘峰

(银建汽车修理有限公司，北京 100070)



汽车EPB系统控制策略的设计

刘峰

(银建汽车修理有限公司，北京 100070)

摘要：汽车电子技术的不断进步，令驻车制动系统即手刹系统从过去机液式的，逐渐变成电子式的。电子手刹可在行车前自动释放或在熄火后自动拉紧，省去了忘记解除手刹或坡道起步溜车等情况的困扰与风险。由于电子手刹系统的结构较为复杂，需要对其控制策略进行分析。主要对电子手刹系统的控制原理与控制策略进行设计、解析与描述，包括手刹制动控制策略、手刹制动解除控制策略、坡道起步控制策略、应急制动控制策略、智能制动控制策略等。

关键词：电子手刹系统；控制策略

0引言

现今，汽车电子技术在车用零部件的应用越来越广，许多汽车均配备了电子手刹的功能[1]。

1EPB概述

EPB(Electric Parking Brake)即电子驻车或称电子手刹制动系统[2]。这类由电子控制方式实现手刹制动的技术，其工作原理与机械式手刹相同，均是通过刹车盘与鼓式(拉线式)或卡钳式手刹之间的摩擦力控制手刹制动，只不过控制方式从原先的拉杆变成了电子按钮。

图1为EPB控制装置按钮，符号(P)。拉起按钮即为拉紧，释放时只需轻按即可。

2EPB系统控制策略的设计研究

2.1EPB制动控制策略设计

EPB系统是在驾驶员采取制动措施后，对其工况进行判断:是否处于正常执行EPB制动的工况，当车辆处在正常工况下，ECU一旦接收到驾驶员的制动信号，便依控制策略执行命令，通过CAN总线传输至两侧车轮制动单元，控制电机依据需要进行相应工作。

EPB系统还有防干扰或防误操作等不安全因素的功能，各传感器要采集EPB开关信号、车速信号、坡度信号、EPB制动压力信号，通过CAN总线发至ECU[3]。

EPB系统制动时控制策略如图2所示。ECU在驾驶员发出拉起EPB控制开关信号时会启动EPB控制开启程序，依据总线中采集到的参数，确定汽车是否处于手刹制动状态[4]。在车速不超过速度临界值且满足该状态时，ECU通过CAN总线发给EPB拉紧制动拉线信号控制电机，完成手刹制动。若ECU检测出EPB制动压力满足压力临界值时，手刹制动锁止，EPB灯变红。电机转速大于12 000 r/min时，制动耗时小于2 s，加上减速齿轮的减速增扭作用，手刹制动瞬间稳定[5]。

在坡道上，EPB系统依据坡度传感器的检测结果自动计算出所需制动力，同时ECU也会对制动压力进行检测，构成闭环控制。当制动力满足坡道需求，在无需电机工作的情况下，EPB系统通过锁定螺钉的自锁功能确保汽车处于手刹制动状态。

2.2解除EPB

对于EPB系统来说，按下控制按钮后，ECU的解除指令便通过CAN总线传送到电机控制启动电机工作。此时与制动过程相反，传感器要采集EPB制动按钮信号、极限解锁位置信号以及制动踏板位置信号。

解除制动的流程为ECU接收到驾驶员按下EPB控制开关的信号，启动制动中断服务程序，依据CAN总线传送的采集数据，判断此时是否达到解除手刹制动的状态。在踩下刹车踏板提供制动力时，EPB就能解除了，通常耗时在2 s内，控制策略如图3所示。

2.3坡道起步控制策略设计

执行对应的坡道起步程序的情况是在车辆起步时，驾驶员为实现坡道起步按下了手刹按钮。要实现此过程的电子控制，须解决何时解除手刹制动的问题，即引擎驱动力矩大于或等于其起步阻力矩。

在车辆起步时，根据ECU计算出的起步阻力在二维控制表中找到对应的行，再结合加速踏板位置找到对应的列，从而能确定释放EPB的时间[6]，如图4所示。

2.4紧急制动控制策略设计

紧急制动又称行车制动，若制动系统突遭失效，驾驶员可拉起EPB按钮，令EPB系统参与完成车辆的紧急制动，尽可能保障行车安全。由于此类情况是非正常的，会对EPB系统的使用性能造成损伤，因此，在正常情况下，禁用此类功能。鉴于此类功能的特殊性，在启动EPB时，需要ECU能够准确分析出当前情况驾驶员所要采取的动作，再控制电机、减速齿轮等执行机构工作，提供最大的制动力，以实现汽车的稳定制动[7]。ECU需要获取EPB按钮、刹车踏板位置、加速踏板位置和轮速等信号。

紧急制动的控制策略为在驾驶员拉起EPB按钮、ECU接收到信号后，启动相应的中断程序，对车速和加速踏板位置进行监测，此类功能的应用首先要求有一定的车速并且加速踏板处于完全释放状态，若监测到制动踏板几乎未移动，ECU就判定为正常行车状态，此时就锁止此功能以便正常行车。若监测到制动踏板被极速踩到底，即制动力最大时，ECU认定为发生了紧急情况，从而发出控制信号，启动执行机构制动，使得汽车在紧急制动情况下，能获得最大的制动力及制动扭矩。图5为紧急制动控制策略流程。

2.5EPB智能制动控制策略设计

对于粗心大意的驾驶员，可能会犯的失误就是停车后忘记拉手刹制动。针对此类情况，相应的EPB系统需要具备智能制动能力，ECU要准确地判断此类情况，在驾驶员离开后控制车辆手刹制动。此工况驾驶员无控制信号发出，所以要ECU进行检测，并准确判断[8]。ECU要获取的信号包括:车速、发动机转速、加速踏板位置(节气门开度)、驾驶员侧车门开关信号、是否使用座椅的信号等。若驾驶员座椅处在占空状态，驾驶员侧车门有开关动作，ECU可利用车门开关信号触发启动EPB智能制动的中断程序，此程序通过检测相关状态参量均为空就可确信驾驶员已离开，若此时EPB按钮未被拉起，表明驾驶员忘记拉手刹，ECU就会控制电机工作，完成手刹制动。

EPB智能制动控制策略设计如图6所示。

2.6智能解锁控制策略

在驾驶员的误操作中，有类情况是在车辆起步后忘记释放手刹。这类情况对于EPB系统来说，若不能进行智能调节，会给减速齿轮及电机带来相当大的损伤。为此，EPB系统需要通过自动检测，当判明是此类情况时，能进行自动解锁。此过程的控制策略设计与EPB智能制动控制策略(第2.5节)类似。

3结论

(1)完成了车用电子手刹EPB控制策略的研究与分析；

(2)着重介绍EPB系统设计及其控制策略的研究，包括：EPB制动控制策略，EPB解除控制策略，坡道起步控制策略，应急制动控制策略，智能制动控制策略等；

(3)文中研究是作者在工作中遇到的汽车EPB的原理与控制策略问题研究的相关描述，对实际情况有一定的指导意义，可在实际的汽车EPB系统开发及使用时得到应用。

参考文献:

【1】JONNER W D，WINNER H，DREILICH L.Electro-hydraulic Brake System-The First Approach to Brake-by-Wire Technology[R].SAE,1996.

【2】刘峰.雷诺科雷傲故障快速维修与EPB手动解锁[J].汽车维修,2013(11):13-16.

【3】LEE C W，CHUNG H B，LEE Y O.Fault Detection Method for Electric Parking Brake (EPB) Systems with Sensorless Estimation Using Current Ripples[J].International Journal of Automotive Technology,2007,11(3):387-394.

【4】纪石.上海通用新君威新技术剖析(六)[J].汽车维修技师,2009(7)：16-17.

【5】吴定才.电子驻车制动器的使用与操作[J].汽车维修,2010(3):38-39.

【6】NISE N S.Control Systems Engineering[M].CA:John Wiley,2004.

【7】ASTROM K J,WITTENMARK B. Adaptive Control[M].New York:Wesley,1995.

【8】OLSSON H,ASTROM K J,WIT C C D,et al.Friction Models and Friction Compensation[J].European Journal of Control,1998,4(3):5517-5522.

【9】Renault Koleos:premier de la classe[J].Ingenieurs de l’Automobile,2008,794.

Designs of Control Strategies for Automotive Electric Parking Brake System

LIU Feng

(Yinjian Automobile Repair Co.,Ltd., Beijing 100070,China)

Keywords:Electric parking brake(EPB);Control strategies

Abstract:With the constant development of automobile electrical technology, the parking brake system is changed from the primary mechanical, hydraulic type into electrical type. Electric parking brake (EPB) system is able to release before driving or strain after stopping the engine automatically, and cuts the difficulties and dangerous rates of forgetting to release or sliding on slope. Because of the automotive EPB structure is so complex, it is needed to analyze the control strategies of the electrical brake system. The control principles and strategies of the EPB system were designed, analyzed and described, including the brake control strategy, brake release control strategy, ramp start control strategy, emergency braking control strategy, intelligent braking control strategy etc.

收稿日期：2016-01-19

作者简介：刘峰(1984—)，男，硕士，工程师。E-mail:PhoneistheFirst@163.com。

中图分类号:U461.3

文献标志码：B

文章编号：1674-1986(2016)04-059-03