一种关于取消泊车锁止机构的控制方法

杨慧勇

摘要：自动变速器泊车锁止机构是在变速器挂入P档后通过一个将变速器输出轴部分进行机械锁止来达到固定车辆目的特殊齿轮，其功能就是停车后的刹车，防止车辆发生移动。这是一个非常有用的结构，但随着新能源汽车的普及，其变速器采用了结构简单的单级主减，大多数车企为了降本将泊车锁止机构取消。本文提出一种新型驻车冗余控制方法，使得在取消泊车锁止结构的同时，满足法规要求，得到客户认可。

关键词：泊车锁止机构;驻车冗余;电子驻车制动系统（EPB）

中图分类号：TP2                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0209-02

0  引言

在新能源汽车已成为当今主流车型之一的今天，为了实现整车成本最优化的目的，取消泊车锁止机构已经成为了未来各大主机厂的主要选择之一。但由于取消泊车锁止机构的同时，需要满足相关法规要求，因此如何应对取消泊车锁止机构后带来的相关风险，尤其为了保证坡道上的驻车性能，当电子卡钳线路损坏或者电子驻车制动系统（EPB）开关失效时，泊车锁止机构可以辅助完成驻车性能。一旦取消泊车锁止结构，需要实现驻车冗余。本文通过提出一种驻车冗余控制方法，使得在取消泊车锁止结构的同时，满足法规要求，得到客户认可。

1  传统泊车锁止结构的方案

传统的泊车锁止机构方案，为了实现驻车的目的，通常通过以下两种方式：

①通过电子驻车制动系统去进行驻车，有以下三种方式：1）通过拉起电子驻车制动系统（EPB）开关，进行手动驻车;2）通过下电熄火，电子驻车制动系统自动夹紧，进行自动驻车;3）通过挂入P档，电子驻车制动系统（EPB）与自动变速器P档的联动实现P-Lock，即当变速器挂入P档后，EPB控制单元在收到自动变速器控制单元（TCU）发出的P档信号后立即发出夹紧卡钳的命令来锁止车辆。

②通过将开关切到P档，利用泊车锁止结构去锁住变速箱。

通过以上两种方式同时进行，可以保证车辆在坡道上的驻车性能，当电子卡钳线路损坏或者EPB开关失效时，泊车锁止机构可以辅助完成驻车性能。

一旦取消泊车锁止机构，只靠电子驻车制动系统（EPB）实现在驻车功能，车辆没有驻车冗余，可能存在以下潜在的失效风险：1）随机的驻车控制器失效故障，可能原因包括接插件失效、接插件漏水等等;2）駐车执行器故障等，可能原因包括电机卡钳线路损坏、泊车锁止结构故障;3）整车电源故障，可能原因包括蓄电池失效、电池寿命问题等等。

2  新型驻车冗余控制方案

为了解决取消传统泊车锁止结构带来的失效风险，满足法规和整车功能安全等级的需要，本新型驻车冗余控制方案创造性地依靠整车原有的车身电子稳定系统ESP和智能电动助力器iBooster各自控制左右一侧电子卡钳电机，在电子卡钳单边失效的情况下，另一边电子卡钳仍然可以正常工作，并满足法规要求的驻车要求，提高整车功能安全等级，达到双控制器冗余驻车的目的。

2.1 工作原理

ESP和iBooster各自控制一路卡钳电机，保证电机卡钳在单边失效的情况下，仍可以8%的坡上保证驻车性能，满足法规的要求。ESP控制左侧卡钳状态，iBooster控制右侧卡钳状态。

①整车需求：

当ESP或iBooster中的卡钳模块有单边失效的情况发生，仍能保证车辆在8%的坡道上实现满载的驻车要求。

②驻车系统需求：

1）驻车系统被分割为两个独立的控制单元，一个为EPB的主控单元，一个为EPB的从控单元，从而实现驻车冗余的要求。ESP为EPB的主控单元，iBooster为EPB的从控单元，EPB卡钳的整体状态以主控单元的状态为主。

2）两套驻车系统之间进行相互校验。

3）驻车系统之间的协调是为了满足全功能以及降级状态的驻车请求。

③驻车系统控制需求：

每路驻车系统只能控制单边卡钳。（图1）

2.2 驻车冗余方案

此车冗余方案需要以下零部件冗余：

①冗余的电源，整车需要有两套低电压（12V）供电系统。ESP连接一路供电电源，iBooster连接一路供电电源。ESP的供电电源为蓄电池，iBooster的电源不可和ESP公用同一电源，可以用DCDC转换器为供电电源（将动力电池组高压电转换为恒定12V低电压）。

②冗余的轮速传感器，整车需要有两套独立的轮速传感器。ESP连接一套轮速传感器（左前，右前，左后，右后共4根），iBooster连接一套轮速传感器（左前，右前，左后，右后共4根）。轮速传感器的冗余方式有两种：一种是两套独立的轮速传感器，另外一种是双芯片的轮速传感器。

③冗余EPB开关，整车需要有两种EPB开关的信号方式。一种是硬线连接方式，一种是CAN总线信号传输方式。ESP硬线连接EPB开关，iBooster通过CAN总线接收开关的状态信号。

④冗余的卡钳模块，整车需要两个单独的控制器，两个控制器里各自包含一个卡钳模块，并分别各控制一路卡钳。ESP软件中包含一路卡钳控制，iBooster软件包含一路卡钳控制，两路卡钳控制以ESP软件中的驻车控制为主，iBooster软件中的驻车控制为从，并执行主从控制。

⑤冗余的CAN网络，ESP与iBooster之间需要两路CAN网络。一路是公共CAN，另一路为私有CAN。ESP和iBooster之间既有公共CAN的信号交互，又有私有CAN 的信号交互，两路CAN总线信号之间进行相互校验。（图2）

2.3 冗余驻车状态机

冗余驻车分为以下四种状态机：

①驻车系统正常，无卡钳单边失效的情况。从卡钳会参考主卡钳的状态请求及状态信号，EPB的开关请求取决于主卡钳的请求。

②驻车系统非正常，卡钳单边失效，且为主执行机构单边失效。EPB主卡钳状态降级，EPB的开关请求取决于主卡钳的请求，EPB从卡钳由EPB主卡钳请求控制。

③驻车系统非正常，卡钳单边失效，且为主卡钳控制系统失效。EPB主卡钳状态降级，EPB从卡钳备份使能，EPB从卡钳由EPB从卡钳请求控制。

④驻车系统非正常，卡钳单边失效，且为从执行机构单边失效。EPB从卡钳状态降级，EPB的开关请求取决于主卡钳的请求，EPB从卡钳由EPB主卡钳求控制。

2.4 冗余驻车实施效果

当卡钳单边失效时，失效模式为右侧卡钳线路故障，EPB仍可完成整车的驻车请求，通过左侧卡钳执行驻车动作，保证车辆的驻车性能。

3  方案对比分析

为保证坡道上的驻车性能，当电子卡钳线路损坏或者EPB开关失效时，泊车锁止机构可以辅助完成驻车性能。一旦取消泊车锁止结构，需要实现驻车冗余。某主机厂纯电动车型使用本方案后，在右侧卡钳线路故障时，EPB仍可通过ESC控制左侧卡钳工作保证车辆在8%的坡道上稳定驻车，这样安全取消了传统的泊车锁止机构，单车成本降低，在市场上更有优势。

4  结论

①通过以上方案对比可知，传统的泊车锁止结构的方案通过泊车锁止结构和电子手刹配合实现驻车性能，当电子卡钳线路损坏或者EPB开关失效时，泊车锁止机构可以辅助完成驻车性能。但是此方案存在成本高的问题，并且在控制方面的优势较弱。②而本论文提到的新型驻车冗余控制方案，通过两个控制器的协调控制，实现了取消泊车锁止结构的目的，保证单边卡钳失效的情况下，另一边卡钳工作保证车辆在8%的坡道上保证车辆静止。此方案大大降低了整车的成本压力，并且在控制方面有较大的优势，可以充分考虑多种失效模式及应对措施，大大提高了整车的功能安全，适应智能驾驶的相关要求。

参考文献：

[1]朱凤飞.汽车变速器P档锁止机构自动扭矩测量[J].装备机械，2013（04）：51-55.

[2]徐志峰，孫江辉，张兆龙.驻车系统电子电器架构优化设计[J].汽车实用技术，2020（07）：80-83.

[3]陈志成.电控助力制动与ESC系统协调失效补偿控制研究[D].吉林：吉林大学，2019：5-6.

[4]陈超.基于iBooster和ESC的纯电动车制动能量回收控制研究[D].合肥：合肥工业大学，2020：10.