汽車電子手剎制動系統 EPB控制策略設計研究

摘 要：電子手剎可在行車前自動釋放或在熄火后自動拉緊，省去了忘記解除手剎或“坡起”溜車等情況的困擾與風險；由于電子手剎系統即 EPB系統的結構較為復雜，需要對其控制策略進行分析，文章主要針對 EPB控制原理與控制策略進行設計，解析與描述：包括：手剎制動控制策略，手剎制動解除控制策略，坡道起步控制策略，

應急制動控制策略，EPB智能制動控制策略等。

關鍵詞：電子手剎EPB；控制策略

1 來源與研究目的

現今，越來越多的車輛均開始配備了電子手剎的功能。

EPB概述

EPB（Electric Parking Brake）即電子駐車或稱電子手剎制動系統 [3]。電子手剎制動系統（以下簡稱 EPB）是指將行車過程中的臨時制動和停車后的長時間制動功能融合在一起，并且由電子控制方式實現停車制動的技術。

EPB這類由電子控制方式實現手剎制動的技術，其工作原理與機械式手剎相同，均是通過剎車盤與鼓式或卡鉗式手剎之間的摩擦力達到控制手剎制動，只不過控制方式從原先的機械式手剎拉桿變成了電子按鈕。

EPB從基本的手剎功能延展到電子手剎功能技術的運用，讓駕駛員在車輛停下時無需長時間剎車。在啟動電子手剎制動的情況下車輛不會溜后。

此外， EPB系統也能提供一個低速牽引制動力，阻止車輛在斜坡上倒溜。系統信號可與遠程傳感器系統相連，即便在很緊張的停車場地，車輛也能安全停靠。 EPB集成在防盜系統中，能夠實現最可靠的數字芯片防盜功能。

EPB通過坡度傳感器由控制器給出準確的制動力，在起步時， ECU通過車輛制動壓力傳感器，坡度傳感器，加速踏板位置傳感器等提供的信息，通過計算，在驅動力大于阻力時自動釋放手剎制動，從而使車輛能夠平穩起步。

EPB可令車輛在等紅燈或上下坡停車時自動啟動手剎制動，即便變速箱在 D或是 N，也無需一直腳踩剎車或使用手剎，車輛始終處于靜止狀態。在需要釋放靜止狀態時，也只需輕踩油門即可解除制動。這一配置對于那些經常在城里走走停停的駕駛員來說相對實用一些，同時也減少了由于疏忽大意造成的不必要的風險事故。

2 EPB系統控制策略的設計研究

2.1 EPB制動控制策略設計

EPB系統是在駕駛員采取制動措施后，對其狀態進行分析：是否處于正常執行 EPB制動的要求，當車輛處在正常的情況下， ECU一旦接收到駕駛員的制動開關信號，便依控制策略執行命令，通過 CAN總線傳輸至兩側車輪制動單元，控制電機依據需要進行相應工作。

EPB系統還需要有防止干擾或誤操作等不安全因素的功能，各傳感器要采集 EPB開關信號、車速信號、坡度信號、 EPB制動壓力信號、通過 CAN總線發至 ECU。

EPB系統制動時控制策略設計如圖 2所示。ECU在駕駛員發出拉起 EPB控制開關信號時，會啟動 EPB控制開啟程序，其依據總未滿足

線中采集到的參數，確定車輛是否處于手剎制動狀態。在車速不超過速度臨界值且滿足該狀態時， ECU通過 CAN總線發給 EPB的收緊制動拉線信號從而控制電機，完成手剎制動。若 ECU檢測出 EPB制動壓力滿足壓力臨界值時，手剎制動鎖止，儀表盤 EPB燈變紅。電機轉速在大于 12000rpm時，制動耗時小于等于 2秒，加上減速齒輪的減速增扭作用，手剎制動瞬間穩定。

在坡道上時， EPB系統依據坡度傳感器的檢測結果自動產生所需制動力，同時 ECU也會對制動壓力進行檢測，構成閉環控制。當最后的制動力滿足坡道需求，在無需電機工作的情況下，EPB系統通過鎖定螺絲的自鎖功能確保車輛處于手剎制動狀態。

2.2 解除手剎制動

對于 EPB系統來說，按下控制按鈕后， ECU的解除指令便通過 CAN總線傳送到電機控制啟動電機工作。此時與手剎制動過程相反，傳感器要采集 EPB制動按鈕信號（開關信號）、極限解鎖位置信號以及制動踏板位置信號。

解除制動的流程為 ECU收到駕駛員按下 EPB控制開關的信號，來啟動制動中斷服務程序，依據總線中傳送采集到的數據，判斷此時是否達到解除手剎制動的狀態。在制動踏板踩下提供制動力時，手剎制動就能解除了，通常耗時在 2秒內，控制策略如圖 3所示。

2.3 坡道起步控制策略設計

完成坡道起步控制，需要 EPB控制系統依據采集到的車輛參數進行判斷，執行對應的坡道起步程序的情況是在車輛起步時，駕駛員為實行坡道起步按下了手剎按鈕。要實現此過程的電子控制，須解決何時解除手剎制動的問題，即引擎驅動力矩大于或等于其起步阻力矩。

在車輛起步時， ECU計算出的起步阻力在 2維控制表中找到對應的行，再結合加速踏板位置找到對應的列，從而能確定釋放手剎制動的時間，如圖 4所示。

2.4 緊急制動控制策略設計

行車時，若制動系統突遭失效，或不能工作，此時駕駛員可拉起 EPB按鈕，令 EPB系統參與完成車輛的緊急制動，盡可能保障行車的安全。由于此類情況是非正常的，會對 EPB系統的使用性能造成損傷，因此，在正常情況下，禁用此類功能。鑒于此類功能的特殊性，在啟動 EPB時，需要 ECU能夠準確的分析出當前情況駕駛員所要采取的動作，再控制電機、減速齒輪等執行機構工作，提供最大限度的制動力，以實現車輛的穩定制動。 ECU需要獲取 EPB按鈕、剎車踏板位置、加速踏板位置和車速等信號。

緊急制動的控制策略為在駕駛員拉起 EPB按鈕， ECU接收到信號后，啟動相應的中斷程序，程序對車速和加速踏板位置進行監測，此類功能應用的首先要求有一定的車速并且加速踏板處于完全釋放狀態，若監測到制動踏板沒移動或是較輕的移動， ECU就判定為正常行車狀態，此時就鎖止此功能以便正常行車。若監測到制動踏板被極速踩到底，即制動力最大時， ECU認定為發生了緊急情況，從而發出控制信號，啟動執行機構開始制動。緊急制動情況下，能提供最大限度的制動力，獲得最大的制動扭矩，圖 5為緊急制動控制策略流程。

2.5 EPB智能制動控制策略設計

對于粗心大意的駕駛員，可能會犯的失誤就是停車后忘記拉手剎制動。針對此類情況，相應的 EPB系統需要具備智能制動能力， ECU要準確的判斷此類情況，在駕駛員離開后控制車輛手剎制動。此工況沒有駕駛員控制信號的發出，所以要 ECU進行檢測，并準確判斷。 ECU要獲取的信號包括：車速、發動機轉速、加速踏板位置（節氣門開度）、駕駛員側車門開關信號、是否使用座椅的信號等。若駕駛員座椅處在占空狀態，駕駛員側車門有開關動作， ECU可利用車門開關信號觸發啟動 EPB智能制動的中斷程序，此程序通過檢測相關狀態參量均為空就可確信駕駛員已離開，若此時 EPB按鈕未被拉起，表明駕駛員忘記拉緊手剎制動，ECU就會控制電機工作，完成手剎制動。EPB智能制動控制策略設計如圖 6所示。

2.6 智能解鎖控制策略

在駕駛員的誤操作中，有類情況是在車輛起步后忘記釋放手剎。這類情況對于 EPB系統來說，若不能進行智能調節，會給減速齒輪及電機帶來相當大的損傷。為此， EPB系統需要通過自動檢測，當判明是此類情況時，能進行自動解鎖。此過程的控制策略設計與 EPB智能制動控制策略類似。

3 結論

1.論文完成了車用電子手剎 EPB控制策略的研究與分析； 2.著重介紹 EPB系統設計及其控制策略的研究； 3.論文是我在工作中遇到的汽車 EPB的原理與控制策略問題研究的相關描述，對實際情況有一定的指導意義，應在實際的汽車 EPB系統使用時得到應用。

參考文獻

[1]Electric Hydraulic Brake System-The First Approach to Brake-by-Wire Technology. SAE 1996. 96.1.1

[2]Renault Koleos： premier de la classe？Ingenieurs de l'Automobile. 08， （794）

[3]劉峰 .雷諾科雷傲故障快速維修與 EPB手動解鎖 ；汽車維修.13，11