基于ABS的重型車輛自動駐車系統開發

周元豪，陳利東，付伯軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

目前，自動駐車系統已在乘用車上得到了廣泛的應用，系統基于液壓制動實現，控制策略、相關技術相當成熟；而在重型車輛方面，國外已實現產品化，如奔馳、沃爾沃等一些國際知名品牌。在國內重卡領域，基于氣壓制動的自動駐車技術正處于研究階段，還沒有成熟產品。

重型車輛由于其制動力需求較大，普遍采用氣壓制動系統，空氣系統相比于油液系統，具有壓縮性大、粘性小的特點，這樣會給系統帶來壓力響應滯后，系統阻尼小，易受外部干擾等影響，難于實現對位置或力連續可調的高精度控制。加之大多數重型車輛采用手動變速箱，由于其檔位多，自重大，在坡道停車及起步時，經驗不足的駕駛員難以操作，經常導致車輛熄火及溜車，容易造成嚴重的交通事故，存在較大的安全隱患。

開發基于氣壓制動的重型車輛自動駐車系統可以消除此安全隱患，大幅減輕重型車輛駕駛員在市區擁堵路段及山區路段的駕駛負擔。能夠提高重型車輛在頻繁駐車、起步時駕駛員的操作便捷程度和駕乘的舒適程度。同時，它是實現車輛主動安全系統及智能駕駛系統的技術基礎。

本文以基于 ABS的重型車輛自動駐車系統開發為主要內容，根據重型車輛具有 ABS功能的雙回路制動系統的特點，規劃了合理的自動駐車系統功能，分析了系統的關鍵技術，以ABS電磁閥為基礎，基于時間的多級制動開環控制方式為出發點，提出了系統總體設計方案及控制策略，并通過試驗臺架及實車試驗對自動駐車系統的各項功能進行了驗證。本系統具有低成本、易改裝、適用性強、易實現產品化等特點。求。

1 系統功能規劃

本系統目標車型采用電控發動機，手動變速箱，雙回路氣制動系統，ABS防抱死系統。結合該車型的特點及目前市場對自動駐車系統的需求，該系統能夠實現以下基本功能：

1）駕駛員可以打開或解除自動駐車功能。

2）自動駐車模式，駕駛員在坡道（≤20%）上停車時，系統采用行車制動系統進行自動駐車，當車輛停止時間超過3min后，系統切換到電子手剎制動；駕駛員在坡道（≤20%）上起步時，系統通過離合器位置、發動機實際輸出扭矩確定起步壓力，并自動解除制動，簡化操作流程，提高駕駛的效率和安全性。

3）駕駛員在特殊坡道（>20%）上手剎制動時，自動駐車系統控制行車制動提供短時的輪邊制動輔助功能，彌補在極限坡道上駐車制動力的不足。

4）系統具有故障報警及安全冗余措施：系統對各關鍵部件有自檢功能，一旦發生故障，會及時報警；在系統功能開關未開啟時，不影響原有整車氣制動回路控制邏輯；系統在確定整車有倒車信號、手剎制動信號任意一種狀態時，自動駐車功能自動解除；系統掉電時，氣制動回路默認為手剎駐車狀態，確保駕駛安全、可靠。

2 系統總體方案

2.1 系統關鍵技術

本系統在開發及實施過程中，為實現系統的低成本、易改裝、通用性及易實現產品化的特點，系統解決了三個關鍵性技術：制動氣壓的建立/釋放采用以 ABS電磁閥為基礎，實現基于時間的多級制動開環控制方式；系統軟件采用基于模型的快速原型技術進行算法開發，能夠嵌入于 ABS控制器；關鍵執行器采用自保持脈沖式電磁閥，防止長時間通電對電磁閥造成的損壞，保證氣路安全可靠。

2.2 系統信號需求

實現系統的功能需要采集車輛的基本信息，以滿足系統的控制功能，系統所采集車輛信息如下表1所示。

2.3 系統方案設計

通過分析目標車輛氣制動回路的特點。系統所設計的電氣原理如圖1所示，在整車原有氣管路不變動的情況下，在駐車制動回路手剎閥后端氣路串聯自保持脈沖式常閉電磁閥（以下簡稱常閉電磁閥）。在行車制動回路中，前橋制動回路處并聯雙向單通電磁閥，后橋繼動閥控制口前端處與腳制動控制回路并聯雙向單通電磁閥。系統所安裝ABS電磁閥串聯到每個制動氣室前端，即不改變ABS系統對其安裝位置的要

表1 系統采集參量表

系統電路方面，采用ABS控制器作為主控器件。功能開關采用控地方式，低電平有效；系統狀態指示燈與故障指示燈一端接整車24V電源，低電平點亮；離合器位置信號直接通過控制器模擬信號輸入端進入到控制器；整車坡度信號、車速信號、檔位信號、制動燈信號、氣壓信號通過車身CAN總線獲取；加速踏板位置、發動機扭矩信號通過動力 CAN總線獲取。

圖1 系統電氣原理圖

2.4 系統控制策略

該系統以ABS電磁閥為基礎，采用基于時間的多級制動開環控制方式。在行車制動回路，通過聯合雙向單通電磁閥及ABS電磁閥實現制動氣室氣壓進氣、排氣的靈活控制。其中，ABS電磁閥進氣控制采用“增壓—保壓—增壓”的模式，排氣控制采用“減壓—保壓—減壓”的模式，通過設定不同的狀態保持時間，可以改變氣室氣壓的建立與釋放時間及速率。手剎回路采用脈沖式常閉電磁閥，在系統掉電的情況下，手剎回路處于斷氣制動狀態，使系統更加安全可靠。

（1）自動駐車功能：系統控制器判斷整車處于 20%的坡度以下，駕駛員有停車意圖時，系統根據汽車所處的坡度大小控制前后橋雙向單通電磁閥，各氣室ABS電磁閥的進氣時間，使制動氣室處于合理的制動氣壓，以達到平穩駐車的目的。當行車制動所控制的駐車時間超過30秒，系統關閉手剎常閉電磁閥，采用手剎制動，并釋放行車制動。

（2）坡道起步功能：系統控制器判斷整車處于 20%的坡度以下，駕駛員有起步意圖時，若在行車制動工況下起步，系統根據汽車坡度大小控制前后橋雙向單通電磁閥，各氣室ABS電磁閥的放氣時間，使制動氣室以合理的速率放氣，以達到平順起步的目的。若在手剎制動工況下，則先切換到行車制動，后釋放手剎，按上述邏輯起步。整車車速達到3km/h以上，系統退出自動駐車功能，整車氣制動恢復原車制動工作模式。

（3）輔助制動功能：系統控制器判斷整正車處于 20%的坡度以上，駕駛員有駐車意圖時，系統控制前后橋雙向單通電磁閥，向各制動氣室充氣，達到最大制動氣壓，滿足整車在極限坡道上能安全駐車。

3 系統試驗

3.1 臺架測試

系統在設計過程中，嚴格按照正向開發流程，針對系統提出的功能需求及控制算法通過搭建與整車電氣系統及雙回路制動系統完全一致的試驗臺架。

試驗臺架如圖2所示，通過雙向單通電磁閥與ABS電磁閥聯動控制，測量每個制動氣室氣壓的變化曲線。通過試驗測試制動氣室氣壓建立與釋放的大小、速率與ABS電磁閥動作的時間，模式轉換的頻率之間的關系，并找尋控制規律。根據調節其工作模式頻率與時間，可以滿足制動氣室氣壓的連續可調。

圖2 系統臺架測試實物

3.2 實車試驗

將系統安裝于目標車型上，根據場地條件，分別選取了5%與 20%兩種標準坡道，通過主觀感受與客觀數據采集分析對系統進行綜合驗證。實車試驗場地如圖3所示。

主觀感受方面，分別挑選一名駕駛員、兩名乘員對系統的基本功能邏輯測試，對自動駐車功能、坡道起步功能的操作便捷程度、穩定性和舒適性三方面進行了主觀評價，將評價分為一般、較好、很好三個等級。在不少于20次的試驗中，系統功能邏輯試驗中五項指標均符合設計要求，自動駐車均完成行車制動至駐車制動的切換，且無溜車現象，坡道起步亦無溜車現象，起步過程中偶爾出現輕微頓挫感。在評價項中較好、很好項達到 90%以上。主觀感受試驗表明，基于ABS的重型車輛自動駐車系統完全達到設計要求，能夠減少駕駛員操作復雜度，并且效果突出。

圖3 實車試驗場景

客觀數據分析方面，分別在 5%和 20%的坡道上反復進行 “上坡—駐車—停留—起步”此過程，各坡道進行次數不少于 20次，并采集各制動氣室的制動氣壓變化情況如圖 4所示。從圖中曲線分析，在車輛自動駐車時，系統能夠快速響應，使制動氣室氣壓達到控制氣壓，并能夠保持很長一段時間，確保車輛不溜車。當車輛在起步的時候，系統能夠根據駕駛員駕駛需求，緩慢放掉制動氣室氣體，確保車輛平穩起步。客觀數據表明，基于ABS的重型車輛自動駐車完全滿足設計要求，且性能穩定，可靠。

圖4 自動駐車、坡道起步工況各氣室氣壓變化曲線

4 結論

根據重型車輛具有ABS功能的雙回路制動系統的特點，規劃了合理的自動駐車系統功能，分析了系統的關鍵技術，以ABS電磁閥為基礎，基于時間的多級制動開環控制方式為出發點，提出了系統總體設計方案及控制策略，設計了軟件架構，編寫了軟件算法。并通過搭建試驗臺架及實車試驗對自動駐車系統的各項功能進行了驗證。證明了基于ABS的重型車輛自動駐車系統總體方案設計與控制功能的可行性。本系統具有低成本、易改裝、適用性強、易實現產品化等特點。

參考文獻

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