论文汽车电子手刹制动系统控制策略设计探究，该文是制动系统类毕业论文的格式范文与手刹和制动系统和汽车电子相关函授毕业论文范文.
【摘 要】本文对汽车电子手刹制动系统与传统手刹进行分析,认为电子手刹制动系统相比传统手刹,优势非常明显,但由于其是电子控制,因此控制策略非常关键,并从汽车驻车系统要求、常规驻车基本功能控制策略、扩展功能控制策略、增强功能等方面论述电子手刹制动系统的控制策略设计.
【关键词】电子手刹制动系统 控制策略 设计
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2018）04C-0185-02
电子手刹制动系统（以下称EPB）即以电子控制方式实现停车或驻车制动的一种技术,现在越来越多的汽车带EPB,用户也愿意选择带EPB功能的汽车.其优势不管是对于汽车厂商还是对于用户来说都比较明显,但缺点也非常明显.EPB使汽车制动系统的零件电子化,一旦EPB控制策略失灵,后果将非常严重.
一、EPB与传统手刹
传统手刹一般就三个部分,即手刹拉杆、传动机构以及制动器,如图1所示.
目前主流EPB也是三个部分,包括传感器部分、ECU（控制器）部分和执行器部分.如图2所示.
由此观之,传统手刹利用机械传动控制制动器制动,每次工作都需要驾驶员手动操作,非常的烦琐,尤其坡道起步,稍有不慎就可能导致汽车后溜,出现交通事故.而且在一些坡度较大的地段驻车,可能因为施加给操纵杆的力不够,导致制动力不足,汽车无法停稳.而在平缓道路,又容易过分拉紧手刹,降低寿命.EPB则以电子控制方式实现停车和驻车,对于驾驶员来说非常的方便,减轻了驾驶员右手和右脚的负担,而且电子手刹会根据车速选择适当的制动力保证行驶安全性,汽车的主动安全性能非常好.但是不可忽视的问题是,如果控制策略不当甚至失灵,导致的后果将难以估量.
二、EPB控制策略设计
（一）汽车驻车系统要求
汽车驻车制动系统方面国家有多部强制性标准,需要在设计制动系统时遵循,比如GB1276、GB7258.要求制动控制系统与驻车控制系统相互独立,驻车制动应能够使车辆在无人时停在坡道上,驻车性能应在空载下保证车辆停在20%坡度的坡道上.总质量在装备质量1.2倍以下则为15%,轮胎附着系数不小于0.7,不少于5min.
（二）常规驻车基本功能控制策略
常规驻车的基本功能主要有两个方面,即实施驻车和解除驻车.这两个的功能与传统手刹是一样的,只不过EPB不用操纵杆而是使用按钮.EPB在汽车静止时,驾驶员按下EPB按钮,发出请求驻车指令,系统判断并实施驻车动作.但实际可能由于车况复杂不满足驻车条件,比如可能驾驶员在汽车非静止状态下,按下EPB按钮,请求驻车.如果制动可能引起安全事故,所以必须使系统具备安全判断功能.因此,应采取如下控制策略：当ECU收到驻车信号,系统需要先查询当前状态,当检测出车辆处于非驻车状态,则进一步检测车辆是否静止,如果是非静止状态,则检测车速,一般当车速位于2km/h这个速度范围内可进行驻车.同时要考虑路况,结合路况给定车辆需要的制动力,那么就需要给定伺服电机合理的参数,可以通过以下公式计算需要施加的拉力.公式如下：
式中G表示车辆重量,g表示重力加速度,R1、R2分别表示车轮半径和制动鼓（盘）半径.i表示手刹放大系数,f 表示摩擦系数,Angle表示车辆倾角.按下E PB按钮,系统接受指令进行系统状态查询,然后驱动伺服电机正转,拉力传感器检测施加的拉力.当达到需要的制动力时,电机停止,并检查驻车状态,正常则点亮驻车灯.若发现异常则警示蜂鸣器工作,提示驾驶员.
解除驻车则控制伺服电机反转完全释放拉力,解除制动力.这个过程的控制,也需要考虑驾驶员是有意解除驻车制动,还是出现了误操作.当车辆在坡道上驻车,如果驾驶员并没有行车准备,而点下了EPB按钮,加入系统解除驻车,车辆必然后溜,非常危险.所以需要给系统定义一个条件,即发动机启动,驾驶员踩下油门,车辆半联动,或驾驶员踩下脚刹.满足条件则解除驻车.所以控制策略如下：当ECU接收到按钮信号,查询系统状态,车辆为驻车状态时,检测发动机、油门、脚刹状态.当发动机半联动即达到一定转速车辆可以起步,或是发动机启动,但无法保证启动,而制动踏板工作,则可以解除.此时伺服电机反转,传感器检测拉力释放情况,当释放掉拉力后停转,不必完全使伺服电机反转到极限,可通过加入限位器限定丝杠初始位置.此时查询解除情况,若正常熄灭驻车灯,若不正常则保持驻车灯亮,且蜂鸣器示警.
（三）扩展功能控制策略
启用EPB扩展功能,且当车辆非驻车时,系统判断驾驶员的操作,判断驾驶员意图,并实施自动驻车.此时车辆驻车系统处于自动控制状态.无须驾驶员手动操作E PB按钮而实现驻车或解除驻车.在这种状态下,最难的就是如何判断驾驶员意图.一般可以通过查询车辆处于的状态来判断,一般参考档位、车速,当满足挡位位于空挡或驻车挡,车速在安全值范围内,或停车时可实施自动驻车.此时系统计算制动力,伺服电机正转,传感器检测拉力,达到要求时电机停转,若正常点亮驻车灯.
当车辆处于驻车状态时,系统查询发动机转速、档位状态（D档或1档）判定驾驶员起步意图,当发动机出力达到起步要求,实施解除驻车动作.这里要注意一种特殊情况,即坡道起步.传统制动系统下,坡道起步需要靠驾驶员的经验来主观判断解除制动,使车辆顺利起步,时机不对车辆可能熄火、后溜,非常危险.在扩展功能下,要实现坡道起步,系统判断起步时机而解除驻车非常关键,实现难度也比较大.而实际上这个起步时机就是汽车起步阻力与发动机转矩平衡的瞬间,那么就需要通过计算,配合发动机转矩、档位即车辆倾角自动判断解除时机.参考公式 式中T表示发动机转矩,G,g,Angle与上文公式一样,R表示车轮半径,K表示变矩比,i1,i2分别表示单位传动比,减速器减速比.当车辆位于坡道且处于驻车状态,系统查询发动机、档位,判断行车方向与坡道方向,进行计算,比较发动机转矩值,达到起步要求后释放拉力,解除驻车.
（四）增强功能
EPB增强功能,考虑三个方面的内容,即行车应急制动、特殊工况解除驻车以及自动关闭和唤醒.行车应急制动补充车辆制动,即当车辆脚刹失效,EPB分配制动力,降低车速.应注意,这一功能并不是用来代替脚刹,而是在特殊情况下才用到的功能.在非紧急情况下随意使用会直接影响系统的寿命.所以该功能的控制策略必须严谨,并设置严格的启用判断条件,包括车辆处于行驶状态,松开油门踏板,踩下制动踏板且车辆速度未降低,驾驶员短按EPB按钮.所有条件满足,EPB启用应急制动.当驾驶员踩下油门踏板时,EPB退出制动力分配.看起来这个功能非常好,但实际以目前的技术,尚无法准确判断车辆状态.所以一般当车速大于一个安全值,且收到EPB按钮信号,系统查询油门、制动踏板状态以及车速,满足条件进入应急制动状态.系统计算所需制动力（制动力计算是一个难点,目前尚未解决）,降低车速,当车速降至安全值,则判断油门状态,给油则退出,若始终没有则进入驻车流程.
当车辆出现处于特殊工况下如没有油,或出现故障等.此时长按EPB按钮,系统判断车辆,查询发动机、车速、是否驻车.如果不满足条件,则启动强制解除,否则发出警示.当车辆安全驻车,熄火或者驾驶员不对其进行任何操作时,EPB进入自动待机,节约能源,这需要硬件上的支持.
EPB是否有效,关系车辆和人员的安全,其控制策略非常关键,设计恰当的控制策略对于提高EPB性能非常有效.本文对此进行分析,可能存在不足,但希望能够与业内人士探讨,进一步完善EPB控制策略.
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参考文献：
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