純電動(dòng)商用車氣壓駐車制動(dòng)線控技術(shù)研究

　　摘要：為了提高純電動(dòng)商用車的智能化水平和安全性，研發(fā)了氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)。對(duì)某純電動(dòng)商用車氣壓式制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)了其駐車制動(dòng)線控化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由充氣電磁閥、放氣電磁閥、差動(dòng)繼動(dòng)閥和氣壓傳感器組成;設(shè)計(jì)了包括電控硬件、軟件和測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電控系統(tǒng);對(duì)研發(fā)的純電動(dòng)商用車氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，完成了坡道駐車和起步自動(dòng)釋放、拔鑰匙自動(dòng)駐車等典型測(cè)試，結(jié)果表明，純電動(dòng)商用車氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)功能，駕駛性能良好，提升了車輛智能化水平和安全性。

　　關(guān)鍵詞：純電動(dòng)商用車;駐車制動(dòng);線控技術(shù);起步過程

　　1引言

　　我國(guó)“十三五”新能源汽車試點(diǎn)專項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃的目標(biāo)之一是，電動(dòng)汽車智能化水平達(dá)到SAE3級(jí)，即自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在一定行駛條件下可以完全控制車輛縱向和橫向駕駛?cè)蝿?wù)[1-3]。線控化駐車制動(dòng)(ElectronicParkingBrake,EPB)技術(shù)便是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[4-8]。

　　根據(jù)使用場(chǎng)合不同，當(dāng)前線控化駐車制動(dòng)通�？煞譃閮煞N實(shí)現(xiàn)形式，一種是機(jī)械式駐車制動(dòng)線控技術(shù)，主要用于乘用車和輕型商用車;另一種是氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)，用于采用氣制動(dòng)系統(tǒng)的商用車駐車制動(dòng)。在機(jī)械式駐車制動(dòng)線控方面，德國(guó)的天合汽車(ZFTRW)、博世、大陸汽車，韓國(guó)的萬都，以及國(guó)內(nèi)的吉林大學(xué)等均已研發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，以提高車輛的主動(dòng)安全性、降低其駕駛操縱難度[9-14]。為改善商用車的坡道起步性能并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駐車，國(guó)外的Wabco和Knorr、國(guó)內(nèi)的南京理工大學(xué)和瑞立科密等均對(duì)氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)[15-17]。

　　目前，乘用車領(lǐng)域機(jī)械式駐車制動(dòng)線控技術(shù)的應(yīng)用已成普及之勢(shì);與之相比，氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)的發(fā)展還處于發(fā)展階段，絕大部分中、重型商用車依然采用手控駐車制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于現(xiàn)代商用車智能化發(fā)展趨勢(shì)而言，駐車制動(dòng)系統(tǒng)線控化是其智能化發(fā)展的必由之徑。本文以某純電動(dòng)商用車為試驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合起步工況和駐車操縱的工作特點(diǎn)，研發(fā)了氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)，以電磁閥為執(zhí)行元件，制定相應(yīng)的駐車制動(dòng)控制策略，開發(fā)了控制系統(tǒng)軟硬件，實(shí)現(xiàn)了某純電動(dòng)商用車氣壓式駐車制動(dòng)系統(tǒng)的智能化以線控制。

　　2系統(tǒng)氣壓管路布置

　　試驗(yàn)車輛為某采用電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)和氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的純電動(dòng)商用車，車輛可自動(dòng)換擋。后橋采用復(fù)合制動(dòng)氣室，行車制動(dòng)為充氣制動(dòng)，放氣解除制動(dòng);駐車制動(dòng)為放氣制動(dòng)，充氣解除制動(dòng)。其中，駐車制動(dòng)系統(tǒng)是以壓縮氣體為工作媒介，以手閥為操控機(jī)構(gòu)，以復(fù)合制動(dòng)氣室為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以差動(dòng)式繼動(dòng)閥為功率放大機(jī)構(gòu)的先導(dǎo)式二級(jí)閥控系統(tǒng)。行車制動(dòng)采用快放閥來縮短解除時(shí)間。

　　為保證車輛制動(dòng)的可靠性，行車制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)的氣壓回路相互獨(dú)立。對(duì)于駐車制動(dòng)系統(tǒng)而言，當(dāng)復(fù)合制動(dòng)氣室的駐車制動(dòng)氣室內(nèi)無壓縮氣體時(shí)，制動(dòng)推桿在彈簧的作用下伸出，促動(dòng)制動(dòng)蹄壓緊在制動(dòng)鼓上，車輛施加駐車制動(dòng);當(dāng)駐車制動(dòng)氣室充滿壓縮氣體時(shí)(氣源額定氣壓為0.8MPa)，彈簧在氣壓作用下壓縮、制動(dòng)推桿收回，制動(dòng)蹄張開，車輛駐車制動(dòng)釋放。差動(dòng)式繼動(dòng)閥的兩個(gè)控制口41、42分別接受腳閥和手閥的控制氣壓，并根據(jù)41、42口的壓力來決定輸出口2的壓力，從而保證行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)的正確性，并避免行車制動(dòng)及駐車制動(dòng)同時(shí)施加時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)重疊。

　　對(duì)于傳統(tǒng)手控駐車制動(dòng)而言，差動(dòng)式繼動(dòng)閥控制口42的氣壓由手閥控制，不僅無法滿足智能駕駛的使用要求，同時(shí)由于手閥布置在駕駛室內(nèi)，存在控制氣管路長(zhǎng)、系統(tǒng)響應(yīng)偏慢等問題。氣壓式駐車制動(dòng)系統(tǒng)在管路布置上引入充氣電磁閥、放氣電磁閥和氣壓傳感器，取代傳統(tǒng)手閥控制，實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)的安全智能控制。為使車輛在不同載荷、不同道路坡度下均能保證車輛平穩(wěn)起步，此時(shí)電磁閥采用脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation,PWM)驅(qū)動(dòng)來控制充氣壓力，實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

　　3線控駐車制動(dòng)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1電控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　綜合考慮整車特點(diǎn)，以及氣壓式線控駐車制動(dòng)功能、性能和試驗(yàn)測(cè)試等的要求，按照模塊化設(shè)計(jì)思維，開發(fā)氣壓式駐車制動(dòng)電子控制系統(tǒng)硬件。

　　1)CAN模塊支持CAN2.0A和2.0B，通過CAN總線讀取：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和加速踏板信號(hào)，變速器的擋位信號(hào)，車輛的車速、電池SOC和制動(dòng)踏板信號(hào)等。2)模擬電路處理氣壓測(cè)量信號(hào)。

　　3)驅(qū)動(dòng)電路將MCU的控制指令輸出，控制駐車制動(dòng)系統(tǒng)電磁閥的動(dòng)作。4)電源模塊為電控單元提供穩(wěn)定電壓并起保護(hù)作用。5)安全員的駐車制動(dòng)意圖通過開關(guān)操控體現(xiàn)，開關(guān)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，開關(guān)動(dòng)作通過開關(guān)電路處理后輸入MCU。

　　6)電控單元內(nèi)部還集成了坡度測(cè)量、程序存儲(chǔ)、診斷存儲(chǔ)等功能模塊。電控系統(tǒng)的正常工作電壓為24V，正常工作電流≤0.5A，休眠狀態(tài)電流≤10mA。為滿足實(shí)車使用要求，并保證工作過程的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，電控系統(tǒng)還通過了高/低溫、振動(dòng)等環(huán)境試驗(yàn)和輻射發(fā)射、瞬態(tài)傳導(dǎo)發(fā)射、輻射抗擾度等電磁性能試驗(yàn)的驗(yàn)證，符合我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3.2電控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　與電子控制系統(tǒng)硬件相匹配，功能模塊化設(shè)計(jì)的氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)軟件架構(gòu)。氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)通過CAN總線與車輛電控系統(tǒng)互聯(lián)，并與上位機(jī)采集與調(diào)試軟件相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)車調(diào)試測(cè)試。內(nèi)部控制程序主要包括以下幾種功能模塊：

　　1)測(cè)試功能。當(dāng)通過上位機(jī)采集界面向下位機(jī)發(fā)送測(cè)試指令時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)試功能模塊，主要用于電磁閥等零部件功能的測(cè)試。2)休眠功能。若車輛處于熄火狀態(tài)，則電控系統(tǒng)進(jìn)入休眠功能模塊，減少系統(tǒng)能耗。3)標(biāo)定功能。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送參數(shù)標(biāo)定指令時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入控制參數(shù)的初始標(biāo)定功能模塊。4)安全員手動(dòng)操控功能。ECU運(yùn)行過程中不斷檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，如果檢測(cè)到開關(guān)手動(dòng)操作，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)操控功能模塊，此時(shí)駐車及其釋放通過手動(dòng)操控開關(guān)來完成。

　　5)自動(dòng)控制功能。若ECU運(yùn)行過程中無開關(guān)干預(yù)動(dòng)作，則系統(tǒng)按照自動(dòng)控制功能運(yùn)行，此時(shí)氣壓式駐車系統(tǒng)自動(dòng)控制車輛駐車及釋放。6)應(yīng)急制動(dòng)功能。若行車過程中，安全員發(fā)現(xiàn)臨時(shí)突發(fā)情況無法保證車速的安全可控，此時(shí)通過操控開關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入人工接管應(yīng)急制動(dòng)功能模塊，提高行車安全性。7)故障診斷功能。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不斷檢測(cè)軟硬件工作情況，實(shí)現(xiàn)故障診斷與存儲(chǔ)，并在故障模式下進(jìn)行安全降級(jí)，以保證車輛“跛行回家”。

　　3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

　　為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)車運(yùn)行過程中的狀態(tài)，同時(shí)，便于參數(shù)標(biāo)定、系統(tǒng)調(diào)試、控制改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析等，基于VB語言設(shè)計(jì)開發(fā)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。

　　4試驗(yàn)

　　針對(duì)所開發(fā)的氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)，在完成零部件測(cè)試與臺(tái)架測(cè)試之后，進(jìn)行某純電動(dòng)商用車搭載道路試驗(yàn)，試驗(yàn)主要參照GB12676-2014《商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行。氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)充氣電磁閥、放氣電磁閥和氣壓傳感器在車輛底盤的安裝。

　　電控單元、安全員操縱開關(guān)和CAN數(shù)據(jù)通訊采集，滿載工況坡道(道路坡道8°)手動(dòng)駐車/起步自動(dòng)釋放多次試驗(yàn)結(jié)果。氣壓式線控駐車制動(dòng)系統(tǒng)能正確迅速響應(yīng)安全員的手動(dòng)駐車指令，將車輛可靠停穩(wěn);通過對(duì)車輛狀態(tài)信息的綜合判定，能正確實(shí)現(xiàn)車輛的起步意圖而無需安全員操作，且車輛起步平穩(wěn)，無溜車或前沖現(xiàn)象�？梢�，氣壓式駐車制動(dòng)系統(tǒng)線控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了駐車制動(dòng)智能化控制，為整車智能化提供支撐，同時(shí)還改善了車輛坡道起步時(shí)的平穩(wěn)性。

　　結(jié)論

　　1)在對(duì)某純電動(dòng)商用車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)工作特性研究的基礎(chǔ)上，完成了氣壓式駐車制動(dòng)系統(tǒng)線控化設(shè)計(jì)，開發(fā)了氣壓式線控駐車制動(dòng)的軟硬件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng);2)實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明，氣壓式駐車制動(dòng)線控技術(shù)能夠良好實(shí)現(xiàn)該純電動(dòng)商用車駐車制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，能夠提升車輛安全性，滿足商用車智能化發(fā)展的技術(shù)需求。

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　　作者：李春1，王爾烈1,2，聶石啟1，王洪亮2，譚福倫1，皮大偉2

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