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电子驻车制动系统整车应用研究蒋大伟（安徽江淮汽车股份有限公司）摘要：电子驻车制动系统（EPB）是一种新兴的汽车电子控制技术，目前在欧美汽车市场已得到广泛应用，国内汽车市场现在也开始进入推广阶段。 文章针对电子驻车制动系统在整车上的应用，通过对 3 种典型的电子驻车制动系统进行介绍，以 及对系统结构、工作原理及功能特点等方面进行对比分析，提出了电子驻车制动系统在整车上应用开发时需要注意的要点 因素，为电子驻车制动系统与整车的匹配设计提供参考。关键词：EPB；应用；研究Application Research on Electrical Parking Brake in Complete VehicleAbstract： Electrical Parking Brake (EPB) is a new automotive electronically controlled system, which is widely used in occident automotive market and generalized in domstic gradually. Based on the application of EPB in complete vehicles, this paper introduces three types of EPB. By analyzing the differences in framework, principle and function, the key points of EPB on theapplication of complete vehicle are proposed. It provides a useful reference for matching design of EPB system and complete vehicle.Key words：Electrical Parking Brake (EPB); Application; Research汽车驻车制动系统的作用是使已停驶的汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上， 并具备 帮助汽车在坡路上起步和必要时辅助制动的功能，为了提高其工作可靠性， 传统的驻车制动系统一般要求采用机械式驱动机构，而不用液压或气压式系统1。 但 是随着汽车电子技术的蓬勃发展， 越来越多的电子控制技术被应用到了整车开发中。 其中，电子驻车制动系统(Electrical Parking Brake，EPB)就是一种继 ABS（防抱 死制动系统）、ESP（电子稳定系统）等广泛应用的制动 控制系统之后， 在近几年刚刚发展起来的新兴电子制动控制技术。 传统的机械式驻车制动系统是通过驾驶者操纵驻车手柄， 带动制动蹄片张开或制动卡钳活塞移动完成驻车，其制动力完全来自驾驶者2；而 EPB 系统则是通 过电机施加制动力， 驻车时驾驶者只需操作按钮（EPB 开关）， 由电子驻车制动系统的 ECU 控制电机工作完成驻车（制动）。 相比传统的机械式驻车制动系统，EPB系统具有以下明显优势：1） 由于取消了驻车手柄结构，为整车内饰造型的 设计提供了更大的发挥空间；2） 电机工作产生驻车制动力，降低了驾驶者（尤其是女性驾驶者）的操作强度；3） 随着汽车信息化程度不断提高，EPB 系统通过 与整车其他控制系统的联动为驾驶者提供了更多舒适、方便的驾驶选择。基于上述特点，EPB 系统已基本成为了目前欧美 市场新生产或开发的中级以上车型的标准配置， 而国内自主品牌的 EPB 开发工作现在也都开始启动。 目前 在整车上应用的 EPB 技术主要有 2 种形式： 拉线式 EPB 与卡钳集成式 EPB。 其中，前者属于较早在整车上实现应用的 EPB 技术， 而后者属于目前应用较广泛的EPB 技术。 文章通过对 3 种典型的电子驻车制动系统2012（1）第 1 期APPLICATION 技术应用在系统结构、 工作原理及功能特点等方面进行对比分析，对 EPB 技术在整车上的应用要点进行了研究。电机外壳ECU 插件1拉线式 EPB拉索1.1 系统框架与工作原理图 1 示出拉线式 EPB 的系统框架示意图。 从图 1中可以看到，与传统的机械式驻车制动系统相比，拉线 式 EPB 系统中驻车操纵手柄已经被取消。 但拉索部分被保留，拉索不再与驻车手柄连接，而是与 1 个电机机 构连接，这个机构被称作“执行器”（ECU 单元集成在执 行器内部）。 驻车时，当驾驶者操作 EPB 开关后（一般为拉起），ECU 将控制电机输出一定的拉力， 拉索部分即被驱动并发生移动， 然后带动后制动器中的制动蹄图 2 拉线式 EPB 中的执行器机构示例1.2 功能特点表 1 为拉线式 EPB 的功能列表。 在表 1 所列功能 中，除“静态驻车”和“静态释放”功能外，其他功能均需得到整车其他控制系统（如发动机控制单元、变速箱控制单元、 电子制动控制单元、 车身控制器及系统电源等）的信号支持和响应才能实现，并且 EPB 与上述控制 系统之间的通讯形式一般要求采用 CAN 总线通讯。 另外，需要说明的是，对于拉线式 EPB 提供的动态驻车时 后轮防抱死功能，由于其采用 1 个电机同时控制 2个后轮的驻车制动器（或者说 2 根拉索），其控制策略只能为 低选模式，即左右后轮无法实现独立控制。 因此当在类 似对开路面上实施动态制动时可能存在甩尾等风险，当然，EPB 控制算法和整车标定工作有助于降低和控 制这种风险。片张开或制动卡钳活塞移动从而完成驻车。拉线式 EPB 中的“执行器”机构示例。图 2 示出电机ECU图 1拉线式 EPB 的系统框架示意图表 1 拉线式 EPB 功能列表当车辆处于静态模式时，驾驶者操作 EPB 开关，EPB 执行驻车功能静态驻车静态释放接收到相应信号（比如点火钥匙转至 ACC 位置）EPB 自动执行驻车（无需驾驶者操作 EPB 开关）当驾驶员不希望使用此功能时，可选择功能关闭自动驻车在应急制动时，驾驶者拉住 EPB 开关不放，EPB施加驻车制动力使车辆减速动态驻车可具备后轮防抱死功能再夹紧考虑拉线效率问题车辆由行车制动至停止后，EPB 通过 ESP 保持制动压力，驾驶员可以将刹车松开，而不会溜车自动保持（AUTO HOLD）可用于等红灯工况2卡钳集成式 EPB驾驶者操作 EPB 开关后，ECU 将控制集成在左右后卡钳中的电机动作， 并带动制动卡钳活塞移动产生机械 夹紧力从而完成驻车。 图 4 示出卡钳与电机集成总成机构示例。对于卡钳集成式 EPB，驻车制动力的产生过程，如 图 5 所示。 当驾驶者操作 EPB 开关后，ECU 开始控制- 59 -2.1系统框架与工作原理图 3 示出卡钳集成式 EPB 的系统框架示意图。 从 图 3 中可以看出，与拉线式 EPB 相比，电机结构被集 成到了左右后卡钳上， 同时传统的拉索已经被取消，ECU 和电机直接通过电气线束进行连接。 驻车时，当CAN如果 EPB 拉紧后系统探测到拉线拉力下降后，EPB 将再次施加拉力自动释放当 EPB 感知驾驶者有开车的意图时会自动释放可用于坡道起步工况当车辆处于静态模式时，驾驶者踩下制动踏板，静态释放时必须踩下制动操作 EPB 开关，EPB 执行释放功能踏板（儿童保护功能）功能功能说明备注保留传统的 驻车拉索EPB 开关通过电机 驱动拉索技术应用 APPLICATION2012 年 1 月集成在左右后卡钳中的电机工作。 电机启动之前，摩擦片与制动盘之间的间隙为 b，由电机驱动的蜗杆的初始 位移为 a；电机启动后，蜗杆在电机的驱动下带动活塞移动，当位移达到 a+b 时，摩擦片与制动盘贴合。 此时，ECU 继续对电机的电气特性进行控制 （比如加大电流 等），电气特性被转化为机械特性（夹紧力），从而使驻车制动力增加至满足驻车要求的数值。ba+ba活塞活塞摩 擦 片钳钳电机 体 蜗杆电机 体 蜗杆制 动 盘制 动 盘电机ECU电机图 5 卡钳集成式 EPB 驻车制动力产生过程2.2 功能定义表 2 示出卡钳集成式 EPB 的功能列表。 从功能定 义上看，与拉线式 EPB 基本一致，所需的信号支持、通 讯形式（CAN 线通讯）等要求也与拉线式 EPB 相同。 需要说明的一点是，由于卡钳集成式 EPB 系统中，左右后 卡钳分别由单独的电机进行控制。 因此，与拉线式 EPB 相比，在实施动态驻车时，从结构上为左右后车轮的独立控制提供了可实现性。图 3 卡钳集成式 EPB 的系统框架示意图电机外壳图 4卡钳与电机集成总成机构示例表 2卡钳集成式 EPB 功能列表当车辆处于静态模式时，驾驶者操作 EPB 开关，EPB 执行驻车功能静态驻车静态释放接收到相应信号（比如点火钥匙转至 ACC 位置）EPB 自动执行驻车（无需驾驶者操作 EPB 开关）当驾驶员不希望使用此功能时，可选择功能关闭自动驻车在应急制动时，驾驶者拉住 EPB 开关不放，EPB施加驻车制动力使车辆减速可具备后轮防抱死功能动态驻车车辆由行车制动至停止后，EPB 通过 ESP 保持制动压力，驾驶员可以将刹车松开，而不会溜车自动保持（AUTO HOLD）可用于等红灯工况3ESP 嵌入式 EPBESP 嵌入式 EPB 的系统框架，如图 6 所示。 从图 6于减少了 1 个 ECU 部件，将为整车布置、电气部件整合及整车轻量化等工作有很大帮助。 另外，ESP 系统还可根据需要介入驻车制动过程， 为 EPB 提供液压辅 助，这将有助于减少卡钳和蓄电池的负荷，提高其使用中可以看出，这种形式的 EPB 是在卡钳集成式 EPB 的基础上，将 EPB 系统的 ECU 集成到了 ESP 模块中，由- 60 -CAN如果在制动盘温度较高的情况下驻车，EPB 会再夹紧在驻车后的一定时间内进行再次夹紧，以防止出考虑温度问题 现因制动盘热胀冷缩引起的驻车制动力降低情况自动释放当 EPB 感知驾驶者有开车的意图时会自动释放可用于坡道起步工况当车辆处于静态模式时，驾驶者踩下制动踏板，静态释放时必须踩下制动操作 EPB 开关，EPB 执行释放功能踏板（儿童保护功能）功能功能说明备注电机集成 在后制动钳上EPB 开关线束连接（拉索被取消）2012（1）第 1 期APPLICATION 技术应用寿命。势，值得关注。4EPB 整车应用表 3 示出 3 种典型的 EPB 系统在整车上应用的优缺点对比。 从表 3 可以看出，以下要点因素必须在进行整车 EPB 系统开发时重点关注。1） 整车制动系统的形式，尤其是后轮制动器的结 构。 目前在市场上中级以上的乘用车基本上都采用前盘后鼓的制动系统。 考虑到后制动器结构和市场定位 等因素， 这些车型将对卡钳集成式 EPB 产生较大的需 求，而对于经济型轿车或者一些整车质量较大 MPV 和SUV 车型，由于成本因素或驻车制动力需求因素，采用 了前盘后鼓的制动系统，因此，拉线式 EPB 技术将在这 些车型上得到部分应用。电机ESP电机制动 主缸图 6 ESP 嵌入式 EPB 的系统框架示意图需要说明的是，ESP 嵌入式 EPB 技术目前在整车上还未得到量产应用，但作为 EPB 技术发展的一种趋表 3 3 种典型的 EPB 系统在整车上应用的优缺点对比1）拉索结构驻车效率低；2）左右后轮受 1 个电机控 制，一旦电机出现故障将导 致驻车失效拉线式 EPB 属于早期的电子驻车技术1）结构简单；2）由于保留了拉索结构，与 传统驻车制动系统的兼容性较好拉线式 EPB卡钳集成式 EPB1）ECU 被集成到 ESP 模块中有助于整车布置、电气部件 整合及降重等工作；2）ESP 对 EPB 提供液压辅助，有助于减少卡钳和蓄电池的 负荷，提高其使用寿命1）EPB 需与 ESP 绑定开发；2）ESP 为选装配置的车型， 应用受限目前还未具备量产能力，但代表了 EPB技术发展的一种趋势ESP 嵌入式 EPB2） 整车配置，尤其是动力总成、电子制动控制系统等。 从 EPB 的功能列表来看，“静态驻车”和“静态释 放”功能属于 EPB 系统的基本功能，与传统的机械式驻车制动系统功能相同，而“自动驻车”、“自动释放”、“动态驻车”、“再夹紧”及“自动保持（AUTO HOLD）”等功 能则是传统的机械式驻车系统所不具备的， 属于 EPB系统的扩展功能。 但是这些扩展功能的实现，必须得到整车其他控制系统的支持和响应。 因此，整车动力总成 的配置、 电子制动控制系统的配置以及其他一些重要系统的配置将会直接影响到 EPB 功能的开发和实现。3） 整车 CAN 总线技术。 现代汽车上使用的电子 控制系统越来越多，如发动机控制系统、变速箱控制系 统、电子制动控制系统、车身控制系统及车载多媒体系统等等，这些系统之间（包括系统与汽车仪表之间、系统与汽车故障诊断系统之间）均存在数据交换需求。 如此巨大的数据交换量，如果采用传统数据交换的方法， 即用导线进行点对点的传输方式将是难以想象的。 据 统计，如果采用普通的电气线束，一个中级轿车就需要线束插头 300 个左右，插针总数将达到 2 000 个左右， 线束总长超过 1.6 km， 不但装配复杂而且故障率会很高。 因此，现代汽车越来越多的采用了 CAN 总线技术。 EPB 系统作为一种新兴的电子控制技术， 其 ECU 的硬件接口、 通讯形式等一般采用了 CAN 总线技术。因此，EPB 功能尤其是扩展功能在整车上的应用，除了 与整车配置有关系外，也与整车 CAN 总线开发水平有 关， 即 EPB 系统与整车其他控制系统之间的数据交换- 61 -CAN1）取消了拉索结构，使部件1）后鼓式、后盘带鼓式卡钳集成式 EPB 属于数量减少，节省布置空间；车型应用受限；目前应用比较广泛的2）直接控制制动钳，减少2）对量产车型进行 EPB 升级EPB 技术 中间传动环节，驻车效率高；开发时，设变工作量较大3）左 右 后 轮 独 立 控 制 ， 安 全性高类型优点缺点备注ESP 控制液压辅助EPB 开关ECU 集成在ESP 模块中技术应用 APPLICATION2012 年 1 月必须通过 CAN 总线进行。4） EPB 部件在整车上的布置。 对于拉线式 EPB，与 传统的机械式驻车制动系统相比，虽然取消了驻车手柄机构，但由于增加了执行器结构，需要在整车上为执行器设计安装位置；而对于卡钳集成式 EPB，除了需要为ECU 单元设计安装位置外，由于其卡钳单元集成了电机 结构，相比传统卡钳，轮廓尺寸有较大增加，因此，左右后卡钳总成也需要进行布置校核以确定能否被应用。5） 内饰造型。 EPB 系统在取消了驻车手柄机构 后， 驾驶者对驻车制动系统的操作只需通过一个 EPB开关就可以进行，这种结构上的变化，无疑为整车内饰 的设计提供更大的发挥空间。 EPB 开关作为内饰的一 个组成部分，在设计时，既需要考虑其装饰属性，造型与内饰整体风格一致，同时也要考虑其功能属性，对驻 车操作的人机工程进行校核。6） 其他。 作为一种电子制动控制系统，EPB 技术与目前已经得到广泛应用的 ABS、ESP 等制动控制系统一样， 也需要进行必要的整车标定才能确保其功能（尤其是需要与其他控制系统进行联动的扩展功能）准确响应驾驶者的驾驶意图。 标定周期长短与整车要求EPB 系统实现的功能有关。5结语EPB 作为一种新兴的电子控制技术， 具备了现代汽车在以下 3 个方面的的发展特征：1） 满足驾驶者需求：提高汽车的安全舒适、方便可靠等性能；2） 满足社会需求：节约能源、保护环境；3） 实现人、车、社会、环境之间的有机联接。 因此，EPB 在整车的应用将越来越多的得到整车厂与驾驶者（消费者）的认可。参考文献 刘惟信. 汽车设计M. 北京：清华大学出版社，2001：667-670.2 吉林大学汽车工程系. 汽车构造M. 北京：人民交通出版社，2005：329-336.（收稿日期：2011-09-27）（上接第 33 页）图 12a 和图 12b 分别示出方案 A 和 B 的碳烟排放摩尔分数等值线图。 图 12a 中气缸内碳烟排放摩尔分 数的最大值为 2.510-7；图 12b 中气缸内碳烟排放摩尔分数的最大值为 1.8810-7。2.5010-72.3810-72.2510-72.1310-72.0010-71.8810-71.7510-71.6310-71.5010-71.3810-71.2510-71.1310-71.0010-78.7510-77.5010-76.2510-7从图 12 中可以看出，柴油废气重整后，柴油机碳