车辆电子驻车制动系统的研究

1、272009级硕士研究生文献阅读报告车辆电子驻车制动系统的研究文献阅读报告姓名：张志华学号：2009422079专业：车辆工程导师：郭孔辉 教授学院：汽车工程学院目录一、电子驻车制动系统概述31.1.车辆驻车制动系统的分类31.2.电子驻车制动系统的发展41.3.电子驻车制动系统的应用和预测41.4.本课题的研究意义和主要内容6二、电子驻车制动系统的原理研究82.1.传统驻车制动系统的原理82.2制动系统的评价指标10汽车制动系统的评价指标10汽车制动系统的设计要求102.3.电子驻车制动系统的功能定义122.4.电子驻车制动系统的总体设计132.5.电子驻车制动系统的各功能原理142.6.汽

2、车局域网CAN总线的原理研究16总线的性能特点17总线的工作原理18、数据错误检测192.7电子驻车制动系统的关键技术20三、电子驻车制动系统的技术方案233.1技术方案一：集成式制动器233.2技术方案二：拉索式制动器24参考文献26一、 电子驻车制动系统概述1.1. 车辆驻车制动系统的分类驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两部分。驻车制动器按照其在汽车上安装位置的不同可以分为两大类：一种是制动传动轴的中央制动器(图1)；另一种是与行车制动器共用的车轮制动器(图2)。目前，绝大多数轿车、重型卡车、大型客车采用车轮驻车制动装置；轻、中型卡车和部分有传动轴的轿车、越野车则采用中央制动器。驻

3、车驱动机构因其对可靠性的要求较高，一般都采用机械式的驱动机构。但究竟是采用中央制动器驻车还是采用车轮制动器驻车，其驻车驱动机构有所不同。而不管是哪一种的驻车类型，制动器都有鼓式和盘式之分，所以，驻车驱动机构还有所差异。图1.解放CA1091驻车制动装置 图2.鼓式驻车制动装置 图3.鼓式车轮驻车制动器 图4.盘式车轮驻车制动器在鼓式制动器中，利用行车制动器作驻车制动器使用时(图3)一般是在它的后制动蹄上通过周定销装有一个制动蹄杠杆，在这个杠杆的中间通过一根制动蹄推杆同前制动蹄连接。驻车制动时，拉紧或摆动手制动操纵杆，经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆的下端向前拉，使之绕固定销转动，其中间支

4、点推动制动推杆左移，将前制动蹄推向制动鼓。当前制动蹄压靠到制动鼓上之后，推杆停止移动，此时制动杠杆绕中间支点继续转动，于是制动杠杆的上端向右移动，使后制动蹄压靠到制动鼓上，从而产生驻车制动作用。在盘式车轮制动器中(图4)，驻车时是通过驻车拉索的拉动使位于制动钳体内的推销推动辅助活塞移动，辅助活塞进而顶住活塞移动，先使活塞一侧的制动块压靠到制动盘。同时，此反作用力推动制动钳体连同另一侧的制动块靠压到制动盘，产生驻车制动作用。1.2. 电子驻车制动系统的发展电子驻车制动技术就是利用线控技术将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。从技术升级上

5、看，电子驻车制动系统比传统型手驻车制动模式推进了一大步。汽车电子驻车制动系统(EPB，Electronic Parking Brake)使用先进的机电一体化自动控制系统取代现有的人力机械式驻车制动系统。驾驶者只需要按压按钮即可使驻车制动器接合或松开，就可以使汽车可靠的在原地停驻；在紧急情况下与行车制动系统同时使用，使汽车紧急制动；智能停车。这提高车辆的可操作性以及驻车安全性。这种形式的电子驻车制动系统是伴随着电子技术和控制技术的发展成熟应运而生的。电子驻车制动器(Electrical Park Brake)产品技术最早出现于1998年，该产品是传统手刹制动器的替代产品：拥有一键制动及自动驻车的

6、功能并大大节省了车内的空间1.3. 电子驻车制动系统的应用和预测到2012年为止，欧洲的全部车辆当中将有30%以电子驻车制动系统(EPB)取代机械式手驻车制动；2008年，已有3百万辆车装备了EPB。2015年这一数字预计将增至1100万。表一为2007-2013年电子驻车制动系统的装备量。Global Insight于2008年所做调查结构(图5)中，有关市场参与者的数据相对更为引人注目：根据预测，2012年，超级供应商TRW和中型供应商KUSTER相加所占据的市场份额，将几乎100%。Bosch在集成制动器方面，以及Brose和Dura在拉索式制动器方面尝试分取市场份额的举措，根据上述预测

7、，很有不果的危险。Bosch至今在其产品类别中尚未拥有自己的驻车制动系统，Dura和Brose所占据的份额只有极低的比例。只有关于Continental的预测上不确定：CAS(大陆汽车系统公司)投入大笔资金，用于开发自己的集成驻车制动系统，以努力赢回大众汽车这一客户。表一：电子驻车制动系统的装备量，2007-2013*(*预测)欧洲装备率2007200820092010201120122013否17,149,31616,787,56016,170,48115,307,01614,852,13915,034,21615,338,659是2,189,0982,872,4543,888,071533

8、20495,926,7886,065,0165,865,743总计19,338,41419,660,01420,058,55220,639,06520,778,92721,099,23221,204,402北美装备率2007200820092010201120122013否14,850,55314,149,61814,577,38314,451,30014,965,29615,056,39415,428,268是129,864194,129303,189416,879537,79862,3390660,136总计14,980,41714,343,74714,880,57214,868,1791

9、5,503,09415,679,78416,088,404韩国装备率2007200820092010201120122013否4,067,2364,257,5254,192,8454,086,8193,995,2603,887,8833,874,803是28,551174,470276,509324,643311,496300,397300,547总计4,095,7874,431,9954,469,3544,411,4624,306,7564,188,2804,175,350数据来源：IHS Global Insight预计2012年EPB在欧洲将达到接近30%的市场份额，北美和亚洲差距尚大。

10、 图51.4. 本课题的研究意义和主要内容作为线控制动系统的一种，EPB是Electrical Park Brake的缩写，即电子驻车制动系统，指将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式实现停车制动的技术。EPB系统由电子按钮手动操作，并兼备自动控制功能。电子驻车制动系统由装有行星减速机构和电机的左、右后制动钳和电控单元组成，该系统电控单元与整车控制器局域网(CAN)通讯，对左右后卡钳上的电机进行控制。当需要驻车制动时，EPB按钮被按下，按钮操作信号反馈给电控单元，由电控单元控制电机和行星减速齿轮机构工作，对左右后制动钳实施制动。EPB比传统的手驻车制动模

11、式前进了一大步，而与后制动钳一体化EPB更是一种高端技术。这种一体化的EPB大大提高了驾驶与操纵的舒适性与方便性。不同驾驶员的力量大小有别，用传统的手拉杆进行驻车制动，可能对制动力的实际作用不同。EPB以一个触手可及的电子按钮由于取代了手动驻车制动杆。按下EPB按钮，停车、制动、起步、驶离，均在EPB系统直接指示下进行。驾驶员不必费力拉手驻车制动杆，简单省力。尤其值得指出的是，一体化EPB技术的安全性也高于手拉杆驻车制动。EPB系统的制动力量是系统智能运算的，不会因人而异，出现偏差。不会溜车，总能施加适当驻车夹紧力。并且在汽车处于行驶状态时，后轮具有防抱死制动功能。本文的主要内容有以下几点：1

12、. 从原理上研究EPB，分析其工作的原理以及能够实现的功能；2. 根据原理，设计相关的满足功能的机械结构，并且对机械结构进行分析。3. 根据现有的知识，同时结合功能的需求，设计控制策略。4. 汽车CAN总线的性能、特点。二、电子驻车制动系统的原理研究汽车电子驻车制动系统(EPB)是一种新型的机电一体化系统，解决了传统汽车驻车制动系统存在的制动线路长、操作舒适性差、反应慢、安全性差等问题，与传统驻车制动系统相比具有很多优点:它用电子元件取代部分机械元件，并通过电线来替代部分或全部制动线路和传动机构，缩短了驻车制动响应时间，提高了驻车制动性能;节省了空间，质量轻;安装测试更简单快捷(模块结构)。电

13、子驻车制动系统采用全新的电子制动器对汽车实施制动、集中控制的电子控制单元(ECU)通过车载网络对车辆参数进行采集后，根据预设的安全控制策略进行系统的整体控制，每个驻车制动器都有各自的控制单元，可以根据驻车环境自动给每个车轮施加最佳的驻车制动力。传统驻车制动装置一般包括手刹车控制、传动、制动器三个部分。手刹车控制部分由手刹车操纵杆、按扭、棘爪、棘轮组成，其作用是将手操纵力按一定的传动比传到钢索上，传动部件为钢索。(见图6驻车制动系统结构示意图)1.手刹车操纵杆 2.按钮 3.棘爪 4.棘轮 5.滑轮 6.钢索7.制动蹄 8.驻车制动摇臂 9轮缸 10.自调机构 11.制动蹄图6驻车制动系统结构示

14、意图钢索两端分别与左右后轮的制动器中的驻车制动摇臂相连，钢索中间部分通过滑轮与手刹车操纵杆相连，手刹车操纵力通过钢索传到制动器内部，使制动器进人工作状态。制动器包括制动蹄、自调机构、轮缸、驻车制动摇臂等几个重要组成部分。它将钢索传过来的拉力转变成驻车制动力矩，该力矩通过车轮使车辆稳定停驻在所需坡度上。当施行驻车制动时，拉动手刹车操纵杆，拉紧与之相连的钢索，通过钢索将拉力传到后制动器内部的驻车制动摇臂上，该摇臂一端同一制动蹄相连，中间通过自调机构同另一制动蹄相连，另一端与钢索相连。拉紧钢索时，通过摇臂和自调机构(在驻车时起到传力撑杆的作用)将拉力传到两制动蹄上，使制动蹄张开紧紧压在制动鼓上，制动

15、器便进人工作状态，当达到所需的制动效能时，手刹车操纵杆中的棘爪与棘轮就起到了制动作用，使整个驻车制动系统可靠的锁紧在制动位置上，保证驻车的可靠性。要解除驻车制动时，需将手刹车操纵杆扳起少许，再压下操纵杆头上的按扭，通过操纵杆内的推杆使棘爪离开棘轮，然后将操纵杆向下推到解除制动的位置，此时钢索放松，制动蹄在各自回位弹簧作用下，恢复到原来状况，驻车制动解除。目前汽车驻车制动装置绝大多数仍为手动驻车制动装置，手动驻车制动装置存在有如下不足之处:(1)每次工作需要驾驶员手动操作，操作繁琐，在汽车坡道起步时，操作过于复杂，一些新手经常因难以控制而导致汽车溜坡，存在安全隐患;(2)在大角度的坡面上驻车时，

16、操作费力，驻车比较困难，同时经常难以获得足够大的制动力来确保汽车可靠驻车，存在安全隐患;(3)不论平地还是坡道，驾驶员习惯把驻车制动操纵杆拉至较大行程，确保汽车可靠驻车，这样，在平地驻车制动的情况下，也就是说在大的使用条件下，增大了制动器、制动拉索等汽车制动机械零部件的磨损与变形;(4)手动制动装置经过长时间使用，制动拉索中的钢索会变形伸长，钢索变长会影响其使用性，装置可能因此难以获得足够的制动力而存在安全隐患;(5).手动驻车制动装置操纵机构庞大，占用了较大的车室空间，影响了驾乘的舒适性。另外，在应用传统驻车制动系统的车辆上，驾驶员驻车后忘记拉手刹而离开或驻车制动力不足，车辆溜滑造成交通事故

17、的情况并不少见;同样，也有驾驶员忘记松开手刹驾驶车辆行驶，造成驻车制动系统严重损坏或彻底报废;同一辆车驻车时，不同驾驶员的力量大小有别，手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。驻车制动系统存在的这些问题，正是未来新形式的驻车制动系统所要满足的需求。2.2制动系统的评价指标汽车行驶的时侯能够在短的距离内停车并且维持行驶方向的稳定性和在下坡时能够维持一定的车速能力，称为汽车的制动性能。车辆的制动性是车辆的重要性能之一，主要是由下面的几方面来评价:(a)制动效能，即制动减速度与制动距离。它是指在良好的路面上，汽车以一定的初速度制动到停车时的制动距离。它是制动性最基本的评价指标;(b)制

18、动效能的恒定性，即抗热衰退性能。汽车高速行驶下或下坡连续制动时制动效能的保持程度。因为制动的过程实际上就是把汽车行驶过程中的动能通过制动器吸收后再转为热能，因此制动器温度升高后其能否保持初始状态时的制动效能，也成为了设计制动器时需要考虑的重要问题;(c)方向的稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑及失去转向能力的性能。制动时车辆的方向稳定性，通常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动的时侯汽车发生侧滑、跑偏或失去了转向能力，就会偏离原来路径。制动系统的功用就是让汽车减速行使直至其停车，并在下坡行驶的时侯保持适当稳定车速，使汽车可靠地停在原地或者坡道上。汽车的制动系统至少应该有行车制动装置

19、、驻车制动装置。除此之外，还应设有应急制动和辅助制动装置。根据以上制动系统基本理论，汽车制动系统在设计时应满足如下要求:(a)应适应有关法规和标准的规定。各项性能指标除应满足国家标准、法规制定和设计任务书规定的有关要求外，销售对象所在地区和国家的法规和用户要求也应考虑;(b)有足够的制动效能，其包括行车的和驻车的制动效能。行车的制动效能是由最大踏板力下及在一定的制动初速度下的制动距离和制动减速度来评定的，详见JB3939-85。驻车的制动效能是指以汽车在良好的路面上能可靠地同时无时间限制停驻的最大坡度(%)来衡量的，一般应该大于18%。 (c)工作可靠性高。汽车至少有行车和驻车两套的制动装置，

20、它们的制动驱动机构最好是独立的。同时行车制动装置应至少有两套驱动管路。如果其中的一套失效，另一套应保证汽车的制动能力大于没有失效时规定值的30%;(d)热稳定性能好。汽车高速制动及短时间的重复制动，尤其是在下长坡时连续制动，均能引起制动器温度过高，温升过快。特别是下坡时频繁制动，易使制动器的温度达到300-400度，有时甚至高达700度。这时，制动摩擦副摩擦系数会大幅度减小，制动效能迅速下降易发生热衰退的现象。因此，设计时应提高制动器热稳定性，改善摩擦材料的摩擦稳定性，增大制动盘的热容量，改善散热性或者采用强冷却装置，这些都是提高抗热衰退的措施;(e)水稳定性。制动器摩擦的表面浸水后，使摩擦副

21、摩擦系数急剧减小会发生“水衰退”现象。一般要求在出水后反复的制动5-15次，即可恢复制动效能。而良好的摩擦材料吸水率低，并且其摩擦性恢复的迅速。同时也需防止泥沙等进入制动器摩擦副工作表面，否则也会使制动的效能降低;(f)汽车操纵的稳定性要好。即以任何速度制动，汽车均不应失去方向稳定性和操纵性。为此，汽车前、后轮的制动力矩应有适当比例，最好能够随各轴间和转移情况的变化而变化，但是同一车轴的左、右车轮的制动力矩应该相同; (g)制动踏板、按钮的位置符合人机与环境工程要求，即操作方便，操纵舒适、轻便，可减少疲劳。(h)作用滞后时间要短，包括从制动踏板开始动作到所需制动效能水平的时间和从放掉踏板到完全

22、的解除制动;(i)不应产生噪声和振动。制动时刹车的抖动将影响到车辆舒适性，使人感觉难受，另外刹车过程中噪声也将会影响到汽车的整体性能，因此应使制动的时侯制动器没有振动和噪声;(j)与转向装置、悬架不产生干涉，在汽车转向或车轮跳动时不会主动制动;(k)制动系统中应有音响等警报装置，以便能够及时地发现制动驱动机构的功能失效和故障;(l)全天使用。气温高时制动管路不应有气阻现象;气温低时，制动机构不应该出现结冰等现象;(m)制动系统机构使用的寿命长，制造的成本低;对摩擦材料选择也应该考虑到环保的要求，最好减小有害于人体的石棉纤维飞散到大气中。因此对汽车电子机械制动系统执行机构的设计也要严格遵循以上的

23、各个设计要求。 电子驻车制动系统作为一种新型的机电一体化系统，其功能相对于传动的驻车制动系统有很大的提高。电子驻车制动系统有如下5大功能：(1)驻车制动功能。这是EPB的最基本的功能。当车辆静止在路面上，EPB能够牢固的抱死车轮，不会发生车辆滑溜的现象。同时能够根据变化，调整制动力；(2)坡路辅助起步功能。这是EPB的一大亮点。当车辆在坡路上起步时EPB能够根据离合器距离传感器、离合器结合速度传感器、油门踏板传感器、变速器档位、发动机的转速等相关信息进行计算，当驱动力大于行驶阻力时，自动释放制动力，实现平稳起步，防止溜车；(3)辅助紧急制动功能。当车辆在行驶的过程中遇到紧急情况时，驾驶员只要按

24、下按钮，EPB就能够在ESP(或者ABS)的协助下，按照最佳的控制方法进行紧急制动，同时能够保持车辆的稳定。(4)智能自动驻车功能。当我们遇到前方车辆拥堵或红灯需停车时，踩下制动踏板将车停住，EPB自动开启电子驻车功能，此时可松开制动踏板，手动挡车型需放在空挡，自动挡车型可在D档或N挡。需要再次起步时，自动挡车型直接踩下油门踏板加油起步即可，而手动挡车型则需要将离合器踏板踩到底（电脑识别车即将起步），紧接着挂前进挡加油起步即可。当驾驶员未实施操作而有意离车时，能够自动制动。(5)自诊断功能。考虑到系统的安全可靠性，系统还设置故障自诊断功能。2.4.电子驻车制动系统的总体设计 结合以上的几大功能

25、，我设计如下的总体布置(图7)。图7 总体布置 这套系统主要有以下几大部分: ECU、驾驶员与ECU的接口(例如：输入按钮、输出显示、报警)、与外部系统接口(例如CAN总线输入外部信息)、传感器、电机、执行器等。 下面简单介绍这几大部分：(1) ECU,这是EPB的控制单元。负责处理各种信息:1.接受驾驶员的意图,传感器的信号,CAN总线输入的外部信号；2.将接受的信息进行处理，包括制动力计算，制动力施加释放的时间等；3.发出控制指令(2) 驾驶员与ECU的接口。主要包括两大部分：1.驾驶员输出到ECU，例如通过EPB控制按钮，传递驾驶员意图；2.ECU输出到控制界面，提供给驾驶员信息，例如各

26、种指示灯信号、报警信号等。(3) 与外部系统接口。ECU接受其余控制单元的信息，例如发动机转速信号，ABS/ESP的信息等。(4) 传感器。在EPB中有很多的传感器用于检测各种信息，例如：离合器踏板传感器，倾角传感器等。(5) 电机、执行器。主要是接受ECU的控制指令，在指定的时间点夹紧或者是释放制动盘。一般而言，EPB按照车速分为两种模式：静态模式(车速低于7Km/h)，动态模式(车速不低于7Km/h)。在静态模式中，驻车制动通过机电的方式施加和释放；在动态模式中，车辆通过ABS/ESP将液压制动力施加到四个车轮中。(图8)下面就针对EPB的四大主要功能详细说明。1. 常规驻车制动机电一体化

27、的驻车制动系统能够确保车辆稳定的停靠在30%的坡度上。EPB制动力的施加和释放通过驾驶员按下驻车制动按钮。EPB制动力的施加：在任何时候，即使是在点火开关关闭的情况下，EPB都可以施加制动力。当驾驶员按下驻车制动按钮时，ECU接收到驾驶员的意图后，根据纵倾角传感器的信息，结合车辆自身的参数计算出最佳的驻车制动力，然后发出指令给电机。电机接到指令后工作，带动执行器运动，向制动器施加夹紧力，抱住车轮，防止溜滑。同时，EPB指示灯亮。车辆被抱死后，制动系统(制动块、制动盘等)将会慢慢冷却，EPB能够自动调整制动力的大小，以保证安全。EPB制动力的释放：为了防止儿童的误操作，只有在点火开关开启的情况下

28、，EPB才能够释放制动力。在同时踩下制动踏板和按下EPB按钮的情况下，制动力被释放。在驾驶员踩下加速踏板准备离开的时候，EPB自动施放制动力。制动力释放的时机取决于纵倾角、发动机转矩等信息。此时，EPB指示灯熄灭。EPB自动释放制动力有三个前提条件：1.安全带被系上；2.驾驶员车门关闭；3.发动机启动。2. 坡路辅助起步坡路辅助起步功能允许车辆在斜坡上没有溜滑的平稳起步。这个功能开启有三大条件：1.驾驶员车门关闭；2. 安全带被系上；3.发动机启动。在坡路上起车的时候，开始时驱动力小于阻力，EPB制动力一直施加，直到驱动力大于阻力才开始释放，有效的避免了起步溜车。EPB制动力释放的时机取决于如

29、下参数：1).纵倾角；2).发动机转矩；3).加速踏板的位置；4).离合器的动作；5).行驶方向。3. 辅助紧急制动如果行车制动失效或者是遇到紧急情况时，EPB能够通过辅助紧急制动功能让车辆减速或停车。当按住EPB按钮并保持时，辅助紧急制动开始起作用。EPB控制单元通过CAN总线传递来的ABS/ESP车速信号判断1.车速大于7Km/h时，ABS/ESP控制单元使液压泵开始工作，四轮开始制动，车辆开始减速，并保持加速度为6m/s；2.车速小于7Km/h时，EPB直接通过电机和执行器作用在制动盘上进行减速。如果检测到EPB按钮被释放/加速踏板被压下，EPB控制单元释放制动力。4. 智能驻车智能驻车

30、功能能够帮助驾驶员在车辆运行的过程中，实时检测信号，在道理拥挤、等红灯等临时停车或者爬坡时，自动施加合适的制动力，让驾驶员操纵更加舒适、安全。它主要有一下三项辅助功能：1).道理拥挤、等红灯时，当车辆缓慢行驶或者等红灯时，驾驶员一直踩制动，EPB能够自动施加合适的制动力；2).车辆爬坡时，EPB能够实时检测，并且自动施加合适的制动力，防止车辆溜坡；3).自动停车,在驾驶员有意离车，车辆可能会溜滑但是驾驶员并未采取措施时，EPB能够自动施加制动力。EPB起作用有三个条件：1.驾驶员的车门关闭；2.安全带被系上；3.发动机在运转。除了以上的四大功能,EPB还有其他功能：自诊断、制动蹄块间隙调整等。

31、此外，我们还可以利用EPB的车轮抱死能力设计防盗功能。CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据协议，被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。目前己成为国际标准化组织ISO11898标准，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，CAN的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。在自动化电子领域、发动机控制部件、传感器、防滑系统等应用中，CAN的位速率可高达1Mbps。同时，它可

32、以廉价地应用于交通运载的电气系统中，例如:灯光聚束、电气窗口等等，以替代所需要的硬件连接。CAN总线广泛的应用与其良好的性能密切相关，其特点如下:(1)CAN可实现全分布式多机系统，且无主、从之分，网络上任意一个节点均可在任意时刻，主动地向其它节点发送信息，通讯方式灵活，利用这一特点，可以方便地构成多机备份系统。(2)CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实事要求，高优先级的数据最多可在134ps内得到传输。(3)CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术，当两个节点同时向网络上发送消息时，优先级低的节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可以不受影响地继续发送信息，从而大大节省了总线冲

33、突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。(4)CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。(5)CAN的直接通信距离最远可达1Okm(速率5kbps);通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为4Om)。(6)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个;报文标示符可达2032种(CAN2.OA)。(7)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。(8)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率低。(9)CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。(1

34、0)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。CAN 协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的。不过，其模型结构只有 3 层，即只取 OSI 底层的物理层、数据链路层和应用层。由于CAN 的数据结构简单，又是范围较小的局域网，因此不需要其他中间层，应用层数据直接取自数据链路层或直接向链路层写数据。结构层次少，有利于系统中实时控制信号传送。CAN 总线是一种能够有效支持实时控制和分布式控制的串行通信网络，可以实现全分布式多机系统；可以用点对点，一点对多点以及全局广播几种方式传送和接收数据；CAN 总线直接通信距离最远可以达到 10km(此时传

35、输速率仅为 5Kb/s)，通信速率最高能达到 1Mb/s(此时传输距离就只有 40m)；同时在理论上 CAN总线通信网络中的节点数量是不受限制的(实际上节点数量是受到 CAN收发器芯片驱动能力的限制)。 一般情况下，CAN 总线总是基于下列 5 个基本规则进行通信协调的 (1)总线访问 CAN 总线是共享媒体的总线，它对媒体的访问机制类似于以太网的媒体访问机制，也就是采用载波监听多路访问方式(Carrier Sens Multiple Access，CSMA)。CAN 控制器只能在总线空闲时发送数据，并且采用硬同步方式，所有的 CAN 控制器同步都位于帧起始的前沿； (2)仲裁 当总线空闲时呈

36、现隐性电平，此时任何一个节点都可以向总线发送一个显性电平作为一个帧的开始。如果有两个或者两个以上的节点同时向总线发送信息，就会产生总线冲突。总线访问冲突通过仲裁场发送期间位仲裁处理方法予以解决； (3)编码/解码 帧起始、仲裁场、控制场、数据场和循环冗余校验编码(CRC，Cyclic Redundancy Code)序列均使用了位填充技术进行编码； (4)出错标注 当检测到位错误、填充错误、形式错误或应答错误时，检测到出错条件的 CAN 控制器将发送一个出错标志； (5)超载标注 一些 CAN 控制器发送一个或多个超载帧以延迟下一个数据 帧或远程帧的发送。、数据错误检测 不同于其它总线,CAN

37、协议不能使用应答信息。事实上,它可以将发生的任何错误用信号发出。CAN协议可使用五种检查错误的方法,其中前三种为基于报文内容检查。1.循环冗余检查在一帧报文中加入冗余检查位可保证报文正确。接收站通过CRC可判断报文是否有错。2.帧检查这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性,用于检查格式上的错误。3.应答错误如前所述,被接收到的帧由接收站通过明确的应答来确认。如果发送站未收到应答,那么表明接收站发现帧中有错误,也就是说,ACK场已损坏或网络中的报文无站接收。CAN协议也可通过位检查的方法探测错误。4.总线检测 有时,CAN中的一个节点可监测自己发出的信号。因此,发送报文的站可以观测

38、总线电平并探测发送位和接收位的差异。5.位填充 一帧报文中的每一位都由不归零码表示,可保证位编码的最大效率。然而,如果在一帧报文中有太多相同电平的位,就有可能失去同步。为保证同步,同步沿用位填充产生。在五个生。在五个连续相等位后,发送站自动插入一个与之互补的补码位;接收时,这个填充位被自动丢掉。例如,五个连续的低电平位后,CAN自动插入一个高电平位。CAN通过这种编码规则检查错误,如果在一帧报文中有6个相同位,CAN就知道发生了错误。2.7电子驻车制动系统的关键技术由于电子驻车车系统取消了传统的气动、液压及机械连接，取而代之的是传感器、ECU、电磁的执行机构，因而传感器的精度，ECU硬件的可靠

39、性、抗干扰性，控制算法的可靠性、容错性，执行机构的快速性、可靠性及不同系统ECU之间通信的实时性，总线的容错性和仲裁能力及动力电源等都制约着线控技术的广泛应用。制约电子驻车制动系统的关键技术包括以下几方面。(l)传感器技术传感器是组成电子驻车系统的基本且重要末端单元，其中央ECU正是通过采集传感器相关信息判断并实施相应的驻车动作，例如压力传感器、车速传感器、驻车坡度传感器、线性位移传感器等，它们提供了电子驻车制动系统所需的主要信息。汽车电子驻车制动系统的控制效果紧紧依赖于传感器的信息采集和反馈精度，因而传感器的科技含量直接影响整个电子驻车制动系统的性能。如何制造出体积小、成本底、可靠性高而且测

40、量精度高的传感器就成为线控系统的关键技术之一。(2)总线技术国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车总线技术的研究与开发。随着汽车总线技术的发展，将会有多种不同的总线技术用于汽车中，尤其是具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议，如:CAN、Byteflight和FlexRay。CAN总线网络用于各电控单元ECU之间的信息交换，车载故障诊断等，应用最广泛。CAN网根据传输速率的不同分为低速CAN网和高速CAN网。低速CAN网运行在125KbpS以下，连接座椅、天窗、车灯等无实时要求的控制模块。高速CAN网一般为50OKbps，用于满足实时性高的重要控制。如发动机控制、线控转向

41、、线控制动等。尽管高速以太网的波特率最大可达到1MbpS，但是CAN网高速运行时双绞线电缆中产生很大的电磁辐射，当传输速率超过5OOKbpS时，其能量的损失会迅速增大。TTP(时间触发协议)是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议，能够支持多种容错策略，具有节点的恢复和再整合功能;BMW公司的Byteflight可用于汽车线控系统的网络通信，其特点是既能满足某些高优先级消息的时间触发，以保证确定延迟的要求，又能满足某些消息需要事件触发和需要中断处理的要求:而其他汽车制造商目前计划采用FlexRay，这是一种特别适合下一代汽车应用的网络通信系统，具有容错功能和确定的消息传输时间，能够满足汽

42、车控制系统的高速率通信要求。目前FleXRay标准的物理层标准己经由Phi1ips公司开发完成，通讯协议正在研发中。该标准的出台不仅提高了信息传输的一致性、可靠性，而且还简化了信息开发和使用过程，并降低了成本。从现在的发展来看，由于FlexRay是基于时间和事件的触发协议，要优于TTP。基于总线技术的线控制动系统将传统的机械系统变成通过高速容错通信总线相连的电气系统，实现系统的自动化、智能化、网络化与信息化。(3)动力电源技术而在电子驻车制动系统中，由于制动力矩直接由电机提供，使得所需电源功率增大，而提高电压是增大功率的好方法，所以传统的14V系统不再能很好地满足要求。如何提供足够的电能保证系

43、统的稳定运行成为解决问题的关键，42V电压系统的研究和电动汽车的深入研究为此技术的解决提供了平台，为驻车制动系统的广泛应用打下了基础 (4)容错控制技术为了满足汽车驻车可靠性与安全性要求，线控制动系统必须采用容错控制技术，容错控制设计方法有硬件冗余方法和解析冗余方法2种。硬件冗余方法主要是通过对重要部件及易发生故障部件提供备份，以提高系统的容错性能;解析冗余方法主要是通过设计控制器的软件来提高整个系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。在EPB系统中，相对于ECU来说，传感器和执行机构更易发生故障，一些传感器和执行机构间存在着冗余，冗余是实现容错控制的基础，一旦某部件发生故障，利用冗余关系可用其

44、他部件代替故障部件，以消除故障。相对传感器和执行机构来说，ECU的可靠性较高，但一旦ECU出现故障时，后果更为严重，系统不能进行任何操作。基于容错控制技术的SBW系统，在不影响系统控制功能的情况下，容错控制技术提高了转向系统的可靠性，保证了车辆的正常行驶及安全性。而可靠性和安全性是制约EPB系统应用的主要瓶颈之一。当EPB系统的可靠性和安全性能够达到普通动力转向系统水平时，其产业化也就指日可待了。三、电子驻车制动系统的技术方案本文在第一章已经讲到，EPB的市场有两大供应商及两大技术主导：TRW的集成式制动器和KUSTER的拉锁式制动器。下面我将分别对这两种技术进行分析。3.1技术方案一：集成式

45、制动器 图9 集成式制动器 (上:实物图 下:示意图)在这种方案中，电子驻车制动系统由驻车制动ECU，制动电机，减速皮带，减速器，丝杠组成。皮带的传动比是1:3，减速器是50倍减速。通过减速器能把电机的高转速、小力矩的输出功率转换成执行机构的低转速、大力矩的功率输出。电机转动带动皮带的传动，皮带的传动使减速器转动。减速器上连有蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆上套有丝杠，从而使蜗杆的转动转化为丝杠的平动。摩擦片固定在丝杠上，丝杠可以带动摩擦片作往复运动制动电机转动150圈，丝杠变化一圈的位移。本执行机构带有锁止机构制动后能一直保持最大的夹紧力，避免车辆溜滑。3.2技术方案二：拉索式制动器1.EPB控制单元和电

46、机总成 2.EPB拉索 3.EPB紧急拉索图10拉索式制动器下面简单介绍一下拉索式EPB的组成及各部件的作用：1.拉线 拉线和传统的驻车系统中拉线所起的作用完全一样，就是把力从EPB总成传递到驻车制动器上实现驻车功能。拉线式EPB有单拉线和双拉线两种。单、双拉线有各自的优点和缺点。相比较起来双拉线有较大的拉线效率，拉线行程短，但布置没单拉线灵活，产生相同的拉力，控制器需要加载的力大。工作时，双拉线EPB控制器同时带动两根拉线运动，带动制动器驻车，而单拉线时，EPB控制器是只带动了一根拉线，然后通过拉索平衡器带动后面的两根拉线驻车。2按钮 通过按或者拉按钮控制EPB驻车和解除驻车，按钮上有背景灯

47、，提醒驾驶者是否已工作。 3紧急拉索 在EPB因断电不工作时，实现驻车解除功能。 4电机 EPB工作时的动力来源，由其来带动齿轮机构工作实现驻车。5齿轮机构 不同厂家EPB的此部分机构的工作原理不一定相同但其作用是一样的，都是力的传递机构，把力由电机齿轮的转动转化成拉线方向上力。6 ECU和传感器 ECU用来控制EPB对外的信息交流和反馈。传感器用来感应拉力的大小。参考文献1. 崔玥，基于CAN总线的电子驻车制动系统，吉林大学硕士学位论文，2007年2. 王东东，基于CAN总线的汽车电子驻车制动系统的开发，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2009年3. 王超，汽车驻车辅助系统的设计，合肥工业大学硕

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49、y Control Strategis for Automotive EPB System with AMESim/Simulink Co_simulation,2009 Chinese Control and Decision Conference(CCDC 2009),8. Electronic parking brake systems (EPB),9. web_documents/scivyer_info_001_-_epb.pdf10. VW, Self-study program 346,The electromechanical parking brake Design and

50、function 2005年11. 钟师，TRW电子驻车制动(EPB)先进技术，汽车与配件，2006.23(11):36-3712. T.Y. Lin、M.T. Yu、C. Hung、 C.T. Chen、 and B.R. Chen，PRODUCT DESIGN OF ELECTRONIC PARKING BRAKE，The 12th National Conference on Vehicle Engineering, November 16, 2007, NPUST, Pingtung, Taiwan13. 王超勇，车辆电子驻车制动(EPB)控制系统的硬件设计研究，南京理工大学硕士学位论文，2009年14. 赵育良，车辆电子驻车制动系统(EPB)的软件设计研究，南京理工大学硕士学位论文，2009年15. 张猛，电子机械制