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車輛EPB系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能

智能汽車電子與軟件 ? 來(lái)源:電控知識(shí)搬運(yùn)工 ? 2023-12-22 16:44 ? 次閱讀

EPB(Electronic Parking Brake)系統(tǒng)即電子駐車制動(dòng)系統(tǒng),主要是用電子控制的方式取代原來(lái)使用駐車制動(dòng)手柄、拉索等機(jī)械手動(dòng)操作的部分,從而完成整個(gè)駐車制動(dòng)過(guò)程。目前在汽車上應(yīng)用的EPB技術(shù)主要有兩種形式:拉線式EPB和卡鉗集成式EPB。其中前者屬于較早在整車上應(yīng)用的技術(shù),而后者屬于目前廣泛應(yīng)用的EPB技術(shù)。

但由于拉線式EPB本身的一些弊端,如左右輪無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制等,現(xiàn)在已經(jīng)較少應(yīng)用。而集成式EPB由于其便捷、易于操作控制、便于布置和安全可靠等優(yōu)點(diǎn),得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。本文主要研究的是集成式EPB。

EPB的系統(tǒng)、基本結(jié)構(gòu)、功能

1. 集成式EPB系統(tǒng)

集成式EPB系統(tǒng)通過(guò)車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)單元、駐車制動(dòng)開關(guān)、線束和2個(gè)EPB卡鉗總成來(lái)執(zhí)行動(dòng)作。EPB的執(zhí)行器被包合在后制動(dòng)卡鉗總成中從而避免了附加的拉索安裝并且使執(zhí)行器能夠直接對(duì)后輪施加制動(dòng)力。整個(gè)系統(tǒng)在整車上的布置如圖1所示。

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圖1 集成式EPB系統(tǒng)示意圖

集成式EPB系統(tǒng)中,用于控制卡鉗總成執(zhí)行器動(dòng)作的軟件PBC(Parking Brake Control),是由卡鉗總成供應(yīng)商完成編寫后再由ESC供應(yīng)商集成到ESC軟件中。整個(gè)系統(tǒng)中,由ESC與外界通訊,接收外部指令同時(shí)通過(guò)集成的軟件判斷并控制完成相關(guān)的動(dòng)作。而有關(guān)EPB本身的功能故障邏輯則由PBC進(jìn)行設(shè)定判斷,ESC會(huì)負(fù)責(zé)輸入相關(guān)整車系統(tǒng)信號(hào)同時(shí)作為外部接口發(fā)出相關(guān)的故障碼。在整個(gè)系統(tǒng)中,ESC和EPB供應(yīng)商通過(guò)VDA-305協(xié)議,按相關(guān)邏輯分工完成對(duì)應(yīng)的控制(圖2)。

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圖2 集成式EPB系統(tǒng)控制邏輯圖

2. EPB的基本結(jié)構(gòu)

EPB卡鉗總成主要由卡鉗本體、EPB螺桿螺套和執(zhí)行器總成等幾部分組成,相對(duì)于傳統(tǒng)的常規(guī)卡鉗,它多了一套執(zhí)行器總成機(jī)構(gòu)。常見的執(zhí)行器總成主要由電機(jī)、行星齒輪和皮帶等組成(圖3)。

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圖3 EPB卡鉗總成結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)有電流通過(guò)時(shí),電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)來(lái)推動(dòng)卡鉗內(nèi)部的螺桿螺套來(lái)運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卡鉗總成的夾緊和釋放。而卡鉗本體的部分和常規(guī)卡鉗一樣,用來(lái)實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)的功能(圖4)。

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圖4 EPB卡鉗總成工作示意圖

3. EPB主要的功能

目前主流的集成式EPB系統(tǒng),一般可以實(shí)現(xiàn)如表1所示的功能。

表1 EPB系統(tǒng)主要功能

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從集成式EPB的功能來(lái)看,它除了有傳統(tǒng)機(jī)械式駐車制動(dòng)系統(tǒng)的一些功能外,還能結(jié)合電子控制的方面,完成如自動(dòng)夾緊、起步自動(dòng)釋放、自動(dòng)保持、熱盤/溜車再夾緊、行車緊急制動(dòng)、以及后輪防抱死等較為智能的功能。但這些功能的擴(kuò)展和使用,必須有相應(yīng)整車控制系統(tǒng)的支持和響應(yīng)。特別是自動(dòng)保持和行車緊急制動(dòng),首先要滿足一定的操作條件,同時(shí)要有ESC介入。但這些功能的增加,使得整個(gè)系統(tǒng)操作更加便利,便于提升用戶的感知質(zhì)量。

故障問(wèn)題

1. 實(shí)車表現(xiàn)

某車型在小批量生產(chǎn)后,出現(xiàn)多起EPB系統(tǒng)故障燈報(bào)警的問(wèn)題,嚴(yán)重影響車輛使用。在出現(xiàn)故障后,儀表上EPB系統(tǒng)故障燈常亮(圖5)。

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圖5 儀表板上的故障報(bào)警提示

實(shí)車表現(xiàn)為某一側(cè)車輪出現(xiàn)拖滯或者無(wú)法釋放等問(wèn)題。實(shí)際故障車的具體信息如表2所示。 表2 故障車的故障信息

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2. 故障診斷

對(duì)故障車用診斷儀通過(guò)OBD接口讀取對(duì)應(yīng)的故障碼信息,確認(rèn)每輛故障車反饋的故障代碼(代碼1~4)。通過(guò)具體故障代碼信息可以確認(rèn)故障為EPB回路開路和EPB電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)(表3)。 表3 故障代碼信息

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3. 故障分析

基于實(shí)車表現(xiàn)和確認(rèn)的整車故障代碼,為鎖定問(wèn)題,通過(guò)對(duì)實(shí)車零件進(jìn)行對(duì)換、臺(tái)架試驗(yàn)等進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖6所示。由此可以判斷,EPB零件與故障相關(guān)。

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圖6 零件對(duì)換及臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

原因分析

故障代碼顯示零件出現(xiàn)開路故障主要是由于在EPB工作過(guò)程中,檢測(cè)到整個(gè)回路阻抗超過(guò)軟件設(shè)定的01值。同時(shí)在整個(gè)拉起或者釋放過(guò)程中,如EPB工作時(shí)間超過(guò)設(shè)定的閾值,軟件也會(huì)同時(shí)報(bào)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)故障。

針對(duì)該問(wèn)題,使用魚骨圖對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析(圖7)。

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圖7 魚骨圖分析

1. 故障件基本尺寸、工藝等確認(rèn)

拆解故障件執(zhí)行器,對(duì)相關(guān)故障件的EPB執(zhí)行器端口尺寸、內(nèi)部接口電阻焊及齒輪等進(jìn)行測(cè)量和結(jié)果分析,確認(rèn)對(duì)應(yīng)零部件無(wú)問(wèn)題(圖8)。而生產(chǎn)車間、裝配設(shè)備和裝配工藝等均符合原先設(shè)定要求。

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圖8 故障件執(zhí)行器拆解

2. 故障件性能參數(shù)測(cè)試

對(duì)故障件進(jìn)行怠速電流檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),其電流波動(dòng)較大,不滿足設(shè)計(jì)要求(怠速電流)0.30 A)。故障件的電流檢測(cè)如圖9所示。

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圖9 故障件檢測(cè)電流

故障件的電機(jī)空轉(zhuǎn)電流波動(dòng)大,電流最低值甚至小于0.20 A,不符合要求。如果此時(shí)操作EPB開關(guān),整個(gè)回路中的阻抗在某個(gè)時(shí)候可能會(huì)大于55Ω(如電壓12.00 V時(shí),可得出此時(shí)電流值低于0.22 A),這樣就觸發(fā)代碼1或者代碼3。而如果此時(shí)還是一直操作開關(guān),讓EPB持續(xù)工作,時(shí)間超過(guò)EPB夾緊或釋放的要求,就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)超時(shí)的故障,也就是代碼2或者代碼4。 從以上基本的檢測(cè)和測(cè)試,確認(rèn)故障件本身零件是有缺陷的。

3. 開路控制軟件邏輯

集成式EPB系統(tǒng)中,PBC軟件會(huì)對(duì)EPB總成在整個(gè)回路中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,ESC也會(huì)對(duì)外部輸入的電壓、回路的電流等監(jiān)控判斷,確認(rèn)系統(tǒng)是否正常。而某型號(hào)ESC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)回路判定接觸不良或者開路條件:在持續(xù)195 ms內(nèi)檢測(cè)到通過(guò)回路的電壓和電流有異常,則會(huì)報(bào)相應(yīng)的錯(cuò)誤。而對(duì)應(yīng)作為最為關(guān)鍵的集成在ESC中的PBC軟件在監(jiān)控EPB本身回路故障時(shí),是要求在200 ms內(nèi)任何時(shí)間段出現(xiàn)2次阻抗值超標(biāo)即算開路。

電機(jī)怠速電路特性,其是一個(gè)按正弦波動(dòng)的變化值,受影響因素很多;且電機(jī)工作在輪端,工作環(huán)境較為惡劣,無(wú)法保證電機(jī)的電流在任何時(shí)期都能精確穩(wěn)定。同時(shí)ESC在整個(gè)系統(tǒng)中處于上一個(gè)等級(jí),對(duì)各方面的要求設(shè)定應(yīng)該是最嚴(yán)苛的。綜合實(shí)際情況以及對(duì)安全的考慮,參考對(duì)標(biāo)件和ESC故障控制邏輯的判斷,確認(rèn)之前設(shè)定的PBC軟件監(jiān)控回路開路故障邏輯較為苛刻。而且,之前的設(shè)定未對(duì)單獨(dú)持續(xù)時(shí)間做具體要求,使得整體的控制邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn),容易造成誤報(bào)等。

對(duì)此確認(rèn)調(diào)整PBC軟件監(jiān)控回路開路故障的策略:即要求EPB在執(zhí)行過(guò)程中,檢測(cè)到整個(gè)回路中持續(xù)200 ms線路阻抗值大于55Ω時(shí)才觸發(fā)。這樣的更改保留了對(duì)開路閉值的要求,也對(duì) 閾值持續(xù)時(shí)間做了相應(yīng)的定義,既避免了誤報(bào),也確保真實(shí)的故障能被檢出。

結(jié)合以上分析,可以確定零件本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo),以及回路開路故障監(jiān)控策略不合理,是問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因。

改進(jìn)措施

根據(jù)故障件以及對(duì)軟件監(jiān)控邏輯的分析,對(duì)整個(gè)零件和軟件做相應(yīng)的整改,具體調(diào)整措施如下。

(1)增加零件端下線要求:EPB執(zhí)行器怠速電流下限值100%檢測(cè)并需要達(dá)標(biāo)。

(2)優(yōu)化軟件監(jiān)控策略:EPB在執(zhí)行過(guò)程中,檢測(cè)到回路阻抗持續(xù)200 ms并且大于55Ω時(shí)才報(bào)開路故障。

來(lái)源:電控知識(shí)搬運(yùn)工

審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:車輛EPB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能介紹

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