1、整体式汽车电子驻车制动系统试验台设计 龚建石 彭湃 田达笠 王洪亮 董巍 江苏澳瑞思液压润滑设备有限公司 南京理工大学机械工程学院 中国汽车技术研究中心 摘 要： 电子驻车制动系统 (EPB) 是汽车线控系统的重要组成部分, 能简化汽车操作, 提高汽车安全性。设计了一种整体式汽车电子驻车制动系统试验台, 利用 d SPACE 实时仿真系统搭建硬件在环仿真平台, 进行了电子驻车制动系统的控制仿真, 并进行了相关的试验测试, 测试结果表明本设计中整体式电子驻车制动系统试验台可以实现电子驻车制动系统各项功能。关键词： 汽车; 电子驻车制动系统; 试验台; 设计; 作者简介：龚建石 (1966-) ,
2、 男, 江苏南通人, 学士, 主要研究方向:机械设计与制造。收稿日期：2016-09-07基金：国家自然科学基金 (51205209, 51205204) Design of Test Bench of the Automobile Integrated Electrical Park Brake SystemGONG Jianshi PENG Pai TIAN Dali WANG Hongliang DONG Wei Jiangsu Honest Hydraulic School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science
3、 and Technology; China Automotive Technology Abstract： Electrical Park Brake system ( EPB) plays an important role in automobile linear control system, which can not only simplify the operation, but also improve the safety of vehicles. An automobile integrated electrical park brake test bench are de
4、signed in this paper, then the hardware in the loop simulation platform was built with the d SPACE as a system control unit to conduct the control simulation of the electrical park brake and the related experimental tests. Test results show that its all functions are realized in this test bench.Keyw
5、ord： automobile; electrical park brake system; test bench; design; Received： 2016-09-070 引言传统的机械式驻车制动系统的制动力全部源自驾驶员1-3, 而电子驻车制动系统 (electrical park brake) 的制动力全部由电机施加, 驾驶员只需拉起 EPB开关, 经 ECU 控制电机工作完成驻车 (制动) 4-6。与传统的机械式驻车制动系统相比, 电子驻车制动系统具有安全性高、使用寿命长、操作简单方便、更加人性化、节省驾驶室空间的优点7-8。在汽车电子驻车制动系统的开发过程中, 需要设计对电子驻车
6、制动系统样机进行模拟试验, 在试验过程中对其机械结构与电子控制系统进行优化与改进, 并对其性能指标和可靠性进行初步验证。针对这种情况, 非常有必要开发相应的电子驻车制动系统试验装置, 为电子驻车制动系统的开发提供试验条件与性能测试手段, 满足电子驻车制动系统在开发初始阶段的模拟实验要求。本文主要研究在实验室内的电子驻车制动系统测试9, 通过设计整体式电子驻车制动系统试验台, 模拟电子驻车制动系统在各工况下的工作状态。1 电子驻车制动系统简介1.1 整体式电子驻车制动系统整体式电子驻车制动系统由电机驱动机构带动伸缩杆做往复运动, 从而拉紧或松开与该伸缩杆相连的制动钢索以实现制动器的制动或松开、实
7、施驻车制动或解除。整体式电子驻车制动系统具有结构简单、成本低、便于普及等特点10-12, 其系统组成如图 1 所示。图 1 整体式 EPB 的系统框架 下载原图1.2 整体式电子驻车制动系统试验台功能为实现对电子驻车制动系统功能的测验, 所设计的整体式电子驻车制动系统试验台具有以下的功能:1) 人机交互输入;2) 电机转速测定;3) 车辆状态输入;4) 实验平台倾角测定;5) 制动力测定;6) 电机电流测定。2 整体式电子驻车制动系统试验台功能模块设计依据整体式电子驻车制动系统试验台的所需实现的功能, 将试验台分为图 2 所示的 6 个模块进行设计。图 2 试验台的功能模块 下载原图2.1 倾
8、角调整传感器模块的设计通过转动手轮方便可靠地调整安装板相对于底座的倾角, 且由于梯形丝杠具有自锁功能, 在达到设定倾角后, 安装平台能稳定保持在此位置。如图 3 所示。图 3 倾角调节模块 下载原图2.2 人机交互模块的设计所设计的试验台人机交互模块整合在一个电子开关盒中。定义短扣/短按手动开关动作为驻车/解除驻车意愿, 短按 AUTO HOLD 开关, 进入 AUTO HOLD 模式;若驾驶员操作不当或系统故障时, 报警指示灯亮;整体式电子驻车制动系统试验台工作时, 电源指示灯亮;右旋总开关能够立即切断试验台电源。2.3 拉力传感器模块的设计为了准确测定制动力的大小, 所设计的试验台需在执行
9、机构与制动器之间加装拉力传感器。选择 HP-3K 型数显式推拉力计, 其最大量程为 500 kg。整体式电子驻车制动系统试验台的各功能模块设计完成之后, 最终的试验台成品如图 4 所示。图 4 整体式电子驻车制动系统试验台 下载原图3 整体式电子驻车制动系统试验台的试验测试3.1 整体式电子驻车制动系统的仿真平台的工作原理利用 Auto Box 搭建整体式电子驻车制动系统的硬件在环仿真平台。所设计的试验仿真平台主要由计算机、Auto Box、驱动电路板以及执行器这 4 部分组成。其中, 计算机主要用于搭建 MATLAB/Simulink 中的控制程序, 并通过 Control Desk 软件对
10、电子驻车制动系统的运行进行检测;Auto Box 作为电子驻车制动系统的电子控制单元。硬件在环仿真平台总体架构图如图 5 所示。图 5 硬件在环仿真平台总体架构图 下载原图试验仿真平台的主要搭建过程如下:首先在 MAT-LAB/Simulink 软件中建立整体式电子驻车制动系统的仿真模型框图, 并依据仿真结果设置试验参数;接着将仿真系统中的输入输出接口用 d SPACE 中的 I/O 接口进行连接, 从而构成一个闭环控制系统;在 MATLAB/Simulink 和 Real-Time Workshop 中将整体式电子驻车制动系统仿真模型框图转换为 C 语言代码;最后经过 d SPACE 所提供
11、的编译器将程序代码编译并载入到 Auto Box 中的控制板卡。同时利用 Control Desk 软件对电子驻车制动系统的仿真运行过程进行实时监控。试验平台的工作原理:调节试验台安装板到某一预定角度, 短扣手动开关, 则驻车信号传递到仿真模块;AutoBox 控制模块控制试验台的执行器施加驻车制动, 此后试验台上的传感器向 Auto Box 控制模块反馈制动状态信号;达到所需制动力后, Auto Box 控制模块控制执行器停止作动, 车辆保持驻车状态。3.2 辅助坡道起步功能测试选择辅助坡道起步功能作为测试内容:短按 EPB 开关盒上的 Auto Hold 按钮后, 控制系统就进入自动运行模
12、式, Auto Hold 指示灯被点亮, 然后电子控制单元通过采集到的指令和信号进行判断, 从而解除驻车制动力, 当采集到的正确拉力信号值满足临界值时, 系统控制伺服电机停止转动, 确定本次驻车指令完成后, 点亮 APP 指示灯, 与此同时通过 Control Desk 软件检测系统智能驻车过程中的数据变化情况, 整理其相关实时数据如图 7 所示。由图 7 数据可知, 在解除驻车过程中, 坡道角度一直为 6.31。当时间为 0.4 s 时, 电机电流开始增加;当时间为 0.403 s 时, 电机转速开始增加;与此同时制动拉力也开始变小;当时间为 1.016 s 时, 电流趋于 0, 然后制动拉
13、力和电机转速也趋于不再变化;最后解除驻车结束时, 制动拉力值为 0 N, 车辆已经可以安全起步行驶。图 7 解除驻车时的变化曲线 下载原图图 7 解除驻车时的变化曲线 下载原图其余测试结果同样达到预期的设计目标, 表明所设计的整体式电子驻车制动系统试验台能够实现电子驻车制动系统的各项功能。4 结语为实现对电子驻车制动系统功能的测试, 设计出一种整体式电子驻车制动系统试验台。由所期望实现的电子驻车制动系统的功能出发, 确定了试验台的各功能模块及其结构, 利用 d SPACE 实时仿真系统搭建硬件在环仿真平台, 进行了电子驻车制动系统的控制仿真。测试结果表明, 所设计的整体式电子驻车制动系统试验台
14、能够实现电子驻车制动系统的各项功能。参考文献1王洪亮, 苑庆泽, 钟焕祥, 等.基于 EPB 的汽车坡道起步自动控制技术J.北京理工大学学报, 2014, 34 (4) :344-348. 2MONTI A, POTHIN R.Syatem and Method foe Controlling the Release of an Automatic Parking Brake Device Onboard an Automobile:US, 20100262329 A1P.2010-10-14. 3SUNAO H, TOMOAKI F, MASAHIRO N.Brake Control App
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