面向重型卡车的电子驻车系统关键应用技术

赵 阳，王卫翼

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京 101400）

1 前言

电子驻车系统(Electronic Parking Brake，EPB) 属于车辆制动系统的一种，尤其作为重型卡车的核心系统，其功能和性能直接影响车辆的安全性。与传统机械手刹相比，电子驻车系统（以下简称EPB）是通过电子控制方式实现驻车制动及驻车制动与行车制动相结合的电子控制系统，即EPB将传统的机械式手刹变成了电子控制手刹，它用电子元件取代部分机械元件，融合行车制动、驻车制动等功能，使得车辆驾驶更加智能化[1]。随着行业技术进步，国内重型卡车正在向智能化发展，制动系统也随之向电子化方向发展。EPB以其智能性、舒适性等优势逐步替代传统的机械驻车系统[2]。本文将从EPB系统介绍、EPB系统功能、系统气路原理和系统电路原理等方面，对重型卡车的EPB系统关键应用技术进行阐述。

2 EPB系统介绍

电子驻车控制方式如图1所示。EPB系统取消了机械驻车手阀，驾驶员通过操作电子驻车开关就可以轻松实现驻车制动控制。

图1 电子驻车控制方式

1）EPB使驻车制动控制更具智能性，即使车辆停车后驾驶员没有进行驻车操作，EPB也能够自动完成驻车。在车辆起步时，无需手动释放手刹，EPB就会自动解除驻车制动。

2）电子驻车开关信号输入到EPB模块，EPB计算出目标输出气压，然后通过对进气电磁阀和排气电磁阀控制，使继动阀输出压力达到目标值[3]。

3）EPB模块需要接收来自整车的钥匙开关、车速、油门踏板位置、变速器挡位等信号，用于实现自动驻车、自动释放等功能。

3 EPB系统功能

3.1 基本控制功能

通过操作电子驻车开关（图2），EPB系统可实现以下基本控制功能。

图2 电子驻车开关

1）手动驻车：在钥匙开关接通条件下，将电子驻车开关向外拉到极限位置，主车断气制动和挂车同时实施制动，驻车完成后，开关上的指示灯点亮。

2）释放手刹：在钥匙开关接通条件下，踩下制动踏板，内推电子驻车开关，驻车制动解除。制动解除后，开关上的指示灯熄灭。

3）线控输出：外拉电子驻车开关，但不到极限位置，实施部分制动，制动力大小和开关外拉行程成正比。线控输出一般仅作为应急制动（脚刹失效时）使用。车速低于30km/h时，开关释放后，制动自动解除；车速高于30km/h时，需手动释放。

4）挂车制动：点按挂车独立制动开关，激活挂车独立制动功能（指示灯点亮），然后再操作电子驻车开关（不到极限位置），仅对挂车实施制动，制动力大小和开关外拉行程成正比。该模式主要用于行车中对挂车实施制动。

3.2 特殊功能

本文介绍的EPB系统，除了上述基本驻车功能外，还提供以下特殊功能。

1）自动驻车：车辆熄火且车速为0时，EPB会自动驻车。

2）驻车制动自动释放：当通过启动发动机、挂挡、松离合、踩油门等信号判定车辆正在起步且发动机输出扭矩达到一定值时，EPB系统自动解除驻车制动。当EPB内置坡度传感器检测到车辆逆坡起步时，会自动提高扭矩释放点，有效防止车辆起步溜车。

3）低压强制释放：气压低于4bar时，手动不能解除驻车制动，如果需要强制释放驻车制动，则需要踩住脚刹的同时按下电子驻车开关并保持5s以上。

4）拖车模式：车辆ON挡上电、气压正常且未驻车的情况下，内推EPB开关并保持不动，然后断开钥匙开关，超过5s后再松开EPB开关，车辆保持未驻车状态，拖车模式激活。

5）驻车力度检测：连续两次EPB开关上拉到底，第1次上拉到底松开，第2次上拉到底后保持5s以上，激活驻车力度检测模式，该模式下只对主车实施制动。松开EPB开关后，退出驻车力度检测功能，保持主、挂车全制动。

4 EPB系统气路原理

EPB系统与ABS（防抱死制动系统）及EBS（电子制动系统）均能兼容。4×2牵引车EPB系统气路如图3所示。用于驻车控制的电子驻车阀通过1、21、23这3个接口分别与整车气源、主车弹簧制动气室、挂车制动阀43口相连接。

图3 4×2牵引车EPB系统气路

电子驻车阀结构如图4所示，它集成了EPB模块、继动阀、进气电磁阀、排气电磁阀、挂车检测电磁阀、挂车独立制动电磁阀、气压传感器等部件。

图4 电子驻车阀结构

4.1 驻车控制状态

驻车控制状态气路如图5所示。排气电磁阀通电打开，进气电磁阀保持断电关闭状态，挂车检测电磁阀和挂车独立电磁阀处于断电状态。继动阀控制端口压缩空气通过排气电磁阀，最终由排气口排入大气。控制端口压力完全释放后，继动阀动作，输出端口不再与气源接口相通，而是变为与排气口相通。继动阀的动作后，产生两个结果：一是挂车制动阀43口的压缩空气经电子驻车阀23口、挂车检测电磁阀、继动阀、排气口排入大气，挂车制动阀控制挂车产生制动；二是主车弹簧制动气室压缩空气经电子驻车阀21口、挂车独立制动电磁阀、继动阀、排气口排入大气，主车断气、刹车。

图5 驻车控制状态气路

4.2 制动解除控制

制动解除气路如图6所示。进气电磁阀通电打开，排气电磁阀保持断电关闭状态，挂车检测电磁阀和挂车独立电磁阀处于断电状态。来自1口的压缩空气通过进气电磁阀进入到继动阀的控制端口，继动阀随即开启。压力传感器检测继动阀的输出压力。继动阀输出分为2路：一路输出经过挂车检测电磁阀、电子驻车阀23口，最终到达挂车制动阀43口；在43口气压作用下，挂车制动阀解除挂车制动；另一路输出经过挂车独立制动电磁阀、电子驻车阀21口，最终到达后桥弹簧制动气室，使主车驻车制动解除。

图6 制动解除气路

只有当驻车气路气压大于4bar时，EPB模块接收到解除信号后才会发出解除驻车制动指令。

4.3 挂车独立制动控制

挂车独立制动控制气路如图7所示。按下挂车独立制动开关后，EPB模块会为挂车独立制动电磁阀通电，挂车独立制动电磁阀动作后，直接将电子驻车阀的21口和1口接通，来自1口的压缩空气经挂车独立制动电磁阀、电子驻车阀21口，最终到达主车弹簧制动气室，使主车制动一直处于解除状态。在这种情况下，如果操作电子驻车开关，仅对挂车实施制动控制。

图7 挂车独立制动控制气路

4.4 驻车力度检测控制

驻车力度检测控制气路如图8所示。在进行驻车操作时，连续拉动驻车制动开关2次，然后保持在极限行程位置超过5s，EPB系统进入驻车力度检测控制模式，此时挂车检测电磁阀通电。挂车检测电磁阀动作后，直接将电子驻车阀的23口和1口接通，来自1口的压缩空气经挂车检测电磁阀、电子驻车阀23口，最终到达挂车制动阀43口，解除挂车制动。与此同时，排气电磁阀通电打开，使继动阀动作，主车弹簧制动气室内压缩空气经过电子驻车阀21口、挂车独立制动电磁阀、继动阀、排气口排入大气，主车断气、制动。通过驻车力度的检测，可以帮助判断车辆是否可能溜车。

图8 驻车力度检测控制气路

5 EPB系统电路原理

EPB系统电路如图9所示，由电源、通信、开关和传感器输入、电磁阀输出等部分组成。

图9 EPB系统电路

EPB模块有1个常电源（25号）和1个IG电源（9号），其中IG电源用于模块唤醒。搭铁线（24号）在底盘线束1号搭铁点完成搭铁。

电子驻车开关共向EPB模块提供3个信号。开关外拉到极限位置时，开关1号和3号针脚接通，EPB模块14号针脚电位由高变低，EPB模块收到该信号后，执行驻车。内推开关时，开关5号和3号针脚间的连接断开，EPB模块15号针脚电位由低变高，EPB模块收到该信号后，如果同时接收到来自CAN的制动信号，EPB模块发出解除驻车制动指令。

开关6号和9号针脚是一对成比例关系的位置信号，EPB依据这一对位置信号判定开关外拉行程位置，EPB模块依据开关位置计算出目标输出气压值（开关外拉行程和继电器输出气压成反比）。这种线性输出控制方式（开关未拉到极限位置），主要用于应急制动。车速低于30km/h时，松开开关后制动随即释放。

挂车独立制动开关是个瞬时位置开关，点击它时，开关13号针脚短时与3号针脚接通，EPB模块21号针脚电位短时间变低，EPB接收到此信号后，会为5号针脚加24V电源，挂车独立制动电磁阀通电，使主车弹簧制动气室一直保持充气（制动解除）状态。此时若操作电子驻车开关，只有挂车实施制动。开启挂车独立制动模式后，EPB为16号针脚搭铁，开关上的挂车指示灯会点亮。

无论是线性制动（非极限位置操作）还是驻车操作，只要是实施了制动，EPB的3号针脚就会搭铁，点亮开关上的驻车指示灯。

6 结束语

电子驻车系统作为车辆的制动安全系统之一，直接决定了车辆的安全性能[4-5]。EPB系统可以有效避免传统机械手刹忘记拉起或者拉不紧导致溜车的情况，对车辆本身和其他交通参与者有重要的安全保护作用，而运用在重型卡车的EPB系统，使整车的安全性、电子化、智能化水平得到进一步提升，是重型商用车制动系统实现线控的重要步骤和环节。未来，电子驻车系统将逐步取代传统的机械控制方式，成为行业的主流驻车制动解决方案。