汪愛軍、秦勇、王珺玞、梁必忠

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007；2.湖南湖大艾盛創(chuàng)制科技有限公司，柳州545007）

0 引言

EPB（Electronic Parking Brake）系統(tǒng)即電子駐車制動系統(tǒng)，主要是用電子控制的方式取代原來使用駐車制動手柄、拉索等機(jī)械手動操作的部分，從而完成整個駐車制動過程。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)[1]。

但由于拉線式EPB 本身的一些弊端，如左右輪無法實(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。

1 EPB 的系統(tǒng)、基本結(jié)構(gòu)、功能

1.1 集成式EPB 系統(tǒng)

集成式EPB 系統(tǒng)通過車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）單元、駐車制動開關(guān)、線束和2 個EPB 卡鉗總成來執(zhí)行動作。EPB 的執(zhí)行器被包含在后制動卡鉗總成中從而避免了附加的拉索安裝并且使執(zhí)行器能夠直接對后輪施加制動力。整個系統(tǒng)在整車上的布置如圖1所示。

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。整個系統(tǒng)中，由ESC 與外界通訊，接收外部指令同時通過集成的軟件判斷并控制完成相關(guān)的動作。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 會負(fù)責(zé)輸入相關(guān)整車系統(tǒng)信號同時作為外部接口發(fā)出相關(guān)的故障碼。在整個系統(tǒng)中，ESC 和EPB 供應(yīng)商通過VDA-305 協(xié)議，按相關(guān)邏輯分工完成對應(yīng)的控制（圖2）。

圖2 集成式EPB 系統(tǒng)控制邏輯圖

1.2 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）。當(dāng)有電流通過時，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動齒輪驅(qū)動來推動卡鉗內(nèi)部的螺桿螺套來運(yùn)動，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，用來實(shí)現(xiàn)行車制動的功能[2-3]（圖4）。

圖3 EPB 卡鉗總成結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 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

從集成式EPB 的功能來看，它除了有傳統(tǒng)機(jī)械式駐車制動系統(tǒng)的一些功能外，還能結(jié)合電子控制的方面，完成如自動夾緊、起步自動釋放、自動保持、熱盤/溜車再夾緊、行車緊急制動、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)[4]。特別是自動保持和行車緊急制動，首先要滿足一定的操作條件，同時要有ESC 介入。但這些功能的增加，使得整個系統(tǒng)操作更加便利，便于提升用戶的感知質(zhì)量。

2 故障問題

2.1 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)故障燈報警的問題，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）。實(shí)車表現(xiàn)為某一側(cè)車輪出現(xiàn)拖滯或者無法釋放等問題。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

圖5 儀表板上的故障報警提示

2.2 故障診斷

對故障車用診斷儀通過OBD 接口讀取對應(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（表3）。

表3 故障代碼信息

2.3 故障分析

基于實(shí)車表現(xiàn)和確認(rèn)的整車故障代碼，為鎖定問題，通過對實(shí)車零件進(jìn)行對換、臺架試驗(yàn)等進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖6所示。由此可以判斷，EPB 零件與故障相關(guān)。

圖6 零件對換及臺架試驗(yàn)測試結(jié)果

3 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 工作過程中，檢測到整個回路阻抗超過軟件設(shè)定的閾值。同時在整個拉起或者釋放過程中，如EPB 工作時間超過設(shè)定的閾值，軟件也會同時報運(yùn)轉(zhuǎn)超時故障。

針對該問題，使用魚骨圖對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析（圖7）。

圖7 魚骨圖分析

3.1 故障件基本尺寸、工藝等確認(rèn)

拆解故障件執(zhí)行器，對相關(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)行測量和結(jié)果分析，確認(rèn)對應(yīng)零部件無問題（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。

圖8 故障件執(zhí)行器拆解

3.2 故障件性能參數(shù)測試

對故障件進(jìn)行怠速電流檢測時發(fā)現(xiàn)，其電流波動較大，不滿足設(shè)計要求（怠速電流≥0.30 A）。故障件的電流檢測如圖9所示。

圖9 故障件檢測電流

故障件的電機(jī)空轉(zhuǎn)電流波動大，電流最低值甚至小于0.20 A，不符合要求。如果此時操作EPB 開關(guān)，整個回路中的阻抗在某個時候可能會大于55 Ω（如電壓12.00 V 時，可得出此時電流值低于0.22 A），這樣就觸發(fā)代碼1 或者代碼3。而如果此時還是一直操作開關(guān)，讓EPB 持續(xù)工作，時間超過EPB 夾緊或釋放的要求，就會出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)超時的故障，也就是代碼2 或者代碼4。

從以上基本的檢測和測試，確認(rèn)故障件本身零件是有缺陷的。

3.3 開路控制軟件邏輯

集成式EPB 系統(tǒng)中，PBC 軟件會對EPB 總成在整個回路中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，ESC 也會對外部輸入的電壓、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ESC 對整個系統(tǒng)回路判定接觸不良或者開路條件：在持續(xù)195 ms 內(nèi)檢測到通過回路的電壓和電流有異常，則會報相應(yīng)的錯誤。而對應(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，是要求在200 ms 內(nèi)任何時間段出現(xiàn)2 次阻抗值超標(biāo)即算開路。

電機(jī)怠速電路特性，其是一個按正弦波動的變化值，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，無法保證電機(jī)的電流在任何時期都能精確穩(wěn)定。同時ESC 在整個系統(tǒng)中處于上一個等級，對各方面的要求設(shè)定應(yīng)該是最嚴(yán)苛的。綜合實(shí)際情況以及對安全的考慮，參考對標(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)定未對單獨(dú)持續(xù)時間做具體要求，使得整體的控制邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)，容易造成誤報等。

對此確認(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)行過程中，檢測到整個回路中持續(xù)200 ms 線路阻抗值大于55 Ω時才觸發(fā)。這樣的更改保留了對開路閾值的要求，也對閾值持續(xù)時間做了相應(yīng)的定義，既避免了誤報，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，是問題出現(xiàn)的主要原因。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)故障件以及對軟件監(jiān)控邏輯的分析，對整個零件和軟件做相應(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%檢測并需要達(dá)標(biāo)。

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

使用改進(jìn)后的零件以及更新監(jiān)控策略軟件后，在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的故障。批量更改后，售后端也未再報類似故障，確認(rèn)相關(guān)的改進(jìn)措施有效。

5 結(jié)束語

本文對某車型EPB 系統(tǒng)故障燈頻繁點(diǎn)亮問題進(jìn)行分析，得出影響因素如下。

（1）EPB 零件本身的電流波動大，使得在某一瞬間整個回路的阻抗值過大導(dǎo)致觸發(fā)報警。

（2）EPB 控制軟件監(jiān)控開路的判斷邏輯不合理，導(dǎo)致容易觸發(fā)故障。

通過對問題的深入分析，確認(rèn)在嚴(yán)格管控下線零件以及優(yōu)化更新控制軟件后，該車型EPB 頻繁亮燈問題得到了徹底的解決。

EPB 系統(tǒng)以其操作簡便，響應(yīng)及時等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到用戶的喜愛，也應(yīng)用到越來越多不同的車型。但實(shí)際運(yùn)行過程中，由于其相對于傳統(tǒng)卡鉗來說，多了相應(yīng)的電控部分，也會偶而發(fā)生故障。在實(shí)際開發(fā)中，針對具體的故障問題，運(yùn)用分析工具、結(jié)合零件生產(chǎn)、控制策略以及零件本身的工作原理等，通過逐步分析，也能快速鎖定故障原因并予以改進(jìn)，進(jìn)而為用戶提供滿意的服務(wù)。