CN102029985A - 电子驻车制动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

此处公开一种电子驻车制动系统及其控制方法。该电子驻车制动系统包括：具有驻车拉索的驻车制动设备；力感测单元，其用于感测所述驻车拉索的张力；以及电子控制单元，其用于基于所述张力来测量所述驻车制动设备的制动力，估计模糊模型的制动力，并且基于测量出的制动力和估计出的制动力来判断所述驻车制动设备的故障。使用模糊模型估计张力，并且将该张力与测量出的制动力比较，由此有效地检测电子驻车制动系统的故障，并且由此提高车辆的稳定性和安全性。此外，如果残差超过基准值，则判断电子驻车制动设备发生故障并且向驾驶员给出警告，由此防止事故。

Description

电子驻车制动系统及其控制方法
技术领域
本发明的实施方式涉及用于检测电子驻车制动设备的故障的电子驻车制动系统及其控制方法。
背景技术
本申请要求2009年9月25日提交的韩国专利申请No.2009-0091189的权益，此处以引证的方式并入其公开内容。
总体而言，制动系统是使车辆在行使期间减速和停止并且同时保持车辆的停止状态的系统。制动系统包括使车辆在行使期间减速和停止并且同时保持车辆的停止状态的驻车制动设备。
驻车制动设备被配置为使得当在车辆中的驾驶员席一侧设置的杆被操作时，驻车拉索被拉动，接着向连接到驻车拉索的车轮提供制动力以保持车轮的停止状态，并且当杆被释放时，驻车拉索被松开以从车轮释放制动力。驻车制动设备使用驻车拉索的张力向车轮提供制动力或从车轮释放制动力的这种操作类型被称为拉索拉动器型。
对于这种拉索拉动器型驻车制动设备，无论何时驻车制动设备被操作，驾驶员必须操作杆，即车辆的驻车或制动仅仅通过驾驶员的意图而开始，并且因此驻车制动设备的使用非常麻烦。因此，开发了一种使驻车制动设备根据车辆的工作状态而通过电机自动操作的电子驻车制动(EPB)系统。
电子驻车制动(EPB)系统操作驻车制动设备或停止驻车制动设备的操作，并且通过开关操作结合手动操作模式、液压电子控制单元(HECU)、引擎电子控制单元(ECU)、以及牵引控制单元(TCU)来确保在紧急情况下制动的稳定性。
上述电子驻车制动(EPB)系统包括集成地形成的电子控制单元(ECU)、电机、齿轮、驻车拉索、以及力感测器。在此，电子控制单元(ECU)接收从液压电子控制单元(HECU)、引擎电子控制单元(ECU)、以及牵引控制单元(TCU)通过控制器区域网络(CAN)通信而输入的相关数据，理解驾驶员的意图，并且接着驱动电机。接着，通过驱动电机使齿轮操作，并且驻车拉索被齿轮的操作拉动以向车轮提供制动力，由此保持车辆的稳定状态。在此，力感测器感测驻车拉索的张力。此外，基于车辆状态和车辆坡度自动设定驻车拉索的张力，并且将驻车拉索的设定张力和驻车拉索的感测张力进行相互比较，由此向车轮施加适当的制动力。
如果用于感测驻车拉索的张力的力感测器发生故障，则不会提供足够的制动力，由此对车辆的安全造成严重危险。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种电子驻车制动系统及其控制方法，其有效地检测电子驻车制动设备的故障以确保电子驻车制动设备的操作的安全性和驾驶员安全性。
本发明的其它方面将在以下的描述中阐述，并部分地将从描述中变得明显，或可以从本发明的实践中了解。
根据本发明的一个方面，一种电子驻车制动系统包括：具有驻车拉索的驻车制动设备；力感测单元，其用于感测所述驻车拉索的张力；以及电子控制单元，其用于基于所述张力来测量所述驻车制动设备的制动力，估计模糊模型的制动力，并且基于测量出的制动力和估计出的制动力来判断所述驻车制动设备的故障。
该电子驻车制动系统还可以包括：电机，其用于向所述驻车拉索施加张力；电流感测单元，其用于感测所述电机的电流；以及电压感测单元，其用于感测向所述电机提供工作电力的电池的电压，并且所述电子控制单元可以包括模糊模型单元，所述模糊模型单元用于基于所述电流和所述电压来计算功率，基于所述电流来估计温度，计算所述驻车制动设备的操作时间，并且基于所述功率、估计出的温度、以及所述操作时间来估计所述模糊模型的制动力。
所述电子控制单元可以包括：残差计算单元，其用于通过将测量出的制动力和估计出的制动力相互比较来计算残差；以及判断单元，其用于通过将所述残差与基准值比较来判断所述驻车制动设备的故障。
所述电子控制单元还可以包括适应性基准值存储单元，该适应性基准值存储单元用于存储被定义为适应性基准值的基准值。
该电子驻车制动系统还可以包括显示单元，该显示单元用于显示所述驻车制动设备的故障。
根据本发明的另一个方面，一种电子驻车制动系统的控制方法包括以下步骤：当操作具有电机的驻车制动设备时，使用力感测单元来测量所述驻车制动设备的制动力，并且估计模糊模型的制动力；以及基于测量出的制动力和估计出的制动力来判断所述驻车制动设备的故障。
判断所述驻车制动设备的故障的步骤可以包括以下步骤：通过将测量出的制动力和估计出的制动力相互比较来计算残差；以及将所述残差与基准值比较，并且如果所述残差超过所述基准值，则判断所述驻车制动设备发生故障并且由此操作显示单元。
估计所述模糊模型的制动力的步骤可以包括以下步骤：计算所述电机中流动的电流以及向所述电机施加工作电力的电池的电压；计算所述驻车制动设备的操作时间；基于所述电机的电流来估计温度；以及基于功率、所述操作时间、以及估计出的温度来估计所述模糊模型的制动力。
附图说明
从以下实施方式的描述并结合附图，本发明的这些和/或其它方面将变得明显和更容易理解，附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的电子驻车制动设备的示例图；
图2是根据本发明的实施方式的电子驻车制动系统的框图；
图3是在根据本发明的实施方式的电子驻车制动系统中设置的电子控制单元的详细框图；以及
图4是例示根据本发明的实施方式的电子驻车制动系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施方式，在附图中例示出了其示例，其中相同的标号在整个附图中代表相同的部件。
图1是根据本发明的一个实施方式的电子驻车制动设备的示例图。图2是用于控制图1的电子驻车制动设备的电子驻车制动系统的框图，以及图3是在图2的电子驻车制动系统中设置的电子控制单元的详细框图。
如图1所示的电子驻车制动设备是拉索拉动器型电子驻车制动设备，其包括电机10、齿轮系20、螺母部件25、轴30、驻车拉索40、以及弹性部件50。拉索拉动器型电子驻车制动设备还包括与弹性部件50相邻设置的力感测单元110，以在电子驻车制动设备的工作期间检测驻车拉索40的张力。
如图2所示的电子驻车制动系统包括拉索拉动器型电子驻车制动设备、制动器60、车轮70、杆80、自动驻车开关90、电子控制单元(ECU)100、电压感测单元120、电流感测单元130、以及显示单元140。电子驻车制动系统还包括向各个部件提供工作电力的电池。在下文，将更详细地描述电子驻车制动系统。
在杆80或自动驻车开关90的操作期间通过从电池提供的电力使电机10以常规方向或相反方向旋转，并且电机10向制动器60提供制动力或释放制动力，由此操作制动器60或停止制动器60的操作。
齿轮系20通过电机10的旋转而被驱动，并且包括通过在其外圆周表面上形成的螺旋齿轮齿彼此啮合并旋转的多个齿轮，由此使轴30直线地往复运动。齿轮系20设置有螺母部件25，其与轴30螺丝连接并且在与轴30的运动方向相反的方向上运动。
轴30设置有在其外圆周表面上形成的螺丝，该螺丝与齿轮系20的螺母单元25螺丝连接。由此，随着齿轮系20被驱动，轴30在螺母部件25中旋转并且直线运动。驻车拉索40连接到轴30的末端，由此驻车拉索40根据轴30的直线运动而被拉伸或放松。当轴30运动时，对应于轴30的运动力的排斥力被施加到齿轮系20的螺母部件25。
驻车拉索40连接到轴30的末端，并且根据轴30的运动而拉伸或放松，由此向制动器60提供制动力。
基于齿轮系20的螺母部件25的运动使弹性部件50压缩。即，根据与螺母部件25的运动相对应的轴30的运动基于施加到驻车拉索40的张力而使弹性部件50压缩。
制动器60分别安装在两个后车轮70上，并且通过驻车拉索40连接到轴30。当基于轴30的直线运动的驻车拉索40的张力传递到制动器60时，制动器60向车轮70提供制动力或释放向车轮70提供的制动力。
杆80用于使用户选择驾驶模式(D)、空档模式(N)、倒车模式(R)、顺序模式(S)、或驻车模式(P)。在本实施方式中，将描述车辆的驻车模式(P)。杆80被用户操作以将驻车模式转换为驻车释放模式(即驾驶模式或空档模式)或将驻车释放模式转换为驻车模式，并且向电子控制单元(ECU)100发送操作信号。
当自动驻车开关90被用户开启时，自动驻车开关90向电子控制单元(ECU)100发送自动驻车模式设定信号。即，自动驻车开关90被配置为使得当自动驻车开关90被用户开启时，车辆的驻车模式或驻车释放模式根据车辆的状态变化而自动转换。
电子控制单元(ECU)100通过分析从杆80发送的模式信号来判断是否进行了从驻车模式到驻车释放模式或从驻车释放模式到驻车模式的模式变化，并且基于判断结果控制制动器60的操作。
当从自动驻车开关90向电子控制单元(ECU)100输入自动驻车模式设定信号时，电子控制单元(ECU)100设定自动驻车模式，通过基于从系统的不同感测器(未示出)或不同电子控制单元(未示出)发送的数据分析车辆状态，来判断是否进行了从驻车模式到驻车释放模式或从驻车释放模式到驻车模式的模式变化，并且如果判断出进行了从驻车模式到驻车释放模式或从驻车释放模式到驻车模式的模式变化，则控制电子控制单元(ECU)100的操作。此外，电子控制单元(ECU)100控制电机10的旋转以操作制动器60或停止制动器60的操作。由此，进行车辆的驻车模式或驻车释放模式。
电子控制单元(ECU)100基于从力感测单元110发送的数据来计算驻车拉索40的张力，基于驻车拉索40的张力来测量制动器60的制动力，并且基于测量出的制动力来控制电机10的旋转，由此控制驻车拉索40的张力和制动器60的制动力。
此时，电子控制单元(ECU)100使用模糊模型估计制动力以检测电子驻车制动设备的力感测单元110的故障，通过将所估计的制动力与测量出的制动力相比较来计算残差，并且判断设置在电子驻车制动设备上的力感测单元110发生故障并且控制显示单元140的驱动，如果残差超过基准值，由此使驾驶员能够识别电子驻车制动设备的故障。
在此，当操作电子驻车制动设备时，电子控制单元(ECU)100使用电池中流动的电压(V)和电机中流动的电流(I)计算功率(P＝VI)，对电子驻车制动设备的操作时间进行计算，并且估计电子驻车制动设备的温度，由此基于功率、操作时间、以及估计温度来估计模糊模型的制动力。
电子控制单元(ECU)100使用电流感测单元120感测的电流和欧姆定律(即V＝IR(电压＝电流*电阻))来估计电子驻车制动设备的温度。使用欧姆定律估计电子驻车制动设备的温度的原因是在低温下电机10的电阻和各个部件的电阻减小，由此大量的电流流过，而在高温下电机10的电阻和各个部件的电阻增大，由此小量的电流流过。
因此，电子控制单元(ECU)100使用在存储单元(未示出)中预先存储的代表根据电流的温度的查找表来估计电子驻车制动设备的温度。
在下文，将参照图3更详细地描述通过电子控制单元(ECU)100对电子驻车制动设备的故障的检测。
电子控制单元(ECU)100包括模糊模型单元100a、残差计算单元100b、适应性基准值存储单元(adaptability reference value storage unit)100c、以及判断单元100d。
模糊模型单元100a使用模糊模型并基于功率、电子驻车制动设备的操作时间、以及电子驻车制动设备的估计温度来估计制动力，并且将估计制动力发送到残差计算单元100b。
模糊模型单元100a用于基于模糊理论估计制动力。模糊理论在复杂非线性系统的控制期间通过划分模糊集而形成根据各个区域的规则基础(regular base)，由此相比于常规的非线性控制而获得优良的性能。
残差计算单元100b将从模糊模型单元100a发送的模糊模型的估计制动力与测量制动力相比较，并且由此计算之间的残差。
适应性基准值存储单元100c存储根据电子驻车制动设备的环境因素而调节的基准值。例如，电子驻车制动设备的环境因素包括温度。总体而言，消耗的功率的标准偏差与温度成反比，并且估计制动力的精确度在高温区域增加，而在低温区域降低。因此，使用上述属性，在具有高精确度的温度区域使用低基准值(阈值)，而在具有低精确度的温度区域使用高基准值，由此在检测电子驻车制动设备的故障时降低温度变化的影响。
判断单元100d将从残差计算单元100c发送的残差与从适应性基准值存储单元100b发送的适应性基准值相比较，并且如果残差超过适应性基准值则判断电子驻车制动设备发生故障，而如果残差未超过适应性基准值则判断电子驻车制动设备正常。
力感测单元110测量施加到驻车拉索40的张力。更具体地，与当电机10旋转时拉伸驻车拉索40的轴30的运动力相排斥的力被施加到螺母部件25并且由此螺母部件25运动，并且弹性部件50被螺母部件25的运动力压缩。接着，力感测单元110感测施加到驻车拉索40的张力，并且向电子控制单元(ECU)100传递张力。
在此，张力是指通过螺母部件25的旋转拉伸或放松驻车拉索40的力，并且当张力增加时，制动力增加。力感测单元110包括位置固定的霍尔感测器(未示出)、位置根据弹性部件50的压缩而改变的磁铁(未示出)。
即，当通过螺母部件25的运动使弹性部件50压缩时，力感测单元110的磁铁的位置改变，并且霍尔感测器和磁铁之间的距离改变且霍尔感测器感测的磁力强度变化。接着，霍尔感测器将所感测的磁力强度发送到电子控制单元(ECU)100。
由此，电子控制单元(ECU)100计算与霍尔感测器(霍尔IC)的变化的磁力强度对应的张力，并且测量对应于该张力的制动力。在此，基于霍尔感测器的信号振幅和磁铁的运动量之间的相互关系的驻车拉索40的张力是预定的。
霍尔感测器可以对在电机10在常规方向或反向方向的旋转期间电机10的旋转次数进行计数，并且将所计数的电机10的旋转次数发送到电子控制单元(ECU)100。
电压感测单元120感测施加到驱动电子驻车制动设备的电池的两端的电压，并且将感测电压发送到电子控制单元(ECU)100。电流感测单元130感测在被驱动以在电机10在常规方向或反向方向的旋转期间操作制动器60或停止制动器60的操作的电机10中流动的电流，并且将感测电流发送到电子控制单元(ECU)100。
显示单元140向驾驶员显示电子驻车制动设备是否发生故障。显示单元140使用蜂鸣器听觉地指示电子驻车制动设备的故障，或使用诸如LED的显示光视觉地指示电子驻车制动设备的故障。
图4是例示根据本发明的实施方式的电子驻车制动系统的控制方法的流程图。在下文，将参照图1到图4描述电子驻车制动系统的控制方法。
在此实施方式中，描述拉索拉动器型电子驻车制动设备。当通过操作杆80或启动自动驻车开关90执行自动驻车模式时，如果需要进行自动驻车则电机10旋转。
之后，电机10的旋转力由齿轮系20转换为轴30的直线运动，并且固定到轴30的末端的驻车拉索40被轴30的运动拉伸。当大于目标张力的张力被施加到驻车拉索40时，设置在车轮70上的制动器60进行操作，由此保持车辆的稳定姿态。
当电子驻车制动设备操作(操作201)时，如上所述，为了向制动器60提供适当的制动力，对施加到驻车拉索40的张力进行感测，基于张力测量施加到制动器60的制动力，接着基于所测量的制动力调节驻车拉索40的张力，由此使得向制动器60提供适当的制动力。在此，检测电子驻车制动设备是否发生故障。以下将更详细地描述。
如果判断出在开启自动驻车开关90之后执行了驻车模式，则电机10旋转。此时，轴30经过齿轮系20由电机10的旋转而运动，连接到轴30的末端的驻车拉索40根据轴30的运动而拉伸，并且张力被施加到驻车拉索40。
与轴30的运动方向相反的方向上的运动力被施加到螺丝连接到轴30的齿轮系20的螺母部件25，并且弹性部件50被齿轮系20的螺母部件的运动力压缩。随着螺母部件25运动并且弹性部件50被压缩，力感测单元110的磁铁运动并且由力感测单元110的霍尔感测器感测的磁力强度改变。基于力感测单元110的霍尔感测器感测的磁力计算驻车拉索40的张力，并且基于所计算的驻车拉索40的张力测量施加到制动器60的制动力(操作202)。
之后，使用电池中流动的电压(V)和电机10中流动的电流(I)计算功率(P＝VI)，计算电子驻车制动设备的操作时间，并且估计电子驻车制动设备的温度，由此基于功率、操作时间、以及估计温度来估计模糊模型的制动力(操作203)。
在此，使用电流感测单元120感测的电流和欧姆定律(即V＝IR(电压＝电流*电阻))来估计电子驻车制动设备的温度。代表根据电流的温度的查找表被预先存储在存储单元(未示出)中。
使用欧姆定律估计电子驻车制动设备的温度的原因是电机10的电阻和各个部件的电阻在低温下减小由此大量的电流流过，而电机10的电阻和各个部件的电阻在高温下增大由此小量的电流流过。
之后，通过将估计的模糊模型的制动力和测量出的制动力相互比较来计算残差(操作204)。接着，所计算的残差与基准值比较(操作205)，并且如果残差不超过基准值则判断电子驻车制动设备处于正常状态，如果残差超过基准值则判断电子驻车制动设备发生故障，并且显示单元140显示电子驻车制动设备的故障以使驾驶员能够识别电子驻车制动设备的故障。
在此，基准值是对应于电子驻车制动设备的环境因素的适应性基准值。
例如，电子驻车制动识别的环境因素包括温度。总体而言，消耗功率的标准偏差与温度成反比，并且估计的制动力的精确度在高温区域增大且在低温区域减小。因此，使用以上属性，在具有高精确度的温度区域使用低基准值(阈值)，并且在具有低精确度的温度区域使用高基准值，由此当检测电子驻车制动设备的故障时减小温度变化的影响。
通过使用有效地代表非线性系统的模糊模型估计制动力并且将估计的制动力和测量出的施加到驻车拉索的制动力进行比较，来检测电子驻车制动设备的故障。由此，有效地检测电子驻车制动设备的故障，由此提高车辆的稳定性和安全性。
此外，如果测量出的施加到驻车拉索的制动力和估计出的模糊模型的制动力之间的残差超过基准值，则判断电子驻车制动设备发生故障并且向驾驶员给出警告，由此防止事故。
之后，如果判断出电子驻车制动设备处于正常状态，则将测量出的制动器60的制动力与目标制动力比较。如果测量出的制动器60的制动力大于目标制动力，则电机10的旋转停止，而如果测量出的制动器60的制动力不大于目标制动力，则电机10的驱动被重新控制使得测量出的制动器的制动力达到目标制动力。
如上所述，根据电机10的电流计算驻车拉索40的张力，并且根据所计算的驻车拉索40的张力产生用于控制电机10的旋转的控制信号，由此精确地控制制动器60的制动力。
从以上的描述中明显可见，在根据本发明的一个实施方式的电子驻车制动系统及其控制方法中，使用有效地代表非线性系统的模糊模型来估计张力，并且将该张力与测量出的施加到驻车拉索的制动力进行比较，由此有效地检测电子驻车制动系统的故障并且由此提高车辆的稳定性和安全性。
此外，如果测量出的施加到驻车拉索的制动力和估计出的模糊模型的制动力之间的残差超过基准值，则判断出电子驻车制动设备发生故障并且向驾驶员给出警告，由此防止事故。
另外，通过根据温度变化考虑力感测单元的输出变化，来估计施加到驻车拉索的制动力，并且基于所估计的制动力来检测电子驻车制动系统的故障，由此即使在低温或高温状态下仍能够精确地检测电子驻车制动设备的故障。由此，电子驻车制动设备的故障的检测方法的可靠性提高。
尽管示出和描述了本发明的几个实施方式，本领域技术人员应当理解，可对这些实施方式进行改变而不背离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电子驻车制动系统，该电子驻车制动系统包括：
具有驻车拉索的驻车制动设备；
力感测单元，其用于感测所述驻车拉索的张力；以及
电子控制单元，其用于基于所述张力来测量所述驻车制动设备的制动力，估计模糊模型的制动力，并且基于测量出的制动力和估计出的制动力来判断所述驻车制动设备的故障。
2.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，该电子驻车制动系统还包括：
电机，其用于向所述驻车拉索施加张力；
电流感测单元，其用于感测所述电机的电流；以及
电压感测单元，其用于感测向所述电机提供工作电力的电池的电压，
其中所述电子控制单元包括模糊模型单元，所述模糊模型单元用于基于所述电流和所述电压来计算功率，基于所述电流来估计温度，计算所述驻车制动设备的操作时间，并且基于所述功率、估计出的温度、以及所述操作时间来估计所述模糊模型的制动力。
3.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，其中所述电子控制单元包括：
残差计算单元，其用于通过将测量出的制动力和估计出的制动力相互比较来计算残差；以及
判断单元，其用于通过将所述残差与基准值比较来判断所述驻车制动设备的故障。
4.根据权利要求3所述的电子驻车制动系统，其中所述电子控制单元还包括适应性基准值存储单元，该适应性基准值存储单元用于存储被定义为适应性基准值的基准值。
5.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，该电子驻车制动系统还包括显示单元，该显示单元用于显示所述驻车制动设备的故障。
6.一种电子驻车制动系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
当操作具有电机的驻车制动设备时，使用力感测单元来测量所述驻车制动设备的制动力，并且估计模糊模型的制动力；以及
基于测量出的制动力和估计出的制动力来判断所述驻车制动设备的故障。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中判断所述驻车制动设备的故障的步骤包括以下步骤：
通过将测量出的制动力和估计出的制动力相互比较来计算残差；以及
将所述残差与基准值比较，并且如果所述残差超过所述基准值，则判断所述驻车制动设备发生故障并且由此操作显示单元。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中估计所述模糊模型的制动力的步骤包括以下步骤：
计算所述电机中流动的电流以及向所述电机施加工作电力的电池的电压；
计算所述驻车制动设备的操作时间；
基于所述电机的电流来估计温度；以及
基于功率、所述操作时间、以及估计出的温度来估计所述模糊模型的制动力。
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