CN102431530B - 智能驻车制动及辅助起步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能驻车制动及辅助起步控制方法，步骤：智能驻车制动控制器初始化，读取单片机存储的控制参数；读取车速信号V、制动踏板行程信号Db、油门踏板行程信号Da、变速器档位信号Js、点火钥匙门开关信号key、使能开关信号Button、前轮轮速信号ωf、后轮轮速信号ωr和坡度信号Sa；根据读取的信号与满足的响应条件，调用与执行智能驻车控制流程、辅助起步控制流程、驻车制动自退出控制流程、长期驻车控制流程、应急制动控制流程或人为关断复位控制流程；根据各控制流程计算的电机目标制动力换算电机目标转矩：根据得到的电机目标转矩计算电机目标转子电流；根据电机目标转子电流控制电机PWM驱动控制电路的占空比。

Description

智能驻车制动及辅助起步控制方法

技术领域

本发明涉及一种同时可应用于手动档和自动档车型的智能驻车制动及辅助起步控制方法。

背景技术

随着汽车技术的发展，人们对汽车的舒适性、安全性、智能化和人性化的要求越来越高。对于目前普遍使用的机械式人力驻车制动系统，也朝着电控方向发展。Bosch公司开发的行车制动系统具备了坡道起步控制功能(Hill HoldControl：HHC)。对于装备该系统的手动档车型在坡道起步时，无需通过油门踏板、离合器踏板及驻车手柄(或刹车踏板)的配合完成坡道起步；对于装备该系统的自动档车型在陡坡起步时，也无需通过油门踏板和驻车手柄的配合完成坡道起步。当汽车停稳，驾驶员松开刹车踏板后，液压系统保持制动前的制动力维持最长达2秒中，以后制动压力下降。在这段时间内，驾驶员有充足的时间踩踏加速踏板使汽车起步，在确认汽车要起步后制动压力释放。美国天合(TRW)公司的EPB产品是具备更多功能的电子驻车制动系统，目前德国大众的奥迪A6、A8及一汽大众的迈腾轿车相继采用了天合的EPB系统。该系统由电子按钮手动操作。电子制动系统由装有行星减速机构和电机的左、右后制动钳和电控单元组成，该系统电控单元与整车控制器局域网(CAN)通讯，对左右后制动钳上的电机进行控制。当需要驻车制动时，EPB按钮被按下，按钮操作信号反馈给电控单元，由电控单元控制电机和行星减速齿轮机构工作，对左右后制动钳实施制动。当发动机熄火后，电控单元控制电机实施驻车制动，此外在坡路起步时，EPB电控单元根据发动机转速、离合器行程及档位信号，控制左右轮后制动钳在牵引力大于行驶阻力时自动松开制动器，车辆自动驶离，能有效防止溜车，但前提是需要按下AUTO HOLD按钮。EPB系统还可以与电子稳定性控制系统ESC配合实现主动制动控制，以提高汽车安全性。浙江亚太机电股份有限公司也成功开发过类似的EPB系统，并成功申请专利。

虽然EPB系统可以实现诸如自动驻车、坡道辅助起步以及应急制动、主动制动等功能，但是绝大多数EPB系统都是通过电子机械制动器实施的驻车制动力，而EPB按钮并无机械连接轮缸，仅仅是一个电子开关。而装配电子机械制动器将带来成本的大幅提升，而且有些汽车是四个车轮都装配了这样的电子机械制动器，这就造成了EPB大部分出现在豪华车的装备单上。而且电子机械制动器布置在制动钳体上，工作环境恶劣，其可靠性受到影响，电控系统失效时的可靠性无法保障。此外目前的EPB系统都需要驾驶员按动EPB按钮来触发电动驻车制动功能，虽然体力负担得以减轻，但是还是稍显繁琐，而且制动力也并没有随着坡度和整车质量的变化而调节。总是施加满载情况下的驻车制动力在起步时突然释放制动力，会发生汽车前窜并可能导致发动机熄火等现象，降低了起步时间和驾驶员舒适性。因此并没有实现智能驻车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种智能驻车制动及辅助起步控制方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法包括如下步骤：

1.智能驻车制动控制器初始化，完成自检过程，并读取型号为MC9S12x的单片机内存中存储的控制参数：

(1)控制阈值：车速阈值V0、车速阈值V1、车速阈值V2与车速阈值V3，单位，km/h；制动踏板开度阈值Db0和制动踏板开度阈值Db3，单位，度；油门踏板开度阈值Da0；额外增加的目标制动力Fb0和额外增加的目标制动力Fb1，单位，N；坡度变化率阈值dSa0；前轮转速控制阈值ωf0，单位，r/min。

(2)控制系数：电压占空比与目标制动力换算系数Ku，惯性力折算到制动力的换算系数Ka，考虑坡度变化率的质量系数Kα，释放制动时驻车制动力增加倍数Kf。

(3)物理常数：汽车整备质量M0，单位，kg；计算用标准乘员质量Mp，单位，kg；重力加速度g，单位，m·s^-2；车轮半径rw，单位，m。

(4)时间常数：子程序中使用的延迟时间常数t1，延迟时间常数t2，延迟时间常数t3，延迟时间常数t4。

(5)智能驻车制动系统使能状态参数ipb：汽车重新点火，智能驻车制动控制器(11)上电后，智能驻车制动系统使能状态参数ipb为1。

2.智能驻车制动控制器读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、油门踏板行程信号Da，单位，度、变速器档位信号Js、点火钥匙门开关信号key、使能开关信号Button、前轮轮速信号ωf，单位，r/min、后轮轮速信号ωr，单位，r/min和坡度信号Sa，单位，度。

3.根据智能驻车制动控制器所读取的信号与所满足的响应条件，分别调用与执行智能驻车控制流程、辅助起步控制流程、驻车制动自退出控制流程、长期驻车控制流程、应急制动控制流程或人为关断复位控制流程。

4.根据调用与执行的各控制流程计算得到的驻车制动电机的目标制动力用下式换算电机目标转矩：

Tm＝Kt*Fb*rw          (13)

Tm-电机目标转矩，单位.Nm，Kt-考虑制动鼓半径、制动器制动因数、驻车制动杠杆比与驻车制动电机绞轮半径这些结构参数确定的换算系数，该换算系数通过实际测定乘积计算得到，它在智能驻车制动控制器(11)中为一固定常数，Fb-驻车制动电机的目标制动力，单位，N，rw-车轮半径，单位，m。

5.根据计算得到的电机目标转矩按下式计算电机目标转子电流：

ia＝Ki*Tm            (14)

ia-电机目标转子电流，单位.A，Ki-驻车制动电机力矩常数。

6.根据得到的电机目标转子电流控制驻车制动电机PWM驱动控制电路的占空比，依据下式实现对驻车制动电机转矩的控制；

αu＝Kui*ia＝Ku*Fb    (15)

αu-电机电压PWM控制电路的占空比，Kui-根据目标电流换算到电压占空比的换算系数，实际应用时，根据等式右侧将目标制动力直接换算成控制电压占空比，即Ku＝Kui*Ki*Kt*rw。

技术方案中所述的智能驻车控制流程包括如下步骤：

1)智能驻车制动控制器读取档位信号Js、制动踏板行程信号Db，单位，度、车速信号V，单位，km/h、后轮轮速信号ωr，单位，r/min与坡度信号值Sa，单位，度。

2)存储第一次采样的坡度信号Sa为坡度值Sa0，单位，度。

3)对于手动挡车，如果档位为空挡，即Js＝0且车速小于设定的阈值，即V＜V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db＞Db0，其中V0为设定的车速阈值，取值范围为3km/h～7km/h，Db0为制动踏板控制阈值，取值范围为5％～10％，满足以上条件时，智能驻车制动控制器实施驻车制动功能，按公式Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力，其中：g为重力加速度，单位，m·s^-2；acc为计算的汽车减速度，单位，m·s^-2；Me为估算的汽车质量，单位，kg；Ka为考虑汽车惯性力制定的比例系数；Fb0为安全起见，额外增加的目标驻车制动力，单位，N。

对于自动挡车，如果档位为P挡或N挡，即Js＝P或Js＝N且车速小于设定的阈值，即V＜V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db＞Db0，智能驻车制动控制器(11)实施驻车制动功能，按公式Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力。

4)智能驻车制动控制器(11)根据目标驻车制动力大小采用PWM控制驻车制动电机供电电压的占空比，改变电机平均端电压来改变电机输出力矩实施制动，目标驻车制动力与占空比的比例控制系数Kα和车轮半径rw、制动鼓或制动盘半径rb、制动器制动因数B、制动器驻车杠杆比iz、拖动拉索的绞轮半径rj以及电机的力矩系数Ki成线性比例关系。

5)实施制动后，再次读取新的坡度信号；将新读取的坡度信号赋值给坡度值Sa1。

6)将坡度值Sa0和坡度值Sa1作为参数，调用汽车质量估算控制流程估算汽车质量Me。

7)存储估算的新的汽车质量Me。

8)智能驻车制动控制器读取后轮轮速信号，连续t1＝2或3秒判断轮速是否小于设定的门限值，如果该时间内轮速信号都满足此条件，表明汽车基本停稳，此时不再增加驻车力，采用棘轮棘爪机构锁死智能驻车制动系统，保持驻车制动力，驻车制动电机断电，以防驻车制动电机堵转发热失效。

技术方案中所述的计算目标驻车制动力的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器(11)读取后轮轮速信号ωr，单位，r/min，坡度信号值Sa，单位，度，钥匙门开关key信号。

2)判断是否key＝1，即判断汽车有无熄火，是否停止运行，如果熄火，即key不等于1，汽车质量Me由汽车整备质量M0与5位标准乘员质量Mp求和得到，此计算的汽车质量也可作为汽车长期驻车时，用以计算驻车制动力所需的汽车质量。

如果发动机在运转，即key等于1，将直接读取上次存储在智能驻车制动控制器内存中的汽车质量Me。

3)按下式计算计算汽车减速度

acc＝(ωr1-ωr0)rw/Δt                (1)

其中：rw是车轮半径，单位，m；Δt是两次采样时间差，单位，s；ωr0为前一次采样得到的轮速，单位，r/min；ωr1为后一次采样得到的轮速，单位，r/min。

4)按下式计算汽车的目标驻车制动力，单位，N：

Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0        (2)

其中：g为重力加速度，单位，m·s^-2；acc为计算的汽车减速度，单位，m·s^-2；Me为估算的汽车质量，单位，kg；Ka为考虑汽车惯性力制定的比例系数；Fb0为安全起见额外增加的目标驻车制动力，单位，N。

技术方案中所述的质量估算控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器读取前次坡度值Sa0和后次坡度值Sa1，按下式计算相对坡度变化率；

Δsa＝(Sa0-Sa1)/Sa0。           (3)

2)把计算得到的相对坡度变化率的绝对值与程序存储的坡度变化率阈值Δsa0做比较，如果计算得到的相对坡度变化率小于或等于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量接近，没必要修正估算值，所以本次汽车质量Me仍等于上次存储的汽车质量Me0；如果是汽车点火后第一次驻车，那么该质量的初始值按下式计算得到，即为汽车整备质量M0和4名标准乘员质量Mp之和：

Me＝M0+4*Mp                     (4)

如果计算得到的相对坡度变化率大于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量相差较大，会影响汽车起步的质量和驻车的安全，此时按照相对坡度变化率Δsa与阈值Δsa0的差值与上次存储的汽车质量估算值求代数和，具体如下式计算

Me＝M0+4*Mp+Kα(Δsa0-Δsa)    (5)

Me＝Me0+Kα(Δsa0-Δsa)        (6)

如果是第一次实施制动，按照公式(5)去估算汽车质量，如果是第i次实施制动，i不等于1，按照公式(6)计算汽车质量，其中等式右边的Me0为上次存储的汽车质量。

3)返回修正的汽车质量Me。

技术方案中所述的辅助起步控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器读取档位信号Js、油门踏板信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa0，单位，度。

2)对于手动档车型，当满足条件“Js＝1||Js＝2&Da＞Da0&V＝0”，即车辆静止时，如果驾驶员挂上前进一挡或前进二挡后同时踩踏加速踏板时，智能驻车制动控制器(11)便启动辅助起步功能，其中Da0是油门踏板控制阈值，取值范围为2％-20％，如果是坡路倒车起步时，只需判断驾驶员是否挂上倒挡，即Js＝-1，其余同前进挡情况。

对于自动档车型，与上述判断方法相同，只是前进起步时判断Js＝D，D代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至前进挡，倒车起步时判断Js＝R，R代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至倒车档，其余同手动挡情况。

3)如果满足上述条件，读取前驱动轮转速信号ωf，单位，r/min，并再次读取此时的坡度信号Sa1，单位，度；按下式计算相对坡度变化率：

dSa＝(|Sa1-Sa0|)/Sa0。       (7)

4)智能驻车制动控制器判断是否满足条件：ωf＞ωf0&dSa＞dSa0，dSa0为坡度变化率控制阈值，取值范围是5％-15％，即判断前驱动轮转速是否超出设定的门限值，并且相对坡度变化率超出设定的阈值，如果同时满足上述两个条件，认为此时是汽车驱动力大于等于阻力的时刻，即是释放驻车制动力的时刻，如果不满足，返回第3)步重新读取前驱动轮转速和坡度信号。

5)智能驻车制动控制器调用上次存储的目标驻车制动力的值，目的是在电机拖拽拉索的帮助下，使电磁铁通电轻松吸起锁死的IPB棘爪，此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩要大，具体按下式计算：

Fbr＝Fb+dFb0                  (8)

其中：Fb为驻车制动电机的目标制动力，单位，N，dFb0为额外增加的驻车制动力，单位，N，dFb0应和Fb成比例关系，按下式计算：

dFb0＝Kf*Fb                  (9)

其中：Kf是小于1大于0的数。

6)按计算得到的目标驻车制动力经PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，控制电磁铁将IPB棘爪吸起。

7)延迟100毫秒，按等比级数逐步递减驻车力，直到完全释放，避免制动力释放过快造成汽车前窜等不平稳现象。

8)完全释放后，驻车制动电机断电，电磁铁断电，IPB棘爪复位，汽车正常起步。

技术方案中所述的驻车制动自退出控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器(11)读取档位信号Js、油门踏板信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度。

2)对于手动档车型，当满足条件“(Js＝-1||Js＝0)&Sa＞0&Da＞Da0&V＜V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js＝R||Js＝N)&Sa＞0&Da＞Da0&V＜V0”，表明车辆在正坡道静止状态下，驾驶员欲人为向后即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程。

同理，对于手动档车型，当满足条件“(Js＝1||Js＝0)&Sa＜0&Da＞Da0&V＜V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js＝D||Js＝N)&Sa＜0&Da＞Da0&V＜V0”，表明车辆在负坡道静止状态下，驾驶员欲人为向前即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程。

3)智能驻车制动控制器调用上次存储的目标驻车制动力的值，目的是通过驻车制动电机拖拽拉索消除IPB棘爪弹起的阻力，使电磁铁通电轻松吸起锁死的IPB棘爪，此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩要大，具体按下式计算；

Fbr＝Fb+dFb0                 (10)

其中：Fb为上次驻车制动时存储的目标驻车制动力，单位，N，dFb0为额外增加的驻车制动力，单位，N，dFb0应和Fb成比例关系，按下式计算：

dFb0＝Kf*Fb                 (11)

其中：Kf是小于1大于0的数。

4)按计算得到的目标驻车制动力经PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，控制电磁铁将IPB棘爪吸起。

5)IPB棘爪被吸起后，驻车制动电机断电，迅速释放驻车力，1～2秒后电磁铁断电，IPB棘爪复位，实现人为溜坡。

技术方案中所述的人为关断复位控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和智能驻车制动系统使能状态标识符ipb，发动机重新点火运转后，使能状态标识符ipb默认为1，即智能驻车制动系统被使能。

2)连续t3秒读取使能开关信号Button；

3)如果key＝1与V＜V0，且连续t 3秒检测到Button＝1与ipb＝1，智能驻车制动和辅助起步功能处于关断非使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员通过连续t3秒按下智能驻车制动控制器使能开关来关断智能驻车制动控制器。

如果key＝1与V＜V0，且连续t3秒使能开关信号Button＝1与使能状态标识符ipb＝0，智能驻车制动控制器恢复使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员再次连续t3秒按下智能驻车制动控制器使能开关来重新启动智能驻车制动控制器。

技术方案中所述的长期驻车控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度。

2)如果key＝0与V＜V1，V1＝1～3km/h，此时智能驻车制动控制器(11)令ipb＝1，Me＝M0+5Mp。

3)计算目标驻车制动力：

Fb＝Me*g*sin(Sa)+Fb1           (12)

其中：Fb1为最小的安全驻车制动力，取值范围为200～500N。

4)PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，电磁铁断电，IPB棘轮与IPB棘爪自锁，此时驾驶员再拉手刹，更加确保驻车安全。

技术方案中所述的应急制动控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、使能开关信号Button和后轮轮速信号ωr，单位，r/min。

2)如果V＞V3与Db＞Db3，且Button＝1，其中Db3是应急制动时制动踏板开度控制阈值，取值60％～100％，驾驶员踩踏刹车踏板的同时，按下了智能驻车制动控制器(11)使能开关，意味着驾驶员要启动应急制动，此时进入应急制动功能，只要Button不等于1，即停止按下使能开关，智能驻车制动控制器退出应急制动功能。

3)满足第2)步骤的条件时，电磁铁通电，将IPB棘爪吸起。

4)PWM控制驻车制动电机端电压使智能驻车制动控制器(11)输出最大制动力Fbmax，它是电机标定的最大输出转矩。

5)对比后轮轮速与车轮半径的乘积与车速的关系，并计算车轮滑移率Sr，如果Sr＝(V-ωr*rw)/V＞0.3，则减小制动力到一半的上一循环目标制动力，通过PWM控制驻车制动电机端电压来实现；循环检测车轮滑移率Sr，如果Sr＜0.1，再次增大制动力到最大制动力，如此反复检测计算，根据车轮滑移率Sr调整制动力；如果0.1＜Sr＜0.3，保持上一循环目标制动力。

6)当车速V＜V2，V2的取值范围是5～7km/h，此时电磁铁断电，释放IPB棘爪，控制驻车制动电机输出最大制动力，t4＝2～3秒后电机断电，IPB棘爪完成自锁，汽车停驶。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统通过传感器对驾驶员驻车意图进行判别，自行对汽车进行驻车，无需驾驶员手动操作，实现了驻车制动的智能化。

2.本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统通过电机拖拽拉线的方式实施制动，避免了因驾驶员力量差异导致的驻车制动力的不同，通过对道路坡度的检测和质量的估算，来调节驻车制动力的大小，使得汽车在任何坡度的道路上都能安全驻车。

3.本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统使汽车在坡路起步时，通过检测档位信号，并通过轮速信号和坡度变化信号来确定解除驻车制动的时刻，通过控制电机使制动力逐渐解除，实现汽车的平稳起步。

4.本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统保留了原有驻车制动机构，两套机构可并联工作，互为冗余，提高系统可靠性和保证熟练驾驶员操作习惯。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为实施本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法的智能驻车制动及辅助起步控制系统在汽车上布置的示意图；

图2为实施本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法的智能驻车制动及辅助起步控制系统中的智能驻车制动控制器结构组成的示意框图。

图3为实施本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法的智能驻车制动及辅助起步控制系统中的执行机构结构组成的示意图。

图4为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中智能驻车的控制流程框图。

图5为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中智能驻车中的计算制动力的流程框图；

图6为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中智能驻车中的质量估算的流程框图；

图7为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中辅助起步的控制流程框图；

图8为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中驻车自退出的控制流程框图；

图9为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中人为关断复位的控制流程框图；

图10为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中长期驻车的控制流程框图；

图11为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法中应急制动的控制流程框图；

图12为本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法的控制流程框图；

图中：1.轮速传感器，2.制动踏板行程传感器，3.油门踏板行程传感器，4.IPB指示灯，5.档位传感器，6.驻车执行机构，7.制动拉索平衡器，8.制动器，9.制动拉索，10.坡度传感器，11.智能驻车制动控制器，12.系统使能开关，13.车载直流电源，14.驻车制动手柄棘爪按钮，15.驻车制动手柄，16.驻车制动手柄棘爪推杆，17.IPB棘爪推杆，18.驻车制动手柄棘爪，19.驻车制动手柄棘爪推杆复位弹簧，20.驻车制动手柄棘轮，21.金属拉索，22.拉索挡块，23.驻车制动手柄复位弹簧，24.IPB电机支架，25.驾驶室车身地板，26.IPB棘轮，27.绞轮，28.直流电机及其减速机构，29.IPB棘爪，30.IPB棘爪复位弹簧，31.IPB棘爪拉索，32.电磁铁，33.IPB棘爪杠杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明是在汽车原有手刹制动的硬件基础上开发一套智能驻车制动及辅助起步控制系统，使两者互不干涉的并行工作，根据汽车外部驻车坡度、驾驶员驾驶意图及车辆行驶状态，通过控制直流电机输出力矩及其棘轮棘爪机构的协同工作，拖拽金属拉索实现汽车的智能驻车，辅助起步和应急制动三大功能。提高汽车的操纵舒适性、坡路起步安全性及系统可靠性。该系统的使用将大大降低非熟练驾驶员坡路起步难度及女性或体弱驾驶者的驻车制动体力消耗。该发明将降低中低端手动档或自动档乘用车装备电动驻车装备的成本。

参阅图1，为实现汽车的智能驻车、辅助起步和应急制动三大功能，本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统由硬件部分与计算机程序两部分组成，硬件部分是计算机程序的载体，计算机程序使硬件部分实施智能驻车制动及辅助起步控制方法。

一.智能驻车制动及辅助起步控制系统的硬件部分

智能驻车制动及辅助起步控制系统的硬件部分包括信号采集器件，智能驻车制动控制器11和驻车执行机构。

1.信号采集器件

参阅图1，信号采集模块包括4个结构相同的轮速传感器1，制动踏板行程传感器2，油门踏板行程传感器3，档位传感器5，坡度传感器10，系统使能开关12等。所述各传感器和开关的信号输出端分别与智能驻车制动控制器11的模拟量输入接口电路和开关量输入接口电路电线相连，具体如下：

制动踏板行程传感器2、油门踏板行程传感器3与坡度传感器10的信号输出端分别和智能驻车制动控制器11的模拟量输入接口电路的三路低通滤波器电阻的一端电线连接，挡位传感器5的三路信号输出端与开关量输入接口电路的三路光电耦合器信号输入端电线连接，系统使能开关12的信号输出端与开关量输入接口电路的光电耦合器信号输入端电线连接，四个结构相同的驱动轮转速传感器1的信号输出端分别和脉冲输入接口电路的高速光电耦合器信号输入端电线连接。

2.智能驻车制动(IPB)控制器

参阅图2，智能驻车制动控制器11包括型号为MC9S12x的单片机、信号输入接口电路、控制信号输出电路、控制器电源模块、PWM驱动放大电路和BDI程序下载接口电路。其中：信号输入接口电路包括通用的模拟量输入接口电路、开关量输入接口电路、脉冲输入接口电路；控制信号输出电路包括驱动放大电路与I/O输出接口电路。

型号为MC9S12x的单片机内部存储器存储有自编的智能驻车制动及辅助起步控制软件，是通过BDI程序下载接口电路与外部下载设备电线连接后完成程序烧写。此外，智能驻车制动控制器11还包括一个IPB指示灯4，该IPB指示灯4与智能驻车制动控制器11的其中一个I/O端口电线连接，例如PAO口。当智能驻车制动及辅助起步控制系统工作时，型号为MC9S12x的单片机根据内部指令控制自身I/O口输出高电平信号，该信号经电线传送至智能驻车制动控制器11的I/O输出接口电路，并将该接口电路中三极管导通，从而将IPB指示灯4与智能驻车制动控制器11的I/O输出接口电路的连接导线导通，IPB指示灯4亮，否则熄灭。同理，智能驻车制动控制器11的驱动放大电路的导通也是受型号为MC9S12x的单片机对应的I/O口控制，例如PBO口，驱动放大电路导通后也使电磁铁32与其连接的导线导通，于是电磁铁32通电产生磁力。型号为MC9S12x的单片机控制的直流电机PWM驱动放大电路的三极管基极和型号为MC9S12x的单片机对应的PWM接口端电线连接，PWM驱动放大电路的三极管发射极和直流电机的正极电线连接，型号为MC9S12x的单片机的PWM接口输出的高速开关信号经PWM驱动放大电路放大后和直流电机正极导线连接，并采用另一导线将PWM驱动放大电路和直流电机共地连接。驱动放大电路的三极管发射极与电磁铁32电线连接。BDI程序下载接口电路共有4个针脚，分别是2、3、4、6号针脚，3号针脚与型号为MC9S12x的单片机的MODC程序下载接口电线连接，6号针脚和2号针脚依次与智能驻车制动控制器11中电源模块的+5V端和地线电线连接，4号针脚与智能驻车制动控制器11中的复位按钮电线连接。控制器电源模块通过导线与车载12V电源的正极相连，智能驻车制动控制器11的壳体搭铁连接。控制器电源模块+5V接口分别与型号为MC9S12x的单片机、模拟量输入接口电路、开关量输入接口电路、脉冲输入接口电路的电源接口端电线连接。控制器电源模块+12V接口端分别和PWM驱动放大电路中三极管集电极、驱动放大电路的三极管集电极电线连接。模拟量输入接口电路分别和制动踏板传感器、油门踏板传感器与坡度传感器的信号输出端电线连接。模拟量输入接口电路是由光电耦合器、稳压二极管、通用电压变换电路组成。上述信号经模拟量输入接口电路整形为0-5V电平经三路导线与型号为MC9S12x的单片机对应的PA接口线连接。开关量输入接口电路分别通过三根导线与挡位传感器信号输出端线连接，用以判断当前档位是空挡、前进挡还是倒车档。此外开关量输入接口电路还通过单一导线与系统使能按钮开关线连接。开关量输入接口电路通过四根导线分别与型号为MC9S12x的单片机对应的PB接口线连接。脉冲输入接口电路分别通过四根导线与四个霍尔轮速传感器信号输出端线连接，信号经脉冲输入接口电路整形滤波后通过四根导线与型号为MC9S12x的单片机上的4个PT接口线连接。

3.驻车执行机构

参阅图3，驻车执行机构6包括驻车制动手柄棘爪按钮14、驻车制动手柄15，驻车制动手柄棘爪推杆16、IPB棘爪推杆17、驻车制动手柄棘爪18、驻车制动手柄棘爪推杆复位弹簧19、驻车制动手柄棘轮20、金属拉索21、拉索挡块22、驻车制动手柄复位弹簧23、IPB电机支架24、驾驶室车身地板25、IPB棘轮26、绞轮27、直流电机及其减速机构28、IPB棘爪29、IPB棘爪复位弹簧30、IPB棘爪拉索31、电磁铁32、IPB棘爪杠杆33。

其中：驻车制动手柄棘爪按钮14、驻车制动手柄15、驻车制动手柄棘爪推杆16、驻车制动手柄棘爪18、驻车制动手柄棘爪推杆复位弹簧19、驻车制动手柄棘轮20、金属拉索21和驾驶室车身地板25为原手动驻车制动装置组成部件。保留原有系统的目的一方面为满足熟练驾驶员操作习惯的需要，另一方面是保证本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制系统在失效的时候仍能实现驻车制动或取消驻车制动，保证行车安全。

驻车制动手柄棘轮20固定在驾驶室车身地板25上，驻车制动手柄15的右下端通过1号销轴和驻车制动手柄棘轮20转动连接，驻车制动手柄棘爪18通过4号销轴和驻车制动手柄15的右端即1号销轴的上方转动连接，驻车制动手柄棘爪18的上端(右端)和驻车制动手柄棘爪推杆16的右端转动连接，驻车制动手柄棘爪18的下端(左端)和驻车制动手柄棘轮20相啮合，驻车制动手柄棘爪推杆16的左端和驻车制动手柄棘爪按钮14活动连接。

所述的IPB电机支架24为框架式结构件，由上盖板、竖直侧板和底板组成。上盖板的左侧设置一个能够安装IPB棘爪复位弹簧30的螺纹通孔，上盖板的中部设置一个能够安装电磁铁32的磁铁通孔，上盖板的右侧设置一个能够穿过IPB棘爪推杆17的长条形的推杆通孔。竖直侧板上均布有安装直流电机及其减速机构(28)螺栓通孔，螺栓通孔之间设置有伸出直流电机及其减速机构(28)输出轴的支架通孔，支架通孔的上方设置有用于安装IPB棘爪(29)与IPB棘爪杠杆(33)的2号销轴通孔与3号销轴通孔。底板的周边均布有安装螺栓的底板通孔。上盖板与底板分别和竖直侧板的上端与下端固定连接，上盖板与底板位于竖直侧板的同一侧，上盖板和底板平行并同和竖直侧板垂直，IPB电机支架24也可采用一块板件弯折而成。电机支架24通过底板采用螺栓安装在驻车手柄15下方的驻车制动手柄棘轮20左侧的驾驶室车身地板25上。直流电机及其减速机构28通过其端部的连接法兰盘与螺栓和IPB电机支架24中的竖直侧板固定连接，如图所示，直流电机及其减速机构28安装在IPB电机支架24中的竖直侧板的背面，直流电机及其减速机构28输出轴从IPB电机支架24中的竖直侧板上的中心处的支架通孔穿出；IPB棘轮26与绞轮27铆接为一体，IPB棘轮26与绞轮27的回转轴线共线，并在其回转轴线上设置有中心通孔，通过平健与直流电机及其减速机构28输出轴连接，直流电机及其减速机构28输出轴的端部采用锁紧螺母将连为一体的IPB棘轮26与绞轮27锁死，防止其轴向窜动。金属拉索21的头部(左端)安装一带孔的锁块，一根固定在绞轮27上的销轴从锁块的孔中穿过，从而将金属拉索21的头部(左端)与绞轮27固定(图中未画出)；金属拉索21的中部固定一个拉索挡块22，通过该拉索挡块22使金属拉索21被驻车制动手柄15底部的1号销轴限位，金属拉索21穿过1号销轴中间的通孔与原车的制动拉索平衡器7相连接。IPB电机支架24中的竖直侧板上固定有2号销轴与3号销轴，2号销轴与IPB棘爪29中部的棘爪通孔为转动连接，即2号销轴为IPB棘爪29的转动销轴。3号销轴与IPB棘爪杠杆33中部的杠杆通孔为转动连接，即3号销轴为IPB棘爪杠杆33的转动销轴。IPB棘爪29末(左)端通过IPB棘爪复位弹簧30与IPB电机支架24中的上盖板连接，IPB棘爪29头(右)端与IPB棘轮26相啮合，IPB棘爪复位弹簧30用于IPB棘爪29的复位。IPB电机支架24上盖板的中部设置一个能够安装电磁铁32的磁铁通孔，电磁铁32带有螺纹的尾部从磁铁通孔穿出，采用螺母将其夹紧在IPB电机支架24中的上盖板上，电磁铁32下方正对着IPB棘爪29右端头部。IPB电机支架24上盖板的右侧设置一个能够穿过IPB棘爪推杆17的长条形的推杆通孔，IPB棘爪推杆17从推杆通孔中穿出，IPB棘爪推杆17头部(下端)与IPB棘爪杠杆33尾部(上端)销钉转动连接，IPB棘爪推杆17尾部(上端)与驻车制动手柄棘爪推杆16的中部销钉转动连接。IPB棘爪杠杆33头部(下端)与IPB棘爪拉索31一端(上端)销钉活动连接，IPB棘爪拉索31另一端(下端)与IPB棘爪29头部(右端)销钉活动连接。

此外，在驾驶室车身地板25和驻车制动手柄15之间连接一个驻车制动手柄复位弹簧23，用于本专利所述智能驻车制动系统实施制动后，驻车制动手柄15的可靠复位；驻车制动手柄棘爪推杆复位弹簧19为驻车制动手柄棘爪推杆16的复位弹簧。

二.本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法

本发明所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法是采用智能驻车制动及辅助起步控制系统实施的方法。智能驻车制动及辅助起步控制系统中的智能驻车制动控制器11为装有自编的实现智能驻车、辅助起步和应急制动的计算机控制流程的电子装置，所述的计算机控制流程包括制动力计算流程、汽车质量估算流程、系统人为关断复位控制流程、驻车自退出控制流程及长期驻车控制流程。智能驻车制动控制器11实施了计算机控制流程的功能，使得智能驻车制动及辅助起步控制系统按照驾驶员需求及行驶工况实现了智能驻车、辅助起步和应急制动。

智能驻车制动及辅助起步控制方法：

参阅图12，所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法即智能驻车制动控制器11的初始化、读取各种参数、各种信号，调用并执行制动力计算流程、汽车质量估算流程、系统人为关断复位控制流程、驻车自退出控制流程或长期驻车控制子控制流程，从而实现智能驻车制动及辅助起步的控制。智能驻车制动及辅助起步控制方法的步骤如下：

1.上电后，智能驻车制动控制器11初始化，完成自检过程，并读取型号为MC9S12x的单片机内存中存储的控制参数，主要包括：

1)控制阈值：车速门限值V0、车速阈值V1、车速阈值V2与车速阈值V3，单位，km/h；制动踏板开度阈值Db0和制动踏板开度阈值Db3，单位，度；油门踏板开度阈值Da0，单位，度；额外增加的目标制动力Fb0和额外增加的目标制动力Fb1，单位，N；坡度变化率阈值dSa0；前轮转速控制阈值ωf0，单位，r/min；

2)控制系数：电压占空比与目标制动力换算系数Ku，惯性力折算到制动力的换算系数Ka，考虑坡度变化率的质量系数Kα，释放制动时驻车制动力增加倍数Kf；

3)物理常数：汽车整备质量M0，单位，kg；计算用标准乘员质量Mp，单位，kg；重力加速度g，单位，m·s^-2；车轮半径rw，单位，m；

4)时间常数：子程序中使用的延迟时间常数t1，延迟时间常数t2，延迟时间常数t3，延迟时间常数t4；

5)智能驻车制动系统使能状态参数ipb：汽车重新点火，智能驻车制动控制器11上电后，智能驻车制动系统使能状态参数ipb为1。

2.智能驻车制动控制器11读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、油门踏板行程信号Da，单位，度、变速器档位信号Js、点火钥匙门开关信号key、使能开关信号Button、前轮轮速信号ωf，单位，r/min、后轮轮速信号ωr，单位，r/min和坡度信号Sa，单位，度。

3.根据智能驻车制动控制器11所读取的信号与所满足的响应条件，分别调用与执行智能驻车控制流程、辅助起步控制流程、驻车制动自退出控制流程、长期驻车控制流程、应急制动控制流程和人为关断复位子控制流程，完成相关控制功能。如图中所示，即完成智能驻车控制流程、辅助起步控制流程、驻车制动自退出控制流程、长期驻车控制流程、应急制动控制流程或人为关断复位控制流程。其中在智能驻车控制流程需要调用目标制动力计算控制流程和质量估算控制流程，并每次循环存储估算的汽车质量用于下一次驻车制动力计算。

4.根据调用与执行的各控制流程计算得到的驻车制动电机目标制动力用下式换算电机目标转矩：

Tm＝Kt*Fb*rw           (13)

Tm为电机目标转矩，单位.Nm，Kt为考虑制动鼓半径、制动器制动因数、驻车制动杠杆比与驻车制动电机绞轮半径这些结构参数确定的换算系数，该换算系数通过实际测定乘积计算得到，它在智能驻车制动控制器11中为一固定常数，Fb为驻车制动电机的目标制动力，单位，N，rw为车轮半径，单位，m。

5.根据计算得到的电机目标转矩按下式计算电机目标转子电流：

ia＝Ki*Tm            (14)

ia为电机目标转子电流(A)，Ki为驻车制动电机力矩常数，由驻车制动电机厂家给出。

6.根据得到的电机目标转子电流控制驻车制动电机PWM驱动控制电路的占空比，依据下式实现对驻车制动电机转矩的控制；

αu＝Kui*ia＝Ku*Fb   (15)

αu为电机电压PWM控制电路的占空比，Kui为根据目标电流换算到电压占空比的换算系数，实际应用时，根据等式右侧将目标制动力直接换算成控制电压占空比，即Ku＝Kui*Ki*Kt*rw。

智能驻车制动及辅助起步控制方法中相关的控制流程：

1.智能驻车控制流程

参阅图4，智能驻车采用制动踏板行程传感器2、档位传感器5和驱动轮转速传感器1(或仪表车速信号)来判断驾驶员是否有驻车意图。并且根据坡度传感器10在制动前后的信号变化，调节估算的汽车质量，为下一次驻车施加恰当的驻车制动力。

所述的智能驻车控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取档位信号Js、制动踏板行程信号Db，单位，度、车速信号V，单位，km/h、后轮轮速信号ωr，单位，r/min与坡度信号值Sa，单位，度。

2)存储第一次采样的坡度信号Sa为坡度值Sa0，单位，度。

3)对于手动挡车，如果档位为空挡，即Js＝0且车速小于设定的阈值，即V＜V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db＞Db0，其中V0为设定的车速阈值，取值范围为3km/h～7km/h，Db0为制动踏板控制阈值，取值范围为5％～10％。满足以上条件时，智能驻车制动控制器11实施驻车制动功能，按公式Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力，其中：g为重力加速度，单位，m·s^-2；acc为计算的汽车减速度，单位，m·s^-2；Me为估算的汽车质量，单位，kg；Ka为考虑汽车惯性力制定的比例系数；Fb0为安全起见，额外增加的目标驻车制动力，单位，N。

对于自动挡车，如果档位为P或N挡，即Js＝P或Js＝N且车速小于设定的阈值，即V＜V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db＞Db0，智能驻车制动控制器11实施驻车制动功能，按公式Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力。

4)智能驻车制动控制器11根据目标驻车制动力大小采用PWM控制驻车制动电机供电电压的占空比，改变电机平均端电压来改变电机输出力矩实施制动。目标驻车制动力与占空比的比例控制系数Kα和车轮半径rw、制动鼓或制动盘半径rb、制动器制动因数B、制动器驻车杠杆比iz、拖动拉索的绞轮半径rj以及电机的力矩系数Ki成线性比例关系。

5)实施制动后，再次读取新的坡度信号；将新读取的坡度信号赋值给坡度值Sa1。

6)将坡度值Sa0和坡度值Sa1作为参数，调用汽车质量估算控制流程估算汽车质量Me。

7)存储估算的新的汽车质量Me。

8)智能驻车制动控制器11读取后轮轮速信号，连续t1＝1或3秒判断轮速是否小于设定的一个较小的门限值，如果该时间内轮速信号都满足此条件，表明汽车基本停稳，此时不再增加驻车力，采用棘轮棘爪机构锁死智能驻车制动系统，保持驻车制动力，驻车制动电机断电，以防驻车制动电机堵转发热失效。

2.智能驻车控制流程中目标制动力计算

参阅图5，所述的计算目标驻车制动力的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取后轮轮速信号ωr，单位，r/min，坡度信号值Sa，单位，度，钥匙门开关key信号；

2)判断是否key＝1，即判断汽车有无熄火，是否停止运行，如果熄火，即key不等于1，汽车质量Me由汽车整备质量M0与5位标准乘员质量Mp求和得到；此计算的汽车质量也可作为汽车长期驻车时，用以计算驻车制动力所需的汽车质量。

如果发动机在运转，即key等于1，将直接读取上次存储在智能驻车制动控制器11内存中的汽车质量Me。目的是尽可能的使估算的汽车质量接近汽车真实质量，使智能驻车制动及辅助起步控制系统输出合理的驻车制动力；

3)按下式计算计算汽车减速度：

acc＝(ωr1-ωr0)rw/Δt          (1)

其中：rw是车轮半径(m)，Δt是两次采样时间差(s)，ωr0为前一次采样得到的轮速(r/min)，ωr1为后一次采样得到的轮速(r/min)。

4)按下式计算汽车的目标驻车制动力(N)：

Fb＝Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0  (2)

其中：g为重力加速度(m·s^-2)；acc为计算的汽车减速度(m·s^-2)；Me为估算的汽车质量(kg)；Ka为考虑汽车惯性力制定的比例系数；Fb0为安全起见额外增加的目标驻车制动力(N)。

3.智能驻车控制流程中质量估算控制流程

参阅图6，所述的质量估算控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取前次坡度值Sa0和后次坡度值Sa1，按下式计算相对坡度变化率；

Δsa＝(Sa0-Sa1)/Sa0             (3)

2)把计算得到的相对坡度变化率的绝对值与程序存储的坡度变化率阈值Δsa0做对比，如果计算得到的相对坡度变化率小于或等于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量接近，没必要修正估算值，所以本次汽车质量Me仍等于上次存储的汽车质量Me0；如果是汽车点火后第一次驻车，那么该质量的初始值按下式计算得到，即为汽车整备质量M0和4名标准乘员质量Mp之和：

Me＝M0+4*Mp                      (4)

如果计算得到的相对坡度变化率大于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量相差较大，会影响汽车起步的质量和驻车的安全，此时按照相对坡度变化率Δsa与阈值Δsa0的差值与上次存储的汽车质量估算值求代数和，具体如下式计算

Me＝M0+4*Mp+Kα(Δsa0-Δsa)      (5)

Me＝Me0+Kα(Δsa0-Δsa)   (6)

如果是第一次实施制动，按照公式(5)去估算汽车质量，如果是第i次实施制动，i不等于1，按照公式(6)计算汽车质量，其中等式右边的Me0为上次存储的汽车质量。

3)返回修正的汽车质量Me。

4.辅助起步控制流程

参阅图7，所述的辅助起步控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取档位信号Js、油门踏板信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa0，单位，度；

2)对于手动档车型，当满足条件“Js＝1||Js＝2&Da＞Da0&V＝0”，即车辆静止时，如果驾驶员挂上前进一挡或前进二挡后同时踩踏加速踏板时，智能驻车制动控制器11便启动辅助起步功能，其中Da0是油门踏板控制阈值，取值范围为2％-20％。如果是坡路倒车起步时，只需判断驾驶员是否挂上倒挡，即Js＝-1，其余同前进挡情况。

对于自动档车型，与上述判断方法相同，只是前进起步时判断Js＝D，D代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至前进挡，倒车起步时判断Js＝R，R代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至倒车档，其余同手动挡情况。

3)如果满足上述条件，读取前驱动轮转速信号ωf，单位，r/min，并再次读取此时的坡度信号Sa1，单位，度；按下式计算相对坡度变化率：

dSa＝(|Sa1-Sa0|)/Sa0       (7)

4)智能驻车制动控制器11判断是否满足条件：ωf＞ωf0&dSa＞dSa0，dSa0为坡度变化率控制阈值，取值范围是5％-15％，即判断前驱动轮转速是否超出设定的门限值，并且相对坡度变化率超出设定的阈值。如果同时满足上述两个条件，认为此时是汽车驱动力大于等于阻力的时刻，即是释放驻车制动力的时刻。如果不满足，返回第3)步重新读取前驱动轮转速和坡度信号。

5)智能驻车制动控制器11调用上次存储的目标驻车制动力的值。目的是在电机拖拽拉索的帮助下，使电磁铁32通电轻松吸起锁死的IPB棘爪29。此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩稍大一些。具体按下式计算：

Fbr＝Fb+dFb0                (8)

其中：Fb为驻车制动电机的目标制动力，单位，N，dFb0为额外增加的驻车制动力。dFb0应和Fb成比例关系，按下式计算：

dFb0＝Kf*Fb                 (9)

其中：Kf是小于1大于0的数。

6)按计算得到的目标驻车制动力经PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，控制电磁铁32将IPB棘爪29吸起。

7)延迟100毫秒，按等比级数逐步递减驻车力，直到完全释放，避免制动力释放过快造成汽车前窜等不平稳现象。

8)完全释放后，电机断电，电磁铁32断电，IPB棘爪29复位，汽车正常起步。

5.驻车制动自退出控制流程

参阅图8，所述的驻车制动自退出控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取档位信号Js、油门踏板信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度。

2)对于手动档车型，当满足条件“(Js＝-1||Js＝0)&Sa＞0&Da＞Da0&V＜V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js＝R||Js＝N)&Sa＞0&Da＞Da0&V＜V0”，表明车辆在正坡道静止状态下，驾驶员欲人为向后即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程。

同理，对于手动档车型，当满足条件“(Js＝1||Js＝0)&Sa＜0&Da＞Da0&V＜V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js＝D||Js＝N)&Sa＜0&Da＞Da0&V＜V0”，表明车辆在负坡道静止状态下，驾驶员欲人为向前即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程。

3)智能驻车制动控制器11调用上次存储的目标驻车制动力的值。目的是通过驻车制动电机拖拽拉索消除IPB棘爪29弹起的阻力，使电磁铁32通电轻松吸起锁死的IPB棘爪29，此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩稍大一些。具体按下式计算：

Fbr＝Fb+dFb0         (10)

其中：Fb为上次驻车制动时存储的目标驻车制动力，dFb0为额外增加的驻车制动力。dFb0应和Fb成比例关系。按下式计算：

dFb0＝Kf*Fb          (11)

其中：Kf是小于1大于0的数。

4)按计算得到的目标驻车制动力经PWM控驻车制动制电机端电压实施制动，控制电磁铁32将IPB棘爪29吸起。

5)IPB棘爪29被吸起后，驻车制动电机断电，迅速释放驻车力，1～2秒后电磁铁32断电，IPB棘爪29复位，实现人为溜坡。

6.人为关断复位控制流程

参阅图9，所述的人为关断复位控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和智能驻车制动系统使能状态标识符ipb，发动机重新点火运转后，ipb默认为1，即智能驻车制动系统被使能。

2)连续t3秒读取使能开关信号Button。

3)如果key＝1与V＜V0(V0可以设为一个很小的值，例如3km/h)，且连续t3秒检测到Button＝1与ipb＝1，智能驻车制动和辅助起步功能处于关断非使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员可以认为通过连续t3秒按下智能驻车制动控制器11使能开关来关断智能驻车制动控制器11。

如果key＝1与V＜V0，且连续t3秒使能开关信号Button＝1与使能状态标识符ipb＝0，智能驻车制动控制器11恢复使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员可以通过再次连续t3秒按下智能驻车制动控制器11使能开关来重新启动智能驻车制动控制器11。

7.长期驻车控制流程

参阅图10，所述的长期驻车控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度。

2)如果key＝0与V＜V1(V1可以设为一个很小的值，例如1～3km/h)，此时智能驻车制动控制器11令ipb＝1，Me＝M0+5Mp。

3)计算目标驻车制动力：

Fb＝Me*g*sin(Sa)+Fb1      (12)

其中：Fb1为最小的安全驻车制动力，取值范围为200～500N。

4)PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，电磁铁32断电，IPB棘轮26与IPB棘爪29自锁，此时驾驶员也可再拉手刹，更加确保驻车安全。

8.应急制动控制流程

参阅图11，所述的应急制动控制流程的步骤如下：

1)智能驻车制动控制器11读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、使能开关信号Button和后轮轮速信号ωr，单位，r/min。

2)如果V＞V3与Db＞Db3，且Button＝1，其中Db3是应急制动时制动踏板开度控制阈值，例如取值60％～100％。说明汽车在有一定速度时，例如车速高于40km/h(即V3＞40km/h)，驾驶员踩踏刹车踏板的同时，按下了智能驻车制动控制器11使能开关，意味着驾驶员想启动应急制动，此时进入应急制动功能。只要Button不等于1，即停止按下使能开关，智能驻车制动控制器11退出应急制动功能。

3)满足第2)步骤的条件时，电磁铁32通电，将IPB棘爪29吸起。

4)PWM控制驻车制动电机端电压使智能驻车制动控制器11输出最大制动力Fbmax，它是电机标定的最大输出转矩。

5)对比后轮轮速与车轮半径的乘积与车速的关系，并计算车轮滑移率Sr，如果Sr＝(V-ωr*rw)/V＞0.3，则减小制动力到一半的上一循环目标制动力，通过PWM控制驻车制动电机端电压来实现。循环检测车轮滑移率Sr，如果Sr＜0.1，再次增大制动力到最大制动力，如此反复检测计算，根据车轮滑移率Sr调整制动力。如果0.1＜Sr＜0.3，保持上一循环目标制动力。

6)当车速V＜V2(V2取较低的车速，比如5～7km/h)，此时电磁铁(32)断电，释放IPB棘爪(29)，控制驻车制动电机输出最大制动力，t4＝2～3秒后电机断电，IPB棘爪(29)完成自锁，汽车停驶。

Claims (9)

1.一种智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法包括如下步骤：

1）智能驻车制动控制器（11）初始化，完成自检过程，并读取型号为MC9S12x的单片机内存中存储的控制参数：

（1）控制阈值：车速阈值V0、车速阈值V1、车速阈值V2与车速阈值V3，单位，km/h；制动踏板开度阈值Db0和应急制动时制动踏板开度控制阈值Db3，单位，度；油门踏板开度阈值Da0；额外增加的目标制动力Fb0和最小的安全驻车制动力Fb1，单位，N；坡度变化率阈值dSa0；前轮转速控制阈值ωf0，单位，r/min；

（2）控制系数：电压占空比与目标制动力换算系数Ku,惯性力折算到制动力的换算系数Ka，考虑坡度变化率的质量系数Kα,释放制动时驻车制动力增加倍数Kf；

（3）物理常数：汽车整备质量M0，单位，kg；计算用标准乘员质量Mp，单位，kg；重力加速度g，单位，m·s^-2；车轮半径rw，单位，m；

（4）时间常数：子程序中使用的延迟时间常数t1,延迟时间常数t2,延迟时间常数t3,延迟时间常数t4；

（5）智能驻车制动系统使能状态参数ipb：汽车重新点火，智能驻车制动控制器（11）上电后，智能驻车制动系统使能状态参数ipb为1；

2）智能驻车制动控制器（11）读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、油门踏板行程信号Da，单位，度、变速器档位信号Js、点火钥匙门开关信号key、使能开关信号Button、前轮轮速信号ωf，单位，r/min、后轮轮速信号ωr，单位，r/min和坡度信号Sa，单位，度；

3）根据智能驻车制动控制器（11）所读取的信号与所满足的响应条件，分别调用与执行智能驻车控制流程、辅助起步控制流程、驻车制动自退出控制流程、长期驻车控制流程、应急制动控制流程或人为关断复位控制流程；

4）根据调用与执行的各控制流程计算得到的驻车制动电机的目标制动力用下式换算电机目标转矩：

Tm=Kt*Fb*rw     （13）

Tm—电机目标转矩，单位.Nm,Kt—考虑制动鼓半径、制动器制动因数、驻车制动杠杆比与驻车制动电机绞轮半径这些结构参数确定的换算系数，该换算系数通过实际测定乘积计算得到，它在智能驻车制动控制器（11）中为一固定常数，Fb—驻车制动电机的目标制动力，单位，N，rw—车轮半径，单位，m；

5）根据计算得到的电机目标转矩按下式计算电机目标转子电流：

ia=Ki*Tm     （14）

ia—电机目标转子电流，单位.A，Ki—驻车制动电机力矩常数；

6）根据得到的电机目标转子电流控制驻车制动电机PWM驱动控制电路的占空比，依据下式实现对驻车制动电机转矩的控制；

αu=Kui*ia=Ku*Fb     （15）

αu—电机电压PWM控制电路的占空比，Kui—根据目标电流换算到电压占空比的换算系数，实际应用时，根据等式右侧将目标制动力直接换算成控制电压占空比，即Ku=Kui*Ki*Kt*rw。

2.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的智能驻车控制流程包括如下步骤：

1）智能驻车制动控制器（11）读取档位信号Js、制动踏板行程信号Db，单位，度、车速信号V，单位，km/h、后轮轮速信号ωr，单位，r/min与坡度信号值Sa，单位，度；

2）存储第一次采样的坡度信号Sa为坡度值Sa0，单位，度；

3）对于手动挡车，如果档位为空挡，即Js=0且车速小于设定的阈值，即V<V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db>Db0，其中V0为设定的车速阈值，取值范围为3km/h～7km/h，Db0为制动踏板控制阈值，取值范围为5%～10%，满足以上条件时，智能驻车制动控制器（11）实施驻车制动功能，按公式Fb=Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力，其中：g为重力加速度，单位，m·s^-2；acc为计算的汽车减速度，单位，m·s^-2；Me为估算的汽车质量，单位，kg；Ka为惯性力折算到制动力的换算系数；Fb0为安全起见，额外增加的目标驻车制动力，单位，N；

对于自动挡车，如果档位为P挡或N挡，即Js=P或Js=N且车速小于设定的阈值，即V<V0且制动踏板开度大于设定的阈值，即Db>Db0，智能驻车制动控制器（11）实施驻车制动功能，按公式Fb=Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0计算目标驻车制动力；

4）智能驻车制动控制器（11）根据目标驻车制动力大小采用PWM控制驻车制动电机供电电压的占空比，改变电机平均端电压来改变电机输出力矩实施制动，电压占空比与目标制动力换算系数Ku和车轮半径rw、制动鼓或制动盘半径rb、制动器制动因数B、制动器驻车杠杆比iz、拖动拉索的绞轮半径rj以及驻车制动电机力矩常数Ki成线性比例关系；

5）实施制动后，再次读取新的坡度信号；将新读取的坡度信号赋值给坡度值Sa1;

6）将坡度值Sa0和坡度值Sa1作为参数，调用汽车质量估算控制流程估算汽车质量Me；

7）存储估算的新的汽车质量Me；

8）智能驻车制动控制器（11）读取后轮轮速信号，连续t1=2或3秒判断轮速是否小于设定的门限值，如果该时间内轮速信号都满足此条件，表明汽车基本停稳，此时不再增加驻车力，采用棘轮棘爪机构锁死智能驻车制动系统，保持驻车制动力，驻车制动电机断电，以防驻车制动电机堵转发热失效。

3.按照权利要求2所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的计算目标驻车制动力的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取后轮轮速信号ωr，单位，r/min，坡度信号值Sa，单位，度，钥匙门开关key信号；

2）判断是否key=1，即判断汽车有无熄火，是否停止运行，如果熄火，即key不等于1，汽车质量Me由汽车整备质量M0与5位标准乘员质量Mp求和得到，此计算的汽车质量也可作为汽车长期驻车时，用以计算驻车制动力所需的汽车质量；

如果发动机在运转，即key等于1，将直接读取上次存储在智能驻车制动控制器（11）内存中的汽车质量Me；

3）按下式计算汽车减速度

acc=(ωr1-ωr0)rw/Δt     （1）

其中：rw是车轮半径，单位，m；Δt是两次采样时间差，单位，s；ωr0为前一次采样得到的轮速，单位，r/min；ωr1为后一次采样得到的轮速，单位，r/min；

4）按下式计算汽车的目标驻车制动力，单位，N：

Fb=Me*g*sin(Sa)+Ka*Me*acc+Fb0     （2）

其中：g为重力加速度，单位，m·s^-2；acc为计算的汽车减速度，单位，m·s^-2；Me为估算的汽车质量，单位，kg；Ka为惯性力折算到制动力的换算系数；Fb0为安全起见额外增加的目标驻车制动力，单位，N。

4.按照权利要求2所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的质量估算控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取前次坡度值Sa0和后次坡度值Sa1，按下式计算相对坡度变化率；

Δsa=(Sa0-Sa1)/Sa0；     （3）

2）把计算得到的相对坡度变化率的绝对值与程序存储的坡度变化率阈值Δsa0做比较，如果计算得到的相对坡度变化率小于或等于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量接近，没必要修正估算值，所以本次汽车质量Me仍等于上次存储的汽车质量Me0；如果是汽车点火后第一次驻车，那么该质量的初始值按下式计算得到，即为汽车整备质量M0和4名标准乘员质量Mp之和：

Me=M0+4*Mp     （4）

如果计算得到的相对坡度变化率大于坡度变化率阈值，说明汽车质量估算值与实际汽车质量相差较大，会影响汽车起步的质量和驻车的安全，此时按照相对坡度变化率Δsa与阈值Δsa0的差值与上次存储的汽车质量估算值求代数和，具体如下式计算

Me=M0+4*Mp+Kα(Δsa0-Δsa)     （5）

Me=Me0+Kα(Δsa0-Δsa)     （6）

如果是第一次实施制动，按照公式（5）去估算汽车质量，如果是第i次实施制动，i不等于1，按照公式（6）计算汽车质量，其中等式右边的Me0为上次存储的汽车质量；

3）返回修正的汽车质量Me。

5.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的辅助起步控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取档位信号Js、油门踏板行程信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa0，单位，度；

2）对于手动档车型，当满足条件“Js=1||Js=2&Da>Da0&V=0”，即车辆静止时，如果驾驶员挂上前进一挡或前进二挡后同时踩踏加速踏板时，智能驻车制动控制器（11）便启动辅助起步功能，其中Da0是油门踏板开度阈值，取值范围为2%-20%，如果是坡路倒车起步时，只需判断驾驶员是否挂上倒挡，即Js=-1，其余同前进挡情况；

对于自动档车型，与上述判断方法相同，只是前进起步时判断Js=D，D代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至前进挡，倒车起步时判断Js=R，R代表驾驶员将变速箱换挡杆拨至倒车档，其余同手动挡情况；

3）如果满足上述条件，读取前驱动轮转速信号ωf，单位，r/min，并再次读取此时的坡度信号Sa1，单位，度；按下式计算相对坡度变化率：

dSa=(|Sa1-Sa0|)/Sa0；     （7）

4）智能驻车制动控制器（11）判断是否满足条件：ωf>ωf0&dSa>dSa0，dSa0为坡度变化率阈值，取值范围是5%-15%，即判断前驱动轮转速是否超出设定的门限值，并且相对坡度变化率超出设定的阈值，如果同时满足上述两个条件，认为此时是汽车驱动力大于等于阻力的时刻，即是释放驻车制动力的时刻，如果不满足，返回第3）步重新读取前驱动轮转速和坡度信号；

5）智能驻车制动控制器（11）调用上次存储的目标驻车制动力的值，目的是在电机拖拽拉索的帮助下，使电磁铁（32）通电轻松吸起锁死的IPB棘爪（29），此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩要大，具体按下式计算：

Fbr=Fb+dFb0     （8）

其中：Fb为驻车制动电机的目标制动力，单位，N，dFb0为额外增加的驻车制动力，单位，N，dFb0应和Fb成比例关系，按下式计算：

dFb0=Kf*Fb     （9）

其中：Kf是小于1大于0的数；

6）按计算得到的目标驻车制动力经PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，控制电磁铁（32）将IPB棘爪（29）吸起；

7）延迟100毫秒，按等比级数逐步递减驻车力，直到完全释放，避免制动力释放过快造成汽车前窜等不平稳现象；

8）完全释放后，驻车制动电机断电，电磁铁（32）断电，IPB棘爪（29）复位，汽车正常起步。

6.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的驻车制动自退出控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取档位信号Js、油门踏板信号Da，单位，度、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度；

2）对于手动档车型，当满足条件“(Js=-1||Js=0)&Sa>0&Da>Da0&V<V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js=R||Js=N)&Sa>0&Da>Da0&V<V0”，表明车辆在正坡道静止状态下，驾驶员欲人为向后即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程；

同理，对于手动档车型，当满足条件“(Js=1||Js=0)&Sa<0&Da>Da0&V<V0”，对于自动档车型，当满足条件“(Js=D||Js=N)&Sa<0&Da>Da0&V<V0”，表明车辆在负坡道静止状态下，驾驶员欲人为向前即向下溜车，此时驾驶员只需踩踏油门踏板，即可进入驻车自退出控制流程；

3）智能驻车制动控制器（11）调用上次存储的目标驻车制动力的值，目的是通过驻车制动电机拖拽拉索消除IPB棘爪（29）弹起的阻力，使电磁铁（32）通电轻松吸起锁死的IPB棘爪（29），此时要求释放制动力时的电机力矩应比驻车时的电机力矩要大，具体按下式计算；

Fbr=Fb+dFb0     （10）

其中：Fb为上次驻车制动时存储的目标驻车制动力，单位，N，dFb0为额外增加的驻车制动力，单位，N，dFb0应和Fb成比例关系，按下式计算：

dFb0=Kf*Fb     （11）

其中：Kf是小于1大于0的数；

4）按计算得到的目标驻车制动力经PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，控制电磁铁（32）将IPB棘爪（29）吸起；

5）IPB棘爪（29）被吸起后，驻车制动电机断电，迅速释放驻车力，1～2秒后电磁铁（32）断电，IPB棘爪（29）复位，实现人为溜坡。

7.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的人为关断复位控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和智能驻车制动系统使能状态参数ipb，发动机重新点火运转后，使能状态标识符ipb默认为1，即智能驻车制动系统被使能；

2）连续t3秒读取使能开关信号Button；

3）如果key=1与V<V0，且连续t3秒检测到Button=1与ipb=1,智能驻车制动和辅助起步功能处于关断非使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员通过连续t3秒按下智能驻车制动控制器（11）使能开关来关断智能驻车制动控制器（11）；

如果key=1与V<V0，且连续t3秒使能开关信号Button=1与使能状态标识符ipb=0,智能驻车制动控制器（11）恢复使能状态，即在汽车发动机运转时，驾驶员再次连续t3秒按下智能驻车制动控制器（11）使能开关来重新启动智能驻车制动控制器（11）。

8.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的长期驻车控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取钥匙门开关信号key、车速信号V，单位，km/h和坡度信号Sa，单位，度；

2）如果key=0与V<V1，V1＝1～3km/h，此时智能驻车制动控制器（11）令ipb=1,Me=M0+5Mp；

3）计算目标驻车制动力：

Fb=Me*g*sin(Sa)+Fb1     （12）

其中：Fb1为最小的安全驻车制动力，取值范围为200～500N；

4）PWM控制驻车制动电机端电压实施制动，电磁铁（32）断电，IPB棘轮（26）与IPB棘爪（29）自锁，此时驾驶员再拉手刹，更加确保驻车安全。

9.按照权利要求1所述的智能驻车制动及辅助起步控制方法，其特征在于，所述的应急制动控制流程的步骤如下：

1）智能驻车制动控制器（11）读取车速信号V，单位，km/h、制动踏板行程信号Db，单位，度、使能开关信号Button和后轮轮速信号ωr，单位，r/min；

2）如果V>V3与Db>Db3，且Button=1，其中Db3是应急制动时制动踏板开度控制阈值，取值60%～100%，驾驶员踩踏刹车踏板的同时，按下了智能驻车制动控制器（11）使能开关，意味着驾驶员要启动应急制动，此时进入应急制动功能，只要Button不等于1，即停止按下使能开关，智能驻车制动控制器（11）退出应急制动功能；

3）满足第2）步骤的条件时，电磁铁（32）通电，将IPB棘爪（29）吸起；

4）PWM控制驻车制动电机端电压使智能驻车制动控制器（11）输出最大制动力Fbmax，它是电机标定的最大输出转矩；

5）对比后轮轮速与车轮半径的乘积与车速的关系,并计算车轮滑移率Sr，如果Sr=(V-ωr*rw)/V>0.3，则减小制动力到一半的上一循环目标制动力，通过PWM控制驻车制动电机端电压来实现；循环检测车轮滑移率Sr,如果Sr<0.1,再次增大制动力到最大制动力，如此反复检测计算，根据车轮滑移率Sr调整制动力；如果0.1<Sr<0.3，保持上一循环目标制动力；

6）当车速V<V2，V2的取值范围是5～7km/h，此时电磁铁（32）断电，释放IPB棘爪（29），控制驻车制动电机输出最大制动力，t4=2～3秒后电机断电，IPB棘爪（29）完成自锁，汽车停驶。

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