CN105202073A - 电子驻车制动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电子驻车制动系统及其控制方法。所述制动系统，包括电子驻车制动(EPB)执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统包括：驻车开关，根据驾驶员的操作而开启或关闭；电流检测单元，检测通过EPB执行器的马达的马达电流；马达驱动单元，驱动EPB执行器的马达；以及电子控制单元，当驻车开关开启时，通过马达驱动单元将EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行驻车制动时，通过电流检测单元所检测的马达电流值大于预设值时，计算马达的阻抗，并根据计算的马达的阻抗来判断是否发生马达卡止故障。

Description

电子驻车制动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电子驻车制动系统及其控制方法，更详细地，涉及一种控制电子驻车制动器施行制动或释放制动的电子驻车制动系统及其控制方法。
背景技术
近来，使用电子控制驻车制动器的驱动的电子驻车制动(ElectronicParkingBrake；EPB)系统，其安装在普通的盘式制动器上，发挥驻车制动的功能。
即使驾驶员没有手动操作驻车制动器的情况下，电子驻车制动系统也可以根据简单的开关操作或者根据进行整体控制的电子控制单元的控制判断来自动施行驻车制动或释放驻车制动。
这种电子驻车制动系统由具备产生制动力的马达的EPB执行器和用于驱动该EPB执行器的电子控制单元。
电子控制单元根据开关的操作状态来驱动EPB执行器，从而使驻车制动器施行(Apply)驻车制动或者释放(Release)驻车制动。
通过马达的力产生驻车制动力的EPB系统，根据马达中产生的电流量来判断施加在制动钳上的力的大小。
当施行驻车制动时产生的电流量为规定的值以上时，判断为已完成驻车。
当在马达被机械地卡住的状态下施行驻车制动时，马达无法驱动。这种现象称为马达卡止(motorstuck)。
当产生马达卡止的现象时，虽然实际上不存在施加在制动钳上的力，但是会产生相对较高的电流量。此时的电流称为堵转电流(stallcurrent)。
因此，在现有技术中根据马达中产生的电流量来判断是否完成驻车制动，所以，除了堵转电流临界值小于目标电流范围的情况以外，当堵转电流临界值被包含在目标电流范围内时，即使发生马达卡止故障，也可能会错误地判断为正常完成了驻车制动。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个方面，其目的在于提供一种能够利用EPB执行器的马达电流和马达运转状态来更加准确地、可靠地判断是否发生马达卡止故障的电子驻车制动系统及其控制方法。
(二)技术方案
根据本发明一个方面，可提供一种电子驻车制动系统，其包括电子驻车制动(ELECTRONICPARKINGBRAKE；EPB)执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统包括：驻车开关，根据驾驶员的操作而开启或关闭；电流检测单元，检测通过所述EPB执行器的马达的马达电流；马达驱动单元，驱动所述EPB执行器的马达；电子控制单元，当所述驻车开关开启时，通过所述马达驱动单元将所述EPB执行器马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，并根据计算的所述马达的阻抗来判断是否发生所述马达的卡止故障。
并且，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，所述电子控制单元可判断马达电流变化率是否大于或等于预先设定的变化率值，若所述马达电流变化率大于或等于所述预先设定的变化率值时，则计算所述马达的阻抗。
并且，当计算的所述马达的阻抗小于预设值时，所述电子控制单元可判断为所述马达发生卡止故障。
并且，所述电子控制单元可利用所述马达的电阻分量和感抗分量的矢量和计算所述马达的阻抗。
根据本发明的另一个方面，可提供一种电子驻车制动系统，其包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统包括：电流检测单元，检测通过所述EPB执行器的马达的马达电流；马达驱动单元，驱动所述EPB执行器的马达；电子控制单元，通过所述马达驱动单元将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，根据所述马达的阻抗来判断所述马达是否运转，当判断结果为所述马达不运转时，判断为所述马达发生卡止故障。
并且，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，所述电子控制单元计算所述马达的阻抗，当计算的所述马达的阻抗小于预设值时，可判断为所述马达不运转。
并且，所述电子控制单元可利用所述马达的电阻分量和感抗分量的矢量和计算所述马达的阻抗。
根据本发明的又一个方面，可提供一种电子驻车制动系统的控制方法，所述电子驻车制动系统包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统的控制方法为，将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动时，检测通过所述马达的电流，当所检测的所述电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，并根据计算的所述马达的阻抗来判断所述马达是否发生卡止故障。
并且，当检测的所述电流值大于预设值时，判断马达电流变化率是否大于或等于预先设定的变化率值，若所述马达电流变化率大于或等于所述预先设定的变化率值，则可以计算所述马达的阻抗。
根据本发明的又一个方面，可提供一种电子驻车制动系统的控制方法，所述电子驻车制动系统包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统的控制方法为，将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动时，检测通过所述马达的电流，当所检测的所述电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，并根据所述马达的阻抗来判断所述马达是否运转，当判断结果为所述马达不运转时，判断为所述马达发生卡止故障。
(三)有益效果
根据本发明的实施例，能够利用EPB执行器的马达电流和马达运转状态更加准确地、可靠地判断是否发生马达卡止故障，由此能够检测出马达卡止故障。因此，可以预防EPB系统发生故障，能够提高安全性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的EPB系统的示意配置图。
图2是本发明的一个实施例的EPB系统的控制方框图。
图3是用于说明在本发明的一个实施例的EPB系统中没有发生马达卡止故障并正常施行驻车制动时的马达电流波形的图表。
图4是用于说明在本发明的一个实施例的EPB系统中发生马达卡止故障时的马达电流波形的图表。
图5是用于说明在本发明的一个实施例的EPB系统中可能产生堵转电流临界值的范围和目标电流间的关系的图。
图6是用于说明本发明的一个实施例的EPB系统中的EPB执行器的马达的等效电路的线路图。
图7是用于说明在本发明的一个实施例的EPB系统中判断马达卡止故障的控制流程图。
附图说明标记
33：马达40：电子控制单元
50：驻车开关51：电流检测单元
60：马达驱动单元61：警告单元
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细地说明。以下介绍的实施例，是为了向本发明所属领域的技术人员更加充分地传达本发明的思想而例举的。本发明并不限定于以下实施例，还可以以其他的形式具体化。为了明确地说明本发明，附图中省略了与说明无关的部分，且为了便于说明，可以放大表示组成构件的宽幅、长度、厚度等。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的组成构件。
电子驻车制动系统根据其操作方式有电缆牵引(Cablepuller)型、马达驱动制动钳(Motor-On-Caliper)型、液压驻车制动(HydraulicParkingBrake)型，在停车或者坡道起步时可能会产生汽车溜坡的情况下，即使驾驶员没有手动操作驻车制动器，也能通过自动施行驻车制动来维持车辆的驻车状态或静止状态。
图1是本发明的一个实施例的电子驻车制动系统的示意配置图。本发明的一个实施例中，例举说明马达驱动制动钳型的电子驻车制动系统。
参照图1，EPB系统可包括：EPB执行器30，运行设置在车轮上的盘式制动器10、20，并产生制动力；电子控制单元(ElectronicControlUnit；ECU)40，控制该EPB执行器30的运行。
盘式制动器10、20包括：承载架10，其与车身接合，且内部以一定距离隔开设置有一对摩擦垫11；制动钳壳体20，可前后移动地设置在承载架10上，并具备设置有可前后移动的活塞21的汽缸20a，以便将两个摩擦垫11压向制动盘D，且其另一侧设置有棘爪部20b。
EPB执行器30包括：操作轴31，可旋转地设置在制动钳壳体20的汽缸部20a内；加压套筒32，设置在活塞21的内侧，以便通过操作轴31的旋转而前后移动，同时向活塞21加压或释放加压；马达33，用于使操作轴31正向旋转和反向旋转；减速齿轮总成34，包括多个齿轮34a、34b，由此将马达33的旋转轴33a产生的动力传递给操作轴31，且以减少旋转数的方式传递。
图2是本发明的一个实施例的电子驻车制动系统的控制方框图。
参照图2，EPB系统包括电子控制单元40，所述电子控制单元40进行有关电子驻车制动器施行制动的整体的控制。
该电子控制单元40的输入侧与驻车开关50和电流检测单元51电连接，所述驻车开关50是为了控制车辆的驻车而通过驾驶员的操作来开启或关闭，所述电流检测单元51检测通过EPB执行器30的马达33的电流。
该电子控制单元40的输出侧与马达驱动单元60和警告单元61电连接，所述马达驱动单元60驱动EPB执行器30的马达33，所述警告单元61向驾驶员发出该马达33的马达卡止故障的警告。
当驻车开关50通过驾驶员的操作而开启时，将用于电子驻车制动系统施行(Apply)制动的驻车制动信号传送至电子控制单元40，当驻车开关50通过驾驶员的操作而关闭时，将用于电子驻车制动系统释放(Release)制动的驻车制动释放信号传送至电子控制单元40。
即，根据驻车开关50的操作状态，电子驻车制动系统转换为施行(Apply)制动或释放(Release)制动的状态。
电流检测单元51检测通过马达33的电流。例如，电流检测单元51可利用分流电阻或霍尔传感器检测通过马达的马达电流。除了分流电阻或霍尔传感器之外，电流检测单元51还可以使用能够检测马达电流的多种方式。马达驱动单元60使马达33正向旋转或反向旋转。例如，马达驱动单元60包括由多个功率开关器件构成H桥(H-Bridge)电路，以便将马达33正向旋转和反向旋转。
警告单元61向驾驶员发出马达卡止故障的警告。警告单元61可以是设置在车辆内部适当的位置处的如警告灯的视觉性结构或者如蜂鸣器的听觉性结构，并根据电子控制单元40的控制信号来运行警告灯或蜂鸣器，从而发出马达卡止故障的警告。警告单元61还可以利用听觉性结构的扬声器，这种扬声器可以利用设置在车辆内部的汽车音响系统的扬声器或者可以在车辆内部适当的位置设置单独的扬声器来使用。
当从驻车开关50输入驻车制动信号时，电子控制单元40将EPB执行器30的马达33向一个方向进行旋转，并向盘式制动器10、20提供驻车制动力，施行驻车制动(ParkingApply)，当从驻车开关50输入驻车制动释放信号时，电子控制单元40将EPB执行器30的马达33向相反方向进行旋转，并释放向盘式制动器10、20提供的驻车制动力，释放驻车制动(ParkingRelease)。
这种EPB系统可通过如下内容施行驻车制动。
首先，当驾驶员为了驻车而开启驻车开关50时，驻车制动信号从驻车开关50向电子控制单元40输入。当接收驻车制动信号时，电子控制单元40通过马达驱动单元60将EPB执行器30的马达33向一个方向进行旋转，并向盘式制动器10、20提供驻车制动力，由此施行(Apply)驻车制动。
即，电子控制单元40通过马达驱动单元60将EPB执行器30的马达33向一个方向进行旋转。马达33的单向旋转经过减速齿轮总成34而被减速，并以大的力量将操作轴31向一个方向进行旋转。操作轴31向一个方向旋转时，加压套筒32沿轴向移动，当加压套筒32对活塞21施加压力时，两个摩擦垫11压入制动盘D，由此制动车轮。
如上所述，现有技术中，电子控制单元40通过电流检测单元51来检测通过马达33的马达电流，并判断所检测的马达电流是否大于或等于预先设定的电流即目标电流，当所检测的马达电流大于或等于目标电流时，判断为已完成驻车制动，并通过马达驱动单元60来停止马达驱动。如图3所示，在开始进行马达驱动并经过规定时间(例如200ms)以后所检测的马达电流为目标电流以上时，判断为已完成驻车制动。即，施行驻车制动时，经过规定时间以后产生的马达电流值为目标电流值以上时，判断为已完成驻车。
如图4所示，开始进行马达驱动并经过规定时间(例如200ms)以后，在一段时间内在没有无负载区间的情况下检测出的马达电流值持续为堵转电流临界值以上时，可判断为发生故障。此时，堵转电流临界值是指，虽然开始驱动电动马达，但无法通过外力进行驱动时产生的电流临界值。
但是，如图5所示，当正常进行控制时的目标电流值在可能产生堵转电流临界值的范围内时，难以区分正常状态和马达卡止故障状态。
即，当目标电流值为第一目标电流值(Itarget1)时，第一目标电流值(Itarget1)小于可能产生堵转电流临界值的范围，因此能够检测马达卡止故障。但是，当目标电流值为设置成大于第一目标电流值的第二目标电流值(Itarget2)时，第二目标电流值包括在可能产生堵转电流临界值的范围内，因此，难以区分正常状态和故障状态，可能会错误地判断为已正常完成驻车制动。即，仅通过比较马达电流值和堵转电流临界值的方式，无法检测马达卡止故障。
因此，仅判断马达电流值是否大于堵转电流临界值，难以更加准确地、可靠地判断是否发生马达的卡止故障。
在本发明的一个实施例中，判断马达电流值是否大于堵转电流临界值，同时利用马达33的阻抗(Impedance)来判断马达不运转的状态，当判断为马达电流值大于堵转电流临界值且马达不运转时，判断为马达卡止故障。
图6是用于说明本发明的一个实施例的EPB系统中的EPB执行器的马达的等效电路的线路图。
参照图6，在马达等效电路中阻抗Z是指在交流电路中的电压和电流的比值。
在EPB系统中，马达等效电路是RL串联电路，且阻抗可由下面数学式1表示。
数学式1
Z＝R+jωL＝R+XL(X＝jω)
其中，R表示电阻，L表示电感，j表示复数，XL表示感抗，ω为2πf，其中，f表示电源频率。
只有马达旋转时才会产生基于电感L的阻抗，在发生马达卡止故障而不旋转时，除去电感L的因素，只会产生基于电阻R的阻抗。即，Z＝R，XL＝0。
根据欧姆定律(Ohm′sLaw)，马达电压V可由下面数学式2来表示。
数学式2
V＝I·Z
根据数学式2，可以通过ΔV/ΔZ来求出马达电流变化率ΔI。
在马达电流变化率增加至预设值以上的情况下，估算阻抗，当在预先设定的一段时间内所估算的阻抗维持在预设值以下的状态时，判断为马达不进行旋转的马达不运转状态。
如上所述，当马达电流值大于堵转电流临界值，并在预先设定的一段时间内马达的阻抗维持在预设值以下的状态，由此被判断为马达不运转时，表示在马达不进行旋转的状态下仅马达电流值大于堵转电流临界值的情况，因此可判断为马达卡止故障。
仅利用马达电流变化来判断马达卡止故障时，没有体现出电压变化对电流的影响，但是利用阻抗时，能够体现出电压变化对电流的影响，因此，能够更加准确地判断马达驱动状态。由此，能够更加准确地判断马达是否不运转，从而不仅能够检测出马达驱动过程中发生的马达卡止故障，而且能够更加可靠地判断是否发生马达卡止故障。
图7是用于说明本发明的一个实施例的EPB系统判断马达卡止故障的控制流程图。
参照图7，首先，电子控制单元40判断驾驶员是否操作了驻车开关50(100)。
当驻车开关50被开启时，电子控制单元40通过马达驱动单元60将EPB执行器30的马达33向一个方向进行旋转，并使盘式制动器10、20运行，从而使驻车制动器施行(Apply)驻车制动(102)。此时，马达33的单向旋转经过减速齿轮总成34而被减速，并以大的力量将操作轴31向一个方向进行旋转，当操作轴31向一个方向旋转时，加压套筒32沿轴向移动，当加压套筒32对活塞21施加压力时，两个摩擦垫11压入制动盘D，由此制动车轮。
对驻车制动器施行驻车制动的同时，电子控制单元40通过电流检测单元51检测通过马达33的马达电流Id(104)。此时，在开始驱动马达并经过规定时间(例如200ms)之后，电子控制单元40可以开始检测马达电流Id。
检测马达电流后，电子控制单元40将所检测的马达电流Id和用于判断马达卡止故障而预先设定的电流(Iref)进行比较，判断所检测的马达电流Id是否为预先设定的电流以上(106)。例如，预先设定的电流(Iref)可以是堵转电流临界值。
如果，操作模式106的判断结果为所检测的马达电流Id小于预先设定的电流时，判断所检测的马达电流Id是否为用于完成驻车制动而预先设定的电流即目标电流(Itarget)以上(107)。如果，操作模式106的判断结果为所检测的马达电流Id为目标电流以上时，执行操作模式118，随着驻车制动的完成而停止马达。另一方面，操作模式106的判断结果为所检测的马达电流Id小于目标电流时，执行操作模式102，执行以下操作模式。
另一方面，操作模式106的判断结果为所检测的马达电流Id为预先设定的电流以上时，判断为马达发生卡止故障的可能性高，且为了判断马达33是否不运转而计算马达33的阻抗Z。EPB系统中马达等效电路为RL串联电路，并根据数学式1，利用电阻和感抗的矢量和计算阻抗Z(Z＝R+jωL＝R+XL)。
接着，电子控制单元40将计算出的阻抗Z和用于判断马达不运转的临界值(Zref)进行比较，判断计算出的阻抗Z是否小于用于判断马达不运转的临界值(110)，并判断是否将这种状态维持规定时间(112)。例如，用于判断马达不运转的临界值可以是电阻R值。只有马达33旋转时才会产生基于电感L的阻抗，当发生马达卡止故障而不旋转时，除去电感L的因素，只会产生基于电阻R的阻抗。即，Z＝R，XL＝0。
如果，操作模式110的判断结果为计算出的阻抗Z为用于判断马达不运转的临界值(Zref)以上时，判断是否以所检测的马达电流Id为预先设定的电流以上的状态经过了规定时间(111)。如果，操作模式111的判断结果为经过了规定时间，则判断为完成了驻车制动，从而停止马达(118)。另一方面，如果操作模式111的判断结果为没有经过规定时间，则执行操作模式102，并执行以下操作模式。另一方面，操作模式110的判断结果为计算的阻抗Z即使小于用于判断马达不运转的临界值(Zref)，只要操作模式112的判断结果为维持了规定时间，则执行操作模式111，并执行以下操作模式。
另一方面，如果操作模式112的判断结果为计算的阻抗Z小于用于判断马达不运转的临界值并经过了规定时间，则电子控制单元40判断为马达卡止故障(114)。
并且，电子控制单元40通过警告单元61向驾驶员发出马达卡止故障的警告(116)，并通过马达驱动单元60使马达33停止(118)。

Claims (10)

1.一种电子驻车制动系统，其包括电子驻车制动执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统包括：
驻车开关，根据驾驶员的操作而开启或关闭；
电流检测单元，检测通过所述EPB执行器的马达的马达电流；
马达驱动单元，驱动所述EPB执行器的马达；
电子控制单元，当所述驻车开关开启时，通过所述马达驱动单元将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，并根据计算的所述马达的阻抗来判断是否发生所述马达卡止故障。
2.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，其特征在于，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，所述电子控制单元判断马达电流变化率是否大于或等于预先设定的变化率值，若所述马达电流变化率大于或等于所述预先设定的变化率值时，计算所述马达的阻抗。
3.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，其特征在于，当计算的所述马达的阻抗小于预设值时，所述电子控制单元判断为所述马达发生卡止故障。
4.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，其特征在于，所述电子控制单元利用所述马达的电阻分量和感抗分量的矢量和计算所述马达的阻抗。
5.一种电子驻车制动系统，其包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统包括：
电流检测单元，检测通过所述EPB执行器的马达的马达电流；
马达驱动单元，驱动所述EPB执行器的马达；
电子控制单元，通过所述马达驱动单元将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，根据所述马达的阻抗来判断所述马达是否运转，当判断结果为所述马达没有运转时，判断为所述马达发生卡止故障。
6.根据权利要求5所述的电子驻车制动系统，其特征在于，在施行所述驻车制动期间，当通过所述电流检测单元检测的马达电流值大于预设值时，所述电子控制单元计算所述马达的阻抗，当计算的所述马达的阻抗小于预设值时，判断为所述马达不运转。
7.根据权利要求5所述的电子驻车制动系统，其特征在于，所述电子控制单元利用所述马达的电阻分量和感抗分量的矢量和计算所述马达的阻抗。
8.一种电子驻车制动系统的控制方法，所述电子驻车制动系统包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统的控制方法为，
将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，
在施行所述驻车制动期间，检测通过所述马达的电流，
当所检测的所述电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，
根据计算的所述马达的阻抗来判断所述马达是否发生卡止故障。
9.根据权利要求8所述的电子驻车制动系统，其特征在于，当检测的所述电流值大于预设值时，判断马达电流变化率是否为预先设定的变化率值以上，若所述马达电流变化率为所述预先设定的变化率值以上时，计算所述马达的阻抗。
10.一种电子驻车制动系统的控制方法，所述电子驻车制动系统包括EPB执行器，所述执行器具备马达，并旋转所述马达，向设置在车轮上的盘式制动器提供驻车制动力，所述电子驻车制动系统的控制方法为，
将所述EPB执行器的马达向一个方向旋转，并向所述盘式制动器提供驻车制动力，施行驻车制动，
在施行所述驻车制动期间，检测通过所述马达的电流，
当所检测的所述电流值大于预设值时，计算所述马达的阻抗，
根据所述马达的阻抗来判断所述马达是否运转，
当判断结果为所述马达不运转时，判断为所述马达发生卡止故障。
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