CN107953878B - 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。根据本公开的实施例的包括由电动马达操作的EPB(电子驻车制动)致动器的电子驻车制动系统，包括：马达驱动单元，其用于驱动EPB致动器的电动马达；电流感测单元，其用于感测在电动马达中流动的电流；以及电子控制单元，其用于当在驻车操作期间根据通过电流感测单元感测的马达电流的马达电流变化率大于预设的变化率时，从马达电流变化率大于预设的变化率的时刻累积进入电动马达中的电荷量并且基于累积的电荷量确定电动马达的卡止故障。

Description

电子驻车制动系统及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月18日向韩国知识产权局提交的申请号为2016-0135011的韩国专利申请的权益，其公开通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种电子驻车制动系统及其控制方法，并且更特别地，涉及一种用于控制电子驻车制动器的启动(activation)或停用(deactivation)的电子驻车制动系统及其控制方法。
背景技术
近年来，使用一种以电子方式控制驻车制动器的驱动的电子驻车制动(EPB)系统，其被安装在普通的盘式制动器上以执行驻车制动器的功能。
即使驾驶员不手动操作驻车制动器，电子驻车制动系统根据执行简单切换操作的电子控制单元的控制确定或者总体控制允许驻车制动器自动地启动或停用。
这种电子驻车制动系统包括具有用于产生制动力的马达的EPB致动器和用于驱动EPB致动器的电子控制单元。
电子控制单元根据开关的操作状态驱动EPB致动器，以应用(apply)或释放驻车制动器。
通过马达的力产生驻车制动力的EPB(电子驻车制动)系统通过马达中产生的电流量来确定施加到卡钳(caliper)上的力的大小。
如果在驻车操作期间产生的电流量大于某个值，则确定完成驻车。
如果在马达中发生机械卡止的状态下执行驻车操作，则马达不能被驱动。该现象被称为马达卡止(motor stuck)。
当发生马达卡止时，实际上不存在施加到卡钳的力，但是产生的电流量相对较高。此时的电流被称为失速电流(stall current)。
因此，由于传统上通过马达中产生的电流量来确定驻车操作已经完成，因此在失速电流阈值低于目标电流范围的情况下不存在问题，但是在失速电流阈值包含在目标电流范围内的情况下，即使已经发生马达卡止故障，也可能错误地确定已经正常完成驻车操作。
发明内容
本公开的实施例提供一种可以更精确和可靠地确定EPB致动器的马达故障的电子驻车制动系统及其控制方法。
本公开的另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过本公开的实践来获知。
根据本公开的一个方面，可提供一种包括由电动马达操作的EPB(电子驻车制动)致动器的电子驻车制动系统，其包括：马达驱动单元，其用于驱动EPB致动器的电动马达；电流感测单元，其用于感测在电动马达中流动的电流；以及电子控制单元，其用于在驻车操作期间根据通过电流感测单元感测的马达电流的马达电流变化率大于预设的变化率时，从马达电流变化率大于预设的变化率的时刻累积进入电动马达中的电荷量并且基于累积的电荷量确定电动马达的卡止故障。
进一步地，进入电动马达的电荷量可以从马达电流变化率大于预设的第一变化率的时刻累积，直到马达电流变化率小于预设为小于预设的第一变化率的第二变化率。
进一步地，在累积的电荷量大于预设的电荷量时，电子控制单元可以确定电动马达发生卡止故障。
根据本公开的另一方面，可以提供一种包括由电动马达操作的EPB(电子驻车制动)致动器的电子驻车制动系统，其包括：马达驱动单元，其用于驱动EPB致动器的电动马达；电流感测单元，其用于感测在电动马达中流动的电流；以及电子控制单元，其用于利用在驻车操作期间通过电流感测单元感测的马达电流来计算进入电动马达中的电荷量，累积计算的电荷量，并且在累积的电荷量的变化率大于预设的变化率时，确定电动马达发生卡止故障。
根据本公开的另一方面，可以提供一种包括由电动马达操作的EPB(电子驻车制动)致动器的电子驻车制动系统的控制方法，其包括：感测驻车操作期间在电动马达中流动的电流；根据感测的马达电流来计算马达电流变化率；在计算的马达电流变化率大于预设的变化率时，从计算的马达电流变化率大于预设的变化率的时刻累积进入电动马达的电荷量，并且在累积的电荷量大于预设的电荷量时，确定电动马达发生卡止故障。
进一步地，累积电荷量的步骤可以从马达电流变化率大于预设的第一变化率的时刻累积进入电动马达的电荷量，直到马达电流变化率小于预设为小于预设的第一变化率的第二变化率。
根据本公开的另一方面，可以提供一种包括由电动马达操作的EPB(电子驻车制动)致动器的电子驻车制动系统的控制方法，其包括：感测驻车操作期间在电动马达中流动的电流；利用感测的马达电流计算进入电动马达的电荷量；累积计算的电荷量；以及在累积的电荷量的变化率大于预设的变化率时，确定电动马达发生卡止故障。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本公开的这些和/或其它方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1是根据本公开的实施例的应用于EPB系统的电子驻车制动器的示意性截面图；
图2是根据本公开的实施例的EPB系统的控制框图；
图3是根据本公开的实施例的用于说明EPB系统的电流感测单元的视图；
图4是根据本公开的实施例的用于说明马达电流、马达电流变化率和累积的电荷量之间的关系来确定EPB系统中的马达卡止故障的时序图；以及
图5和图6是根据本公开的实施例的EPB系统的控制方法的控制流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施例。提供以下实施例以将本公开的精神完全传达给本公开所属领域的普通技术人员。本公开不限于本文所示的实施例，而是可以以其它形式体现。为了清楚地说明本公开，附图中省略了与描述无关的部件，并且在附图中，为了方便起见，部件的宽度、长度、厚度等可能被夸大。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据本公开的实施例的应用于EPB系统的电子驻车制动器的示意性截面图。
参照图1，电子驻车制动器100可以包括：承载部(carrier)110，其上安装有一对垫板111和112以便向前和向后可移动以按压与车辆的车轮一起旋转的制动盘(disk)D；卡钳壳体120，其可滑动地安装在承载部110上并设置有缸体123，活塞121被安装在缸体123中以通过制动油压力而向前和向后移动；动力转换单元130，其按压活塞121；以及EPB致动器140，其将旋转力传输到动力转换单元130。
该对垫板111和112由布置成与活塞121接触的内垫板111和布置成与卡钳壳体120的指部122接触的外垫板112组成。该对垫板111和112被安装在固定到车身的承载部110上，以便能够朝向制动盘D的相对侧表面前后移动。另外，摩擦垫113被附接到面对制动盘D的垫板111和112中的每一个的一个表面。
卡钳壳体120可滑动地被安装到承载部110。更特别地，卡钳壳体120包括：在其后部的缸体123，其中安装有动力转换单元130并容置有活塞121以便向前和向后可移动；以及在其前部的指部122，其形成为向下弯曲以致动外垫板112。指部122和缸体123一体形成。
活塞121被设置成具有杯状内部的圆柱状并被插入缸体123中以便可滑动。活塞121通过制动油压力或接收EPB致动器140的旋转力的动力转换单元130的轴向力将内垫板111压向制动盘D。因此，当用于制动的油压力被施加到缸体123的内部时，活塞121前进到内垫板111侧部以按压内垫板111，卡钳壳体120通过反作用力在与活塞121相对的方向上操作，并且指部122将外垫板112压向制动盘D，从而执行制动。
动力转换单元130用于从由电动马达141和减速器142构成的EPB致动器140接收旋转力，并将活塞121压向内垫板111。动力转换单元130包括设置在活塞121中以与活塞121接触的螺母构件131和与螺母构件131螺纹连接的心轴构件135。
螺母构件131在有限的旋转状态下被设置在活塞121中并且与心轴构件135螺纹连接。螺母构件131包括：头部132，其被设置成与活塞121接触；以及联接部分133，其从头部132延伸并在其内周表面上形成有内螺纹以与心轴构件135螺纹连接。螺母构件131用于根据心轴构件135的旋转方向前和向后移动并且加压和释放活塞121。
心轴构件135包括：轴部136，其穿过卡钳壳体120的后部并且通过接收电动马达141的旋转力而旋转；以及凸缘部分137，其在径向方向上从轴部136延伸。轴部136通过穿过缸体123的后侧被可旋转地安装在其一个端部处，并且其另一端部被设置在活塞121中。此时，穿过缸体123的轴部136的一侧连接到减速器142的输出轴并且接收电动马达141的旋转力。
通过以上配置，电子驻车制动器100在驻车操作模式下通过EPB致动器140接收动力并且使心轴构件135旋转，使得螺母构件131按压活塞121。因此，活塞121按压内垫板111并且使摩擦垫113与制动盘D紧密接触，从而产生驻车制动力。
图2是根据本公开的实施例的EPB系统的控制框图。
参照图2，EPB系统包括执行与电子驻车制动器致动有关的总体控制的电子控制单元200。
驻车开关210、电流感测单元220、马达驱动单元230，存储单元240和警报单元250被电连接在电子控制单元200中。
当驾驶员打开驻车开关210时，驻车开关210将用于应用EPB系统的驻车操作信号传输到电子控制单元200，并且当驾驶员关闭驻车开关210时，驻车开关210将用于释放EPB系统的驻车释放信号传输到电子控制单元200。即，根据驻车开关210的操作状态，EPB系统被改变为应用状态或释放状态。
电流感测单元220感测流经电动马达141的电流并且将感测的电流信息传输到电子控制单元200。例如，电流感测单元220可以使用分流电阻器或霍尔传感器来感测流经电动马达141的马达电流。电流感测单元220可以通过除了分流电阻器或霍尔传感器之外的能够感测马达电流的各种方法来实施。
马达驱动单元230使电动马达141向前或向后旋转。例如，马达驱动单元230可以包括由多个功率切换元件组成的H-桥电路，以使电动马达141在正向方向和反向方向上旋转。
图3是根据本公开的实施例的用于说明EPB系统的电流感测单元的视图。
参照图3，马达驱动单元230可以接通第一继电器(继电器1)并且同时断开第二继电器(继电器2)以使电动马达141在一个方向上旋转。相反，马达驱动单元230可以断开第一继电器(继电器1)并且同时接通第二继电器(继电器2)以使电动马达141在相对方向上旋转。在电动马达141通过马达驱动单元230在一个方向上旋转的驻车操作时，电动马达141的单向旋转经由减速器142使心轴构件135旋转，并且当心轴构件135旋转时，螺母构件131按压活塞121。因此，活塞121按压内垫板111以与制动盘D紧密接触，从而产生驻车制动力。当驻车操作被释放时，执行驻车操作的反向操作。
再次参照图2，对应于操作模式(驻车操作和驻车操作释放)预设的值被存储在存储单元240中。存储单元240根据操作模式也存储用于确定马达卡止故障的各种设置值。各种设置值可以包括目标电流、参考累积的电荷量、马达电流变化率上限值、马达电流变化率下限值等。
警报单元250向驾驶员发出马达卡止故障的警报。警报单元250可以诸如安装在车辆内部的警报灯的视觉性配置或诸如蜂鸣器的听觉性配置来实施，以通过根据电子控制单元200的控制信号启动警报灯或蜂鸣器来警告马达卡止故障。警报单元250可以是诸如扬声器的听觉性配置的扬声器，可以使用设置在车辆内部的汽车音响系统的扬声器，或者可以在车辆的适当位置设置单独的扬声器。
电子控制单元200执行驻车操作(驻车应用)以在驻车操作模式下通过马达驱动单元230使EPB致动器140的电动马达141在一个方向上旋转来提供驻车制动力，使得受活塞121按压的内垫板111移动以使摩擦垫113与制动盘D紧密接触。
电子控制单元200执行驻车操作释放(驻车释放)以在驻车操作释放模式下通过马达驱动单元230使EPB致动器140的电动马达141在相对方向上旋转来释放驻车制动力，使得摩擦垫113从其与制动盘D紧密接触的状态被释放。
如上所述，传统上，流经电动马达141的马达电流被感测，并且确定感测的马达电流是否等于或大于目标电流，并且在感测的马达电流等于或大于目标电流时，确定完成驻车操作(驻车应用)，并且停止马达驱动。
当在启动马达驱动之后预定时间(例如，200ms)之后检测的马达电流等于或大于目标电流时，确定完成驻车应用。即，当在驻车操作期间的某个时间段之后产生的马达电流值等于或大于目标电流值时，确定完成驻车。
当在启动马达驱动之后的预定时间之后在没有空载段的情况下检测的马达电流值被检测为超过失速当前阈值(I失速)长达预定时间时，可以确定为故障。此时，失速电流阈值(I失速)是当电动马达141开始驱动但不被外力驱动时产生的电流的阈值。
然而，在可以产生失速当前阈值(I失速)的范围内的正常控制时存在目标电流值的情况下，难以区分正常状态和马达卡止故障状态，因此可能错误地确定正常地完成驻车应用。即，仅比较马达电流值和失速电流阈值的方法可能无法检测马达卡止故障。
因此，仅通过确定马达电流值是否大于失速电流阈值难以更准确和可靠地确定马达的卡止故障。
当发生马达卡止故障时，即使电动马达141连续地操作，马达电流不会升高而是保持恒定值。因此，作为在驻车操作期间观察马达电流变化率的结果，当马达电流变化率变得超过某个量时，即使马达电流满足目标电流，电动马达141也连续地操作，而不会结束操作。因此，在马达电流保持恒定值长达某个时间段时，最终确定为马达卡止故障。
然而，当存在马达的发热或消磁效应时，马达电流逐渐减小，并且在马达电流下降超过马达电流的变化率的确定范围时，马达可能不会被确定为故障。另外，可能存在根据马达驱动器的规格而不能承受高电流的ECU(电子控制单元)。
在本公开的实施例中，使用流经电动马达141的电流的变化率和累积的电荷量来确定马达卡止故障。
为此，当在驻车操作模式下根据通过电流感测单元220感测的马达电流的马达电流变化率大于预设的第一变化率时，电子控制单元200从马达电流变化率大于预设的第一变化率的时刻累积进入电动马达141的电荷量，直到马达电流变化率小于第二变化率，第二变化率预设为小于预设的第一变化率，并且如果累积的电荷量大于预设的电荷量，则确定电动马达141发生卡止故障。
图4是根据本公开的实施例的用于说明马达电流、马达电流变化率和累积的电荷量之间的关系来确定EPB系统中的马达卡止故障的时序图。
参照图4，当通过驻车开关210输入驻车操作信号时，电子控制单元200将电力施加到电动马达141。
当电动马达141随着电力被施加到电动马达141而开始旋转时，浪涌电流(inrushcurrent)在电动马达141中出现浪涌电流的浪涌段中流动。
在浪涌电流流动之后，直到摩擦垫113通过电动马达141的旋转与制动盘D接触，其中空载被施加到电动马达141的空载状态形成在其中具有0或更大的恒定电流值的电流流动长达预定时间的空载段中。
此时，具有0或更大的恒定电流值的电流流经电动马达141长达预定时间。
当摩擦垫113开始接触制动盘D时，由于作用在电动马达141上的负载在其中电流逐渐上升的负载段中逐渐增加，因此在电动马达141中流动的电流也与负载的大小成比例地增加。
然而，即使在马达卡止故障的情况下，流经电动马达141的电流增加。由于此，难以区分正常驻车操作状态与马达卡止故障状态，并且驻车操作可能被错误地确定为正常完成。
因此，作为检查马达电流的变化率的结果，当马达电流的变化率在浪涌段之后快速增加并达到预设的第一变化率(ΔIth1)时，从该点进入电动马达141的电荷量(Q＝It)被计算并累积。
在累积的电荷量大于预设的电荷量(Qth)时，确定已经发生马达卡止故障。因此，不仅当马达电流被保持超过目标电流达一定时间时可以检测马达卡止故障，而且即使马达电流由于马达的发热或消磁而逐渐降低，也可以检测马达卡止故障。另外，由于考虑到输入的电荷量，因此即使马达电流的量较大，也能够更快地检测马达卡止故障，而不会在ECU上带来压力。另外，由于考虑到输入的电荷量来确定马达卡止故障，因此马达电流越大，可以越快地检测故障。
图5和图6是根据本公开的实施例的EPB系统的控制方法的控制流程图。
参照图5和图6，首先，电子控制单元200确定驾驶员是否操作驻车开关210(300)。
当驻车开关210被操作时，电子控制单元200执行驻车操作(驻车应用)以通过马达驱动单元230使EPB致动器140的电动马达141在一个方向上旋转来提供驻车制动力，使得受活塞121按压的内垫板111移动以使摩擦垫113与制动盘D紧密接触(302)。
同时，电子控制单元200通过电流感测单元220感测在电动马达141中流动的电流(304)。
然后，电子控制单元200根据感测的马达电流来计算马达电流变化率(ΔImon)(306)。
在计算马达电流变化率(ΔImon)之后，电子控制单元200将计算的马达电流变化率(ΔImon)与预设的第一变化率(ΔIth1)进行比较并且确定计算的马达电流变化率(ΔImon)是否超过预设的第一变化率(ΔIth1)(308)。
在作为操作模式308中的确定的结果计算的马达电流变化率(ΔImon)等于或小于预设的第一变化率(ΔIth1)时，电子控制单元200确定马达电流是否已经达到目标电流(I目标)(309)。在作为操作模式309中的确定的结果马达电流已经达到目标电流(I目标)时，电子控制单元200转到操作模式318，以根据驻车操作的完成来使电动马达141停止。另一方面，在作为操作模式309中的确定的结果马达电流尚未达到目标电流(I目标)时，电子控制单元200转到操作模式302，以执行以下操作模式。
另一方面，当作为操作模式308中的确定的结果计算的马达电流变化率(ΔImon)超过预设的第一变化率(ΔIth1)时，电子控制单元200从计算的马达电流变化率(ΔImon)超过预设的第一变化率(ΔIth1)的时刻计算和累积供给到电动马达141的电荷量(Q＝It)(310)。
然后，电子控制单元200将累积的电荷量(Q)与预设的电荷量(Qth)进行比较，以确定累积的电荷量(Q)是否超过预设的电荷量(Qth)(312)。
在作为操作模式312中的确定的结果累积的电荷量(Q)超过预设的电荷量(Qth)时，确定已经发生马达卡止故障，并且马达卡止故障通过警报单元250通知给驾驶员(316)，并且电动马达141通过马达驱动单元230停止(318)。
另一方面，在作为操作模式312中的确定的结果累积的电荷量(Q)未超过预设的电荷量(Qth)时，确定马达电流变化率(ΔImon)是否小于预设的第二变化率(ΔIth2)(320)。在作为操作模式320中的确定的结果马达电流变化率(ΔImon)不小于预设的第二变化率(ΔIth2)时，电子控制单元200转到操作模式310，以执行以下操作模式。另一方面，在作为操作模式320中的确定的结果马达电流变化率(ΔImon)小于预设的第二变化率(ΔIth2)时，累积的电荷量被重置并转到预设的例程(routine)。
在上述实施例中，已经给出了使用马达电流变化率和累积的电荷量来确定电动马达141的卡止故障的描述，但是本公开不限于此。例如，在驻车操作期间使用马达电流计算进入电动马达的电荷量，计算的电荷量被累积，并且在累积的电荷量的变化率大于预设的速率变化时，可以确定已经发生电动马达141的卡止故障。
如从以上内容显而易见的，本公开的实施例可以更精确和可靠地确定EPB致动器的马达故障，从而防止EPB系统失效并提高安全性。
与传统技术相比，本公开的实施例可以缩短马达故障检测时间，即使当马达电流中存在大量的噪声分量时也可以检测马达故障，并且即使当马达电流由于马达的发热或消磁而减小时也可以检测马达故障。
本公开的实施例可以检测马达故障，而不管马达电流的量，并且当马达电流为高电流时可以更快地检测马达故障。

Claims (7)

1.一种包括由电动马达操作的EPB致动器即电子驻车制动致动器的电子驻车制动系统，其包括：
马达驱动单元，其用于驱动所述EPB致动器的电动马达；
电流感测单元，其用于感测在所述电动马达中流动的电流；以及
电子控制单元，其用于当在驻车操作期间根据通过所述电流感测单元感测的马达电流的马达电流变化率大于预设的变化率时，从所述马达电流变化率大于预设的变化率的时刻累积进入所述电动马达的电荷量并且基于所累积的电荷量确定所述电动马达的卡止故障，
所述电动马达中流动的电流会从所述马达电流变化率大于预设的变化率的时刻开始保持恒定值。
2.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，
其中进入所述电动马达的电荷量从所述马达电流变化率大于预设的第一变化率的时刻被累积，直到所述马达电流变化率小于预设为小于所述预设的第一变化率的第二变化率。
3.根据权利要求1所述的电子驻车制动系统，
其中在所累积的电荷量大于预设的电荷量时，所述电子控制单元确定所述电动马达发生卡止故障。
4.一种包括由电动马达操作的EPB致动器即电子驻车制动致动器的电子驻车制动系统，其包括：
马达驱动单元，其用于驱动所述EPB致动器的电动马达；
电流感测单元，其用于感测在所述电动马达中流动的电流；以及
电子控制单元，其用于利用在驻车操作期间通过所述电流感测单元感测的马达电流来计算进入所述电动马达的电荷量，累积所计算的电荷量，并且在所累积的电荷量的变化率大于预设的变化率时，确定所述电动马达发生卡止故障，
所述电动马达中流动的电流会从所述马达电流变化率大于预设的变化率的时刻开始保持恒定值。
5.一种包括由电动马达操作的EPB致动器即电子驻车制动致动器的电子驻车制动系统的控制方法，其包括：
在驻车操作期间感测在所述电动马达中流动的电流；
根据所感测的马达电流计算马达电流变化率；
在所计算的马达电流变化率大于预设的变化率时，从所计算的马达电流变化率大于预设的变化率的时刻累积进入所述电动马达的电荷量，并且在所累积的电荷量大于预设的电荷量时，确定所述电动马达发生卡止故障，
所述电动马达中流动的电流会从所述马达电流变化率大于预设的变化率的时刻开始保持恒定值。
6.根据权利要求5所述的控制方法，
其中累积电荷量的步骤从所述马达电流变化率大于预设的第一变化率的时刻累积进入所述电动马达的电荷量，直到所述马达电流变化率小于预设为小于所述预设的第一变化率的第二变化率。
7.一种包括由电动马达操作的EPB致动器即电子驻车制动致动器的电子驻车制动系统的控制方法，其包括：
在驻车操作期间感测在所述电动马达中流动的电流；
利用所感测的马达电流计算进入所述电动马达的电荷量；
累积所计算的电荷量；以及
在所累积的电荷量的变化率大于预设的变化率时，确定所述电动马达发生卡止故障，
所述电动马达中流动的电流会从所述马达电流变化率大于预设的变化率的时刻开始保持恒定值。
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