轻型汽车技术2021（1-2）技术纵横25
孙广地
（南京汽车集团有限公司汽车工程研究院）
摘要：本文介绍基于液压制动型式的电控制动系统方案设计及测试。行车制动采用ESC和IBC，驻车制动采用EPB，各模块紧密关联，控制策略先进，具备冗余
特性。经验证，系统满足智能车对制动系统功能及性能需求，该方案为智能轻卡电控
制动系统设计提供了有价值的参考。
关键词：智能驾驶电控制动ESC IBC EPB
1引言
随着科技的快速发展以及行业激烈竞争，各大整车及零部件企业都在大力发展智能汽车。
作为车辆核心执行系统的电控制动系统，由于零部件要求高，关联因素多、控制策略复杂，测试工作量大等因素，一直是智能驾驶汽车设计的难点和重点。
本文以某智能驾驶轻卡项目为载体，以满足整车功能及性能为基础，开发电控制动系统。参照乘用车技术，设计以ESC（电子稳定性控制）、IBC （集成式电子制动助力）、EPB（电子驻车）为核心的电控制动系统方案。系统具备功能多、主动建压能力强等特性。通过对系统控制策略、系统架构、通讯信号、仪表显示、故障诊断等内容进行全面的匹配和设计，并经多轮调试，系统功能及性能满足整车需求。
2车辆描述及功能需求
本项目车型为纯电动智能驾驶轻卡。立项之初，根据客户需求，进行场景定义。车辆主要基于无人驾驶和低速贴边无人驾驶清扫作业场景、自主泊车、自主扫地及车辆监控调度等场景进行方案设计。
基于场景需求，在纯电动车基础上进行开发。以复合控制的形式，通过开发线控转向、驱动、制动系统，增加定位系统、感知融合系统（毫米波雷达、超声波雷达、单眼摄像头、激光雷达等传感器）、决策控制系统、智能上装等，实现特定场景下的具有高度自动驾驶功能的智能驾驶专用车。车辆外形如图1，车辆主要结构及参数如表1，车辆主要智能功能如表2O
3电控制动系统方案选择及构建
3.1方案选择
基于车辆特性及智能驾驶工况需求，匹配及设计电控制动系统。通过广泛的行业对标、深入的供应商调研及选择，并参照乘用车最新技术及相关规范，首先进行方案详细对比，具体如表3。
通过踏板模拟器实现全解耦，主动制动踏板不会下沉。
其中方案4技术最为先进，但是对供应商要求高，目前仅仅在乘用车上开始应用，因此排除。
26技术纵横轻型汽车技术2021（1-2）
图1车辆外形
表1车辆主要结构及参数
驱动型式后驱制动型式液制动/H型布置
动力电动转向型式电子助力
长宽高（min）5340X1500X1850质量（空载/满载）（kg）3300/4300
轴距（mm）2800轮胎型号（mm）185R15
轮距（mm）1316/1223最高车速（km/h）88（智能工况不超过30）
前制动型式盘式缸径（mm）2X48
后制动型式鼓式缸径（mm）4>280X64-4)28.58
制动主缸（nun）G25.4制动踏板杠杆比 4.2
表2车辆主要智能功能
序号功能序号功能
1自动跟车7差分GPS+IMU+激光SLAM定位融合
2车道保持8车身控制器控制
3自动寻迹9紧急停车
4自动避障10自动上装清扫
5直角弯控制11激光FreeSpace
6红绿灯识别12激光障碍物聚类
方案3为EPB分控集成，目前该技术还处于研究阶段，未有量产应用，因此排除。方案2，需要动力系统集成P_Lock（P驻车锁），由于成本高，结构复杂，且无该配置，因此排除。针对本项目车型，方案1均可以到符合要求的ESC/IBC/EPB控制器资源，且供应商具备相应的开发能力，最后选择ESC+IBC+EPB方案。
3.2方案构成
针对这三个控制器的需求，并根据整车相关系统方案，进行系统架构设计。ESC/IBC
执行行车
轻型汽车技术2021（1-2）技术纵横27
表3方案对比
方案方案简述布置性能踏板感觉
1IBC+ESC+EPB IBC为非解耦系统，制动踏板杠杆比
迈腾最新报价无特殊要求，容易布置。TTL<200ms（最大减速度
延迟时间）
踏板力耦合，制动踏板下
沉。
2IBC+ESC(EPBi)
+P_Lock
同方案1同方案1同方案1
3IBC(EPBi)+ESC
(EPBi)同方案1同方案1踏板力耦合，制动踏板下
沉。
左右EPB很难做到动态协
调同步控制
油价调整最新消息2020五月4IBC(EPBi)
+RBU+P_Lock IBU为解耦系统，为满足单点失效法
规，制动踏板杠杆比较大，增加踏板
钱江摩托车报价布置难度。
TTL<150ms通过踏板模拟器实现全解
耦，主动制动踏板不会下
沉。
—
—硬线—
—CAN——机械
图2电控系统架构
制动,ESC控制器接收轮速、车辆姿态、方向盘转角等信号，并与IBC、EPB、ADU（智能驾驶控制器）、VCU（整车动力控制器）进行信号交换，通过IPK（仪表）进行状态实时显示，最终实现ESC系统功能。IBC通过自身的踏板位移、主缸制动压力、电机位置等信号，并通过CAN（控制器局域网）总线与其它控制器进行信息交换实现IBC系统功能。EPB 通过EPB开关实现驻车和释放功能，并通过CAN 总线与其它控制器进行信息交换实现辅助功能。架构如图2所示。
该方案主要有以下特点：
IBC：主执行系统，非解耦系统，不集成ESC、EPB控制；
ESC：冗余执行系统，不集成EPB控制，接入4根轮速传感器；
EPB：具备基本的驻车功能，可实现低速行车冗余执行备份。
3.3系统功能及控制策略
系统功能规划时，各系统除了传统车辆的基本功能，还加入智能驾驶工况的各种功能。ESC
除
28 技术纵横
轻型汽车技术 2021（1-2）
环塔拉力赛---------------------------------------—T-, 1.线控制动
彳1BC （电子制动助力）|
-----1
彳 詔噩
ADU
（智驾聊器）
｛主动制动状态］
主要功能｛1、ABS+TCS+ESC
二.一•/ 2、主动制动备份
I 3、晌应动态驻车
［驻车请求］
图3系统控制策略框图
了基本的ABSfTCS/ESC 等功能，还具备主动制动 备用功能，响应EPB 的动态驻车请求功能。IBC 具
备线控制动（主控执行），制动助力.制动能量回收 等功能。EPB 具备车辆静、动态驻车，有人及无人
模式下的自动驻车功能。为了实现无人车的主动制动功能，控制策略 以ESC 为核心，正常主动制动模式下,ESC 接收
ADU 的减速度指令，通过自身的压力模型将减速 转化为压力值，并请求IBC 执行主动建压。因为
ADU 只能发送减速请求，而IBC 优先执行压力请
求，且IBC 建压能力强，响应减速度值大，响应时 间短，故采用以上主控策略。车辆停止后，由ADU 请求EPB 驻车。
主动制动冗余策略1：ESC 失效，IBC 响应
ADU 制动请求（通过估算将减速度转为制动压 力），响应精度较主控方案要低。冗余策略2：IBC
失效,ESC 直接响应ADU 减速度请求.响应能力 及响应时间较主控方案要低。冗余策略3：ESC 和
IBC 同时失效,EPB 响应ADU 制动请求，可满足 低速工况需求。策略如图3所示。
3.4信号定义及匹配
各控制器之间都是通过总线实现信号交换，
所有信号定义都基于功能及控制需求。开发时，笔 者与底盘各控制器供应商、所有相关控制器工程
师、整车网络工程师进行反复沟通，再根据整车网 络特性及各系统需求，详细定义ESC/IBC/EPB 及
与之相关联的控制信号，如表4所示。本文不再详 细列举各信号的类型、长度、地址、信号值、信号传
输安全算法等信息。最后网络工程师发布信号定
义文件（也称DBC 文件），各控制器根据DBC 文 件开发软件。
4执行外部制动指令的数据分析
主动制动功能是智能驾驶车辆核心功能之 —，制动系统响应外部制动减速度指令的能力及 精度直接影响车辆性能及舒适性。参照乘用车要 求，设定主要指标，如表5所示。
经实车测试，减速响应能力及最大减速度延
迟满足指标要求。稳态误差及超调量偏大，采样点 车速 17.5km/h ，时刻 100.6s,ADU 发-4（m/s 2）,ESC
请求IBC 建压5.3MPa 。延迟100 ms 左右，车辆有 减速度输岀，车辆稳定减速度-3（m/s2），较实际请 求值偏小，采样点数据及典型工况曲线如图4和
图5所示。另外最大稳定减速值稳定一段时间后, 出现震荡。主要原因，车辆基础制动系统建压线性 及稳定性能力一般，引起减速度波动。因本项目车 型为低速智能驾驶车，当前主动制动性能满足整
车功能需求。
5
结束语
轻型汽车技术2021(1-2)技术纵横29
表4信号列表
发送控制
器
接收控制器信号名称信号基本定义及作用
ESC IBC/EPB/EPS/VCU/
ADU/IPK
轮速信息每个车轮轮速及有效信息，
车速信息车辆实时车速及有效信息
系统状态信息系统故障及工作状态
IBC IBC交换信息请求IBC进行增减压控制(外部制动时) EPB EPB交换信息请求EPB驻车
VCU VCU交换信息请求VCU进行扭矩响应
IBC/EPB/VCU/ADU车辆运动状态信息车辆横纵向减速及横摆实时状态
IBC ESC/EPB/ADU/IPK IBC状态信息系统故障及工作状态ESC ESC交换信息失效时请求ESC增压VCU VCU交换信息请求再生扭矩
EPB
IBC/EPB/ADU/IPK EPB状态信息系统故障及工作状态
ESC ESC交换信息请求ESC进行减速
EPS
IPK/ADI EPS状态信息系统故障及工作状态
ESC/ADU方向盘信息转角信息及方向盘驾驶状态
VCU
临时牌会被拍到违章吗ESC/IBC/EPB/EPS/
ADU VCU状态信息系统故障及工作状态
油门状态油门当前开度
扭矩及转速电机各种扭矩及转速信息
ADU IPK ADU状态信息系统故障及工作状态ESC ESC交换信息请求ESC进行减速度响应EPB EPB交换信息请求EPB进行驻车
EPS EPS交换信息请求EPS进行转向
VCU VCU交换信息请求VCU进行增减扭
二手车公司表5主要性能指标
序号评价项目指标
1减速能力km/h N40
2减速度延迟时间ms W200
3加速度响应的稳态误差W10.lm/s21；
4加速度响应的超调量W请求值的5%
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