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1. 自主泊車的發展現狀

停車問題一直一來都困擾著很多駕駛員，為解決這個痛點，國內外汽車生產廠商不斷研究并普及自主泊車技術，如今搭載自主泊車輔助系統(APA, Auto Parking Assist)的車型價格已經下探到了15萬以下。

另一方面，自主泊車技術也在不斷推陳出新。APA工作時駕駛員解放了雙手和雙腳，但是仍需要駕駛員坐在車內啟動激活按鈕并全程監控，一旦出現緊急情況（如小孩突然竄出）駕駛員需要及時接管并通過制動或轉向來避免碰撞事故。這種泊車系統仍然給了駕駛員“任務”，并不能完全滿足大眾的終極期待。

某車型激活自主泊車輔助系統的開關，截圖來自網路

于是乎，遙控泊車（RPA, Remote Parking Control）和自主代客泊車 (AVP, Automated Valet Parking)相繼落地。RPA允許駕駛員下車并通過遙控（車鑰匙或手機APP）激活，整個泊車過程完全由系統自主完成，不過一般仍然要求駕駛員在車輛距離車輛一定范圍內（歐盟法規ECE-R 79要求半徑不超過6m）。

某車型遙控泊車示意圖，截圖來自網路

AVP則被認為是解決用戶“最后一公里自由”痛點的最優技術方案，簡單來講AVP提供以下兩大功能，完全滿足了大眾對自主泊車的終極想象：

• 一鍵泊車：用戶在指定下客點下車，通過下達泊車指令，車輛在接收到指令后可自動行駛到停車場的停車位，不需要用戶操縱與監控。

• 一鍵召喚：基本要求如下：用戶通過下達取車指令，車輛在接收到指令后可以從停車位自動行駛到指定上客點接駕。

某車型自主代客泊車示意圖，截圖來自網路

2. RPA和AVP對制動系統的要求

從當前對系統的定位來看，無論是遙控泊車系統RPA還是自主代客泊車系統AVP，相比自主泊車輔助系統APA來說，除了解放駕駛員的雙手和雙腳外，還解放了駕駛員大腦——對泊車過程種的緊急情況監控以及應急處理將由系統來完成。對駕駛員的解放就意味著對自主泊車系統的要求的增加。正因如此，RPA和AVP的系統架構遠比APA復雜。

從實現方式上來看，各個廠家的RPA和AVP方案千差萬別，呈現出多樣化的態勢，但是如果單看對泊車過程的應急處理的方式，大家又都殊途同歸，無一例外地執行緊急剎車。這一處理方式對泊車場景來說合理且易于實現，因為RPA和AVP最大運行速度不超過15kph，快速剎停車輛能夠避免碰撞事故或者將碰撞速度降到很低從而降低碰撞傷害。

這樣一來，RPA和AVP必須保證車輛制動控制的安全性。那么問題來了：制動系統應該怎么設計才能保證自主泊車的安全？

因為在RPA和AVP的泊車過程中不考慮駕駛員的監控和接管，也就是說RPA和AVP屬于“自動駕駛”而非“輔助駕駛”，自動駕駛功能的基本設計思路就是“冗余設計”——當主控制系統出現故障時，備份控制系統能夠接管。因此，RPA和AVP中的制動系統也需要進行制動冗余，以保證其定義的緊急剎車的應急措施能夠在系統出現單點故障時依舊能夠實現。

在RPA和AVP中，對制動系統的冗余要求如下:

要素	是否需要冗余？	原因
制動控制系統	強制	當一路制動系統失效時需要另一路接管
供電系統冗余	強制	兩個制動系統共用一套供電存在共因失效
通訊冗余	不必要	主制動系統或備份制動系統任何收不到通訊信息都可以執行緊急剎停，兩路制動力疊加沒有風險
上層決策系統冗余	不必要	上層系統故障，主制動系統可以直接緊急剎停

 

RPA/AVP對制動系統的冗余要求

目前市場上主流的制動系統冗余組合為博世提供的ESC+i-Booster組合，特斯拉全系、小鵬P7、蔚來ES6、理想ONE的自主泊車系統中的制動冗余都是這套組合。博世車身穩定性控制系統ESC（又叫ESP）和電子助力制動系統i-Booster在主流電動車中裝載率高，在其基礎上拓展出滿足制動冗余要求的組合是個兼顧性能和成本的選擇。不過這并不是冗余制動系統的唯一解，比如i-Booster主要搭載在混動或純電車上，在只有ESC系統的車型上需要其他制動冗余方案來支持RPA或AVP。對于這一點，德國汽車工業協會發布的VDA 305標準中就給出了一種答案，即在集成式電子駐車系統EPB的基礎上進行改造，組成ESC液壓制動和EPB卡鉗制動的組合以實現自主泊車要求的冗余制動。接下來將對這套冗余制動系統進行介紹。

3. 集成式電子駐車系統EPB的自主泊車制動冗余方案

3.1. VDA305誕生的背景

目前電子駐車系統EPB幾乎已是10萬以上車型的標配，正在逐步替代手剎。EPB由兩部分組成：

• 產生駐車力的駐車執行機構（卡鉗和控制卡鉗的電機）
• 控制駐車執行機構的電子控制單元（ECU），包含軟件和硬件。

 

電子手剎正在逐步替代機械手剎

實際上，市場上99%的EPB系統都是集成式的，即共用ESC(Electric Stability Control, 電子穩定性系統)的ECU，將EPB系統的軟件集成到ESC軟件中，在ESC的硬件基礎上做一些改動以支持EPB的硬件需求。

為什么如此設計呢？EPB系統除了提供駐車功能外，還能在行車過程中控制制動液壓的實現備份制動，而液壓執行機構是集成于ESC系統中的；而ESC系統所包含的輪速傳感器可以為EPB系統提供車速這一關鍵參數以確定當前車速是否能夠駐車。因此，EPB和ESC功能關聯十分緊密，如果各自對應一個獨立的ECU，兩者之間注定有很多交互接口；把兩者集成于一個ECU中也是自然而然能想到的一個既節省成本又降低整車E/E系統復雜度的方案。

另一方面，市面上精于ESC系統的供應商和精于EPB系統的供應商往往不是一家。對于OEM而言，當選擇不同的EPB系統和ESC系統供應商時，如果各個供應商閉門造車，那么將EPB軟件集成到ESC軟件時將會面臨很多問題，首當其沖的問題是EPB和ESC軟件接口的定義如何統一。這就是VDA 305標準誕生的背景。VDA 305旨在標準化EPB系統的架構以及EPB軟件和ESC軟件的交互接口，清晰地定義EPB系統和ESC系統的供應商的職責范圍，使OEM在選擇供應商時有很大的自由度，也使得不同的供應商的合作更加高效。

3.2. 基于VDA 305的EPB系統描述

VDA 305將EPB系統分成兩個部分，可分別由兩個供應商提供：

• Brake Assy: 包含制動卡鉗、卡鉗電機、電機控制軟件（PBC, parking brake controller）

• ESC Assy: 又稱Brake Host，提供EPB ECU和供電電源、CAN 通訊接口、硬線接口等外圍設備

綠色：Brake Assy; 藍色：ESC Assy

這一劃分的目的在于：

• 術業有專攻，發揮供應商各自的優勢，強強聯合組成更可靠的產品
• 明確定義供應商的職責范圍
• 保證供應商的測試工作和產品釋放將不受另一方開發狀態的影響

OEM可以選擇不同的供應商產品組成EPB系統

 

另一個方面，如果將EPB系統和ESC系統分別作為一個系統來看，則EPB系統包括的組件為：

• 左右兩個制動卡鉗
• 控制卡鉗電機的PBC軟件
• 實現電機控制的硬件電驅橋
• Host軟件中的診斷模塊、CAN信號或這硬線信號處理模塊、輪速傳感器信號處理模塊
• 共用的硬件模塊，如microprocessor, electronic memory components等

ESC系統所包含的組件為：

• 實現建立輪缸液壓力的硬件
• ESC基礎軟件功能，如ABS（anti-lock braking system）, AYC（Active Yaw Rate Control）等
• 共用的硬件模塊，如microprocessor, electronic memory components等

3.3. 集成式EPB的制動冗余系統架構和降級策略

由上面的介紹可以理解，集成式EPB系統能夠提供以下兩種制動力：

• ESC液壓制動力
• EPB卡鉗制動力

但是我們也可以看到，EPB控制和ESC控制是共用以下要素的：

• 微控制器microprocessor （即μC）
• 供電源

這兩個要素任何一個故障都會直接導致ESC和EPB同時無法提供制動力，這就意味著ESC液壓制動和EPB卡鉗制動之間存在著共因失效，不符合RPA和AVP所要求的制動冗余。

這樣一來，為實現制動冗余，除了軟件變更外，硬件也要做特殊的改動。硬件的變更主要為實現以下兩點：

• 可接收兩路供電源
• 當μC故障時需要能夠激活集成電路APB ASIC以驅動卡鉗

集成式EPB系統的制動冗余架構圖如下圖所示。

集成式EPB的制動冗余架構圖

在這套制動冗余系統中，ESC液壓制動是主制動系統，EPB卡鉗制動是備份制動系統，系統的降級策略總結如下：

Use case	Vehicle deceleration
Full function	ESC
Communication failure with RPA/AVP controller	ESC
EPB failure	ESC
μC failure	EPB
ESC failure	EPB