李葉中

（廈門金龍旅行車有限公司，福建 廈門 361022）

ESC系統(tǒng)在客車上的應用

李葉中

（廈門金龍旅行車有限公司，福建 廈門 361022）

摘 要：本文簡要介紹了ESC系統(tǒng)用途，并對ESC系統(tǒng)在客車應用進行匹配設計。

關鍵詞：ESC；客車；附著系數(shù)；設計

車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，全稱Electronic Stability Control，簡稱ESC，ESC系統(tǒng)能夠在幾毫秒的時間內，識別出汽車不穩(wěn)定的行駛趨勢，并及時對制動系統(tǒng)和發(fā)動機動力系統(tǒng)做出響應，使車輛趨于穩(wěn)定，防止跑偏、甩尾、側翻。研究表明，ESC可減少高達80%的側滑事故，美國國家公路交通安全管理局公布采用電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，可以減少67%的單次車輛撞擊和64%得致命車輛撞擊。ESC系統(tǒng)作為整車主動安全電控產(chǎn)品，目前已在轎車逐步普及。但在客車上采用ESC才剛開始起步。客車作為載人運輸工具，更有必要配置。

車輛制動系統(tǒng)主要分為兩類：液壓制動系統(tǒng)和氣壓制動系統(tǒng)。本文介紹了液壓制動ESC系統(tǒng)在客車上的實際應用，采用的是蕪湖一家公司研制的整體式、四通道ESC系統(tǒng)，即：有4個輪速傳感器，在通往4個車輪制動分泵的管路中，各設1個制動壓力調節(jié)器，分別進行獨立控制形式。

1 ESC系統(tǒng)的結構組成

ESC系統(tǒng)由電子控制單元（ECU）、液壓控制單元、發(fā)動機控制系統(tǒng)、常規(guī)液壓制動系統(tǒng)（真空助力器、主缸、制動管路、制動分泵）、轉向角度傳感器、車輪輪速傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角傳感器以及ESC開關、指示燈等部件組成。其中電子控制單元（ECU）、液壓調節(jié)總成是集成為一體，側向加速度傳感器、橫擺角傳感器集成在慣量傳感器（IMU）中。

其系統(tǒng)主要部件如圖1所示。

2 ESC系統(tǒng)工作原理

該電子穩(wěn)定系統(tǒng)，擁有ABS（防抱死剎車系統(tǒng)）、EBD（電子制動力分配）、TCS（牽引力控制系統(tǒng)）、ESC（車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）功能，通過對制動系統(tǒng)和發(fā)動機進行控制，實現(xiàn)各項功能。

車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)用于在高速轉彎或在濕滑路面上行駛時提供最佳的車輛穩(wěn)定性和方向控制，通過主動干預危險信號來實現(xiàn)車輛平穩(wěn)行駛，其工作簡要原理圖如圖2所示。側向加速度和橫擺角傳感器信息通過專用的IMU CAN線實時傳遞，方向盤轉角信息、發(fā)動機信息等信息通過CAN（Controller Aea Network）線實時傳遞。電子控制單元持續(xù)檢測并判斷的輸入信號有：電源電壓、車輪速度、方向盤轉角、側向加速度、橫擺角度、制動開關通斷、油門開度等信號。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行計算，算出車身狀態(tài)，再與ECU存儲器里面預先設定的數(shù)據(jù)進行比對。當ECU計算數(shù)據(jù)超出存儲器預存的數(shù)值，即車身臨近失控或者已經(jīng)失控的時候則命令液壓調節(jié)器和發(fā)動機控制系統(tǒng)工作，實施車輪制動和限制發(fā)動機扭矩，使車輪滑移率和驅動滑移率控制在穩(wěn)定區(qū)范圍內，增大車輪附著系統(tǒng)，消除側滑，從而保證車輛能夠穩(wěn)定行使。

圖1 ESC系統(tǒng)主要部件

圖2 ESC工作簡要原理圖

3 ESC系統(tǒng)設計

試驗車基本狀態(tài)：7m車、發(fā)動機前置、前盤后鼓液壓制動、后輪驅動、柴油發(fā)動機、整備質量4100kg、12V電壓系統(tǒng)。根據(jù)我公司提供的樣車制動、動力傳動、轉向、車身等系統(tǒng)參數(shù)，蕪湖公司進行ESC系統(tǒng)總成設計、模型建立、軟件仿真、硬件在環(huán)仿真、系統(tǒng)仿真分析。同時我公司根據(jù)ESC系統(tǒng)各個零件特點和要求，進行整車匹配設計，重點進行轉角傳感器安裝設計、IMU安裝設計、電器線路設計、ESC總成和常規(guī)液壓制動設計。

3.1 輪速傳感器

輪速傳感器和脈沖環(huán)即為ESC系統(tǒng)的“感知器”。脈沖環(huán)（齒圈）隨車輪一起旋轉，傳感器測量車輛運動情況并產(chǎn)生與輪速相應的感應信號（電壓），實時傳送至控制單元（ECU）， ECU根據(jù)這些信號分別計算出車速和輪速。該車前后輪都采用80齒磁脈沖環(huán)，前輪采用主動式主動傳感器、后輪采用被動傳感器。裝配后檢測齒面的跳動公差應小于0.1mm，齒圈的旋轉中心必須與輪轂的旋轉軸心同心，其公差應小于0.1mm。傳感器與齒面的間隙自然形成小于0.7mm。

無一例外的是，在上述三種情況下，入住公辦的養(yǎng)護院是照料者的一致首選。尤其是對于照料者去世后的情形，高達四成多的照料者選擇入住公辦的養(yǎng)護院。在最理想的情境下，入住公辦的養(yǎng)護院也依然最受照料者的青睞。值得一提的是，在第三種情況下，照料者表露出對心智障礙成員社會融入的渴求——近三分之一的照料者希望這些成員能主要依靠助殘日托照料(綜合照料體系)來實現(xiàn)未來安置，而不是進入公辦的養(yǎng)護院簡單了事。在三種情形中，心智障礙成員由親朋負責照料是入住公辦的養(yǎng)護院與還沒有計劃后的主要選擇。

3.2 轉向角度傳感器

方向盤轉向角度傳感器安裝在方向盤下方。采用的角度傳感器角度測量范圍：±780°、角度分辨率：0.0625°、角速度分辨率：4°/s。角度傳感器將方向盤轉動角度轉換成數(shù)字信息通過CAN線實時傳輸，電子控制單元（ECU）采集這些信息計算出駕駛員所要求的方向。角度傳感器安裝設計需要保證角度傳感器與周邊相鄰件必須保持3mm間距，不能出現(xiàn)運動干涉。

3.3 慣量傳感器（IMU）

慣量傳感器（IMU）集成了側向加速度傳感器和橫擺角傳感器，閉環(huán)信號處理，16位高精度數(shù)字信號輸出。慣量傳感器根據(jù)車輛繞其縱軸的旋轉角度和側向加速度輸出相應的數(shù)字信號，通過專用的IMU CAN總線進行傳輸，計算出車輛的實際行駛狀態(tài)。慣量傳感器安裝在車輛空載時重心位置。

3.4 液壓調節(jié)器

液壓調節(jié)器內部集成了閥體、電機、液壓泵、4個常開電磁閥、4個常閉電磁閥、低壓蓄油器，外部兩路輸入油路接口、四路輸出油路接口。該系統(tǒng)采用四通道設計，四個車輪單獨控制。汽車在正常行駛時無信號輸入調節(jié)器電磁閥，此時調節(jié)器處于常通狀態(tài)（常規(guī)制動）。緊急情況時，調節(jié)器電磁閥會根據(jù)電子控制單元所發(fā)出的信號進行閉合、開啟，自動調節(jié)制動輪缸的壓力使之增壓、減壓、保壓狀態(tài)，進而實現(xiàn)制動壓力的保持、釋放、增加，最終實現(xiàn)對各個車輪制動力控制。制動壓力調節(jié)器串接在制動主缸與輪缸之間。

電子控制單元（ECU）通過CAN線、IMU CAN線、車輪輪速等線路連接，采集信號、處理信號、輸出控制信號，是ESC的控制中心。它與液壓控制單元集成在一起構成一個總成。

4 整車ESC系統(tǒng)標定

該車安裝、調試好，對ESC系統(tǒng)進行初步靜態(tài)和動態(tài)標定，然后分別在試驗場進行冬季和夏季標定。由于ESC是在極限行駛工況下控制車輛穩(wěn)定性，測試是非常危險的過程，因此要在測試前加裝防護梁。按國標GB13594-2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》要求進行ABS試驗，同時進行 雪面ESC雙變道、單變道試驗、S型繞障礙、直線ESC試驗、30米環(huán)道ESC試驗、操穩(wěn)ESC試驗、蛇形繞樁ESC試驗、變線ESC試驗，各項試驗都做了ESC工作和不工作對比，并進行錄像。ESC工作時操穩(wěn)性能更好。

如該車在有ESC控制時，30m環(huán)道試驗發(fā)動機扭矩受到抑制，車速穩(wěn)定在42km/h，方向盤轉角恒定不變，車輛極其穩(wěn)定的沿著30m半徑的圓周運動，輪胎沒有受到明顯的磨損。沒有ESC控制時，發(fā)動機扭矩不受抑制，車速在45～50km/h之間變動，方向盤轉角隨著路面的起伏而不停的調整，車輛不穩(wěn)定的沿著30米半徑的圓周運動，輪胎受到非常嚴重的磨損，乘員感到很不舒服。ESC工作時，蛇形繞樁、變線能順利完成，否則不能完成。

結語

通過該車的ESC系統(tǒng)匹配、搭載、試驗，達到了預期效果，整車控制能力有較大提升，能夠使車輛在特殊工況（濕滑路面、冰雪路面、急轉彎、不同附著系統(tǒng)路面等）保持穩(wěn)定行駛。它是一種主動安全系統(tǒng)，能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯誤，最大限度地保證汽車不跑偏、不甩尾、不側翻，減輕了駕駛員負擔。ESC系統(tǒng)在客車使用將是趨勢，歐盟ECE-R13標準要求從2014年11月1日開始，所有在歐盟范圍內銷售的新車都必須配置車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)。ESC系統(tǒng)法規(guī)、技術標準、認證體系需要相關部門制定，為批量采用ESC系統(tǒng)提供法律依據(jù)。

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中圖分類號：U461.1

文獻標識碼：A