趙永剛 呂彪

摘 要：汽車電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control，簡稱ESC）系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)車輛行駛和制動過程中牽引力和制動力分配，能有效提高車輛行駛及制動過程中的安全性能。文章介紹了ESC系統(tǒng)的組成、工作原理、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)現(xiàn)狀，并對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行了分析比較。

關(guān)鍵詞：ESC系統(tǒng)；現(xiàn)狀；標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：U461.99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-113-03

Abstract： Electronic stability control system by adjusting the vehicle traction and braking force of during driving and braking， can effectively improve the safety performance in the process of vehicle driving and braking. This paper intro -duces composition of ESC system， working principle， research status domestic and foreign ， situation of domestic and foreign standards research， and analyzes and compares domestic and foreign standards of status quo.

Keywords： Electronic Stability Control system； Standard； The status quo

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-113-03

前言

車輛操縱穩(wěn)定性是汽車安全領(lǐng)域的長期研究課題，隨著汽車底盤系統(tǒng)的逐漸電子化和智能化，針對車輛操縱穩(wěn)定性的汽車電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control，簡稱ESC）系統(tǒng)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的熱點研究課題之一。國內(nèi)對ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，特別是重型車的ESC系統(tǒng)的研究尚處于理論分析階段，目前還沒有相對成熟的重型車ESC系統(tǒng)測試方法標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。開展汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)的分析，有助于推進(jìn)我國現(xiàn)有車輛ESC系統(tǒng)的裝車調(diào)試，對提升汽車安全技術(shù)水平意義重大。

1 ESC系統(tǒng)介紹

美國國家公路交通安全管理局于2007年對ESC系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的定義，規(guī)定ESC必須具備以下特征：1）通過對單個車輪進(jìn)行制動力調(diào)來產(chǎn)生一個橫擺力矩，從而增強汽車的方向穩(wěn)定性；2）由計算機(jī)控制，通過閉環(huán)控制算法來限制汽車的轉(zhuǎn)向；3）具備測量汽車橫擺角速度以及估算汽車質(zhì)心側(cè)偏角的方法；4）具備監(jiān)測駕駛員轉(zhuǎn)向輸入的方法；5）具有控制算法來確定是否有改變發(fā)動機(jī)輸出扭矩的需要，并且有相應(yīng)的方法來實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，幫助駕駛員保持對汽車的控制。為了實現(xiàn)ESC系統(tǒng)的上述功能，ESC系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的傳感器、電子控制單元、執(zhí)行器等有關(guān)技術(shù)。圖1展示了ESC系統(tǒng)的組成。

在具體的工作過程中，ESC系統(tǒng)經(jīng)過傳感器信息處理和運算算法分析，根據(jù)駕駛員的操作定義期望的運動狀態(tài)，與此同時對汽車的實際運動狀態(tài)進(jìn)行測量和估算。一旦駕駛員期望的運動狀態(tài)與實際運動狀態(tài)之間的差值超過給定的門限值時，ESC系統(tǒng)按照一定的控制規(guī)則調(diào)節(jié)車輪上的縱向力大小，通過直接調(diào)節(jié)車輪縱向力大小以及間接影響車輪橫向力來控制汽車的橫擺運動，由此產(chǎn)生的橫擺力矩幫助駕駛員控制汽車使其實際運動狀態(tài)跟蹤駕駛員期望的運動狀態(tài)，使汽車具有良好的操縱性和方向穩(wěn)定性的主動安全控制系統(tǒng)。

2 ESC系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

ESC系統(tǒng)是對汽車動態(tài)車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的一個通用標(biāo)準(zhǔn)名稱，其控制參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了車輪制動力的控制。雖然各大汽車公司所推出產(chǎn)品的功能類似，但由于各自產(chǎn)品特點（控制參數(shù)、控制策略）的不同，其叫法也不盡相同，寶馬公司命名為DSC（ Dynamic Stability Control）、雪佛萊公司命名為AH（Active Handling）、本田公司命名為VSA（Vehicle Stability Assist）、豐田公司命名為VSC（Vehicle Stability Control）。

2.1 ESC系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀

關(guān)于ESC系統(tǒng)國外的研究，政府層面，美國高速公路交通安全局率先于2007年頒布了全球第一部關(guān)ESC的汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)FMVSS126，并其對ESC系統(tǒng)做了明確的定義和要求。要求ESC必須在汽車運行的各種狀況下，無論是汽車加速，恒速還是制動減速時都要正常運行。并且規(guī)定從 2011年9月1日起，美國市場上銷售的所有載荷低于4，536 kg（10，000磅）的汽車必須裝備ESC系統(tǒng)。隨后，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會（UN/ECE ）于2009年11月11日在乘用車制動標(biāo)準(zhǔn)ECE 13H中添加了有關(guān)ESC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，要求自20l1年l1月1日起所有締約國將對沒有安裝ESC系統(tǒng)和未達(dá)到ECE 13H附件9對ESC系統(tǒng)要求的車輛不能給予合格認(rèn)證；澳大利亞、加拿大、日本和巴西也陸續(xù)推出了針對 ESC 強制安裝的法規(guī)。近年來歐美發(fā)達(dá)國家應(yīng)用PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、預(yù)測控制、滑膜控制等策略，開發(fā)了大量的試驗設(shè)備及程序，而且制定了更為豐富的試驗項目，不僅包括常見的正弦掃描試驗、轉(zhuǎn)向作用力試驗、轉(zhuǎn)向負(fù)荷試驗，而且還包括人工操作和轉(zhuǎn)向機(jī)器人操作之間的對比、轉(zhuǎn)向剎車綜合試驗等專項試驗項目，而且其測試參量更為豐富，評價指標(biāo)更為綜合化。

2.2 ESC系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

受一系列因素的制約和影響，國內(nèi)對ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，目前仍處于理論研究階段，還沒有商業(yè)化成品出現(xiàn)。但是，隨著ESC系統(tǒng)在國外的逐步普及、國外相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的引入，國內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)及高校對ESC系統(tǒng)的開發(fā)、ESC系統(tǒng)的裝車匹配及ESC系統(tǒng)的測試與評價已成為重點關(guān)注的普遍問題問題。吉林大學(xué)郭孔輝等人多年來對ESC系統(tǒng)開展了高品質(zhì)汽車動力學(xué)建模、電子穩(wěn)定性控制策略及仿真、電子穩(wěn)定性控制實車試驗、底盤集成控制策略及仿真、底盤集成控制硬件在環(huán)試驗等方面一系列工作。中國汽車技術(shù)中心歸納分析了國外ESC系統(tǒng)的整車測試評價方法，介紹了進(jìn)行測試的監(jiān)控參數(shù)和設(shè)備；隨后針對高附著系數(shù)路面實驗提出了基于車輛質(zhì)心側(cè)偏角的測試評價方法，并使用30款不同車型進(jìn)行驗證試驗，說明了現(xiàn)有測試評價系統(tǒng)參數(shù)有待更新。隨后，該中心還對冰雪道路的ESC系統(tǒng)試驗評價方法進(jìn)行了研究。重汽集團(tuán)對ESC系統(tǒng)在重型車上的適應(yīng)性進(jìn)行了實驗分析，并對不同測試循環(huán)進(jìn)行對比。此外，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)等高校均對ESC系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和研究。

2.3 ESC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)現(xiàn)狀

ESC系統(tǒng)國外主流的測試標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)以美標(biāo)和歐標(biāo)為代表，目前美國和歐洲在輕型車和重型車領(lǐng)域都有較為完善的測試標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，測試方法也不盡相同。國內(nèi)目前只在輕型車領(lǐng)域有國家推薦性測試標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用歐標(biāo)而來，在重型車領(lǐng)域還處于理論研究階段，沒有相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)形成。

3 國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

美國高速公路交通安全局于2007年3月定版和頒布了全球第一部有關(guān)ESC的汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)——美國聯(lián)邦機(jī)動車安全標(biāo)準(zhǔn)：FMVSS 126《汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》。隨后，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會等單位也推出了ESC系統(tǒng)的法規(guī)，2009年ECE R13H《乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》第二次修訂中將ESC系統(tǒng)納入附錄9；2011年ECE R13H《關(guān)于就制動方面批準(zhǔn)M 類、N 類和O 類車輛的統(tǒng)一規(guī)定》的第7次修訂中將裝備ESC系統(tǒng)的特殊要求納入附錄21。2012年5月，為提高重型車輛的安全性能，減少安全事故，美國高速公路交通安全局發(fā)布FMVSS 136《重型車汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》，對重型車ESC系統(tǒng)的裝配也提出了相關(guān)要求。

4 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2007年2月，按照全球技術(shù)法規(guī)制定與協(xié)調(diào)的要求，中國汽車技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)所作為聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇中國工作委員會（C-WP29）秘書處，在組織國內(nèi)主要汽車生產(chǎn)企業(yè)及國家級檢測機(jī)構(gòu)討論的基礎(chǔ)上，經(jīng)請示政府主管部門同意，就ESC系統(tǒng)適用范圍、ESC系統(tǒng)定義及功能要求、試驗路面附著系數(shù)要求及測定等內(nèi)容提出了中國的提案和意見。而后，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會組織開展了ESC系統(tǒng)技術(shù)及產(chǎn)品、試驗場地和設(shè)備適應(yīng)性調(diào)查及可行性分析等前期研究工作，確定首先制定推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，并于2010年正式提出了有關(guān)“輕型汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)”推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)立項申請，于 2011 年2月獲國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2014年12月31日發(fā)布了推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30677-2014，并于2015年7月1日開始實施標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于重型車ESC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，國內(nèi)還處于空白。既沒有重型車ESC系統(tǒng)的測試和評價方法，也沒有重型車有關(guān)ESC系統(tǒng)的法規(guī)要求。

5 國內(nèi)外測試標(biāo)準(zhǔn)分析

FMVSS l26與ECE R13H對ESC系統(tǒng)的測試及評價方法上，除試驗條件和試驗設(shè)備有所不同外，在標(biāo)準(zhǔn)限值、試驗程序和數(shù)據(jù)處理上基本一致。FMVSSl26與ECE R13H的有關(guān)試驗條件和試驗設(shè)備對比結(jié)果見下表1。

GB/T 30677-2014正文部分修改采用ECE R13H，對ESC系統(tǒng)試驗評價方法上與國際通行做法和要求一致，根據(jù)我國實際情況，變化部分主要有以下方面：1）提出了對ESC系統(tǒng)冰雪道路試驗的要求；2）調(diào)整了適用范圍，規(guī)定其適用于最大設(shè)計總質(zhì)量不超過 3500 kg 的 M1、M2 和 N 類車輛的電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。最大設(shè)計總質(zhì)量在 3500kg 以上但不超過 5000kg 的車輛可參照執(zhí)行；3）在不與GTR 8沖突的前提下，優(yōu)先協(xié)調(diào)采用GB/T 12549-2013《汽車操縱穩(wěn)定性術(shù)語及其定義》的定義。為描述清楚，在 ESC 定義中增加了對其特征、功能的概要說明；4）從嚴(yán)要求根據(jù)車輛的靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)（Static stability Factor，簡稱：SSF）不同而分別規(guī)定的風(fēng)速限制，統(tǒng)一規(guī)定為 5m/s；5）明確要求車輛在試驗前，需要按GB 21670-2008 《乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》第 7 章規(guī)定的要求對制動器進(jìn)行磨合。

6 總結(jié)與展望

ESC系統(tǒng)能極大的提高車輛運行狀況下的行駛安全性，特別是車輛在極端環(huán)境下的行駛安全性。國外對ESC系統(tǒng)的研究、立法以及應(yīng)用都非常成熟；國內(nèi)對ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不健全。伴隨近幾年我國汽車工業(yè)在安全、環(huán)保等方面的技術(shù)日趨成熟，與歐美先進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)日益同步。我們相信，不論是汽車生產(chǎn)企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)還是行業(yè)協(xié)會在該領(lǐng)域的研究一定會日趨成熟，實現(xiàn)對ESC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究全覆蓋和裝車普及指日可待。

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