董曉菲，何俊南，覃 秋

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

近十年來，我國汽車工業(yè)在良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下蓬勃發(fā)展，汽車給日常生活帶來巨大便利的同時，也帶來了如能源、環(huán)境、安全等在內(nèi)的諸多問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通事故已排在人類死亡原因第十位。在這種背景下，汽車安全技術(shù)的提升已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)企業(yè)的重要發(fā)展方向之一。

其中汽車電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Controller, ESC）系統(tǒng)自其誕生以來，便成為最重要的主動安全系統(tǒng)之一[1]，是近十年汽車安全技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)的具有里程碑意義的產(chǎn)品。ESC 系統(tǒng)核心技術(shù)和產(chǎn)品在國外已經(jīng)比較成熟，而國內(nèi)還處于初步研究階段，目前尚無ESC 系統(tǒng)自主開發(fā)匹配及生產(chǎn)能力，對ESC系統(tǒng)的測試和評價方法目前也不完善，本文將圍繞該系統(tǒng)在冰雪路面條件下的試驗(yàn)方法展開研究，找出環(huán)境條件等因素對試驗(yàn)一致性的影響特點(diǎn)。

1 ESC系統(tǒng)

ESC包含3個子系統(tǒng)，分別是制動防抱死系統(tǒng)（Anti-lock Braking System, ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System, TCS），以及橫擺力矩控制（Active Yaw Control, AYC）系統(tǒng)[2]。整個系統(tǒng)又分別由傳感器、電控、執(zhí)行單元三個模塊組成，經(jīng)過傳感器信息處理和運(yùn)算算法分析，ESC系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作定義期望的運(yùn)動狀態(tài)，與此同時對汽車的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行測量和估算。一旦駕駛員期望的運(yùn)動狀態(tài)與實(shí)際運(yùn)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(yùn)動,由此產(chǎn)生的橫擺力矩幫助駕駛員控制汽車使其實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)跟蹤駕駛員期望的運(yùn)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)現(xiàn)有評價方法

2.1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)

國外對于搭載ESC系統(tǒng)的整車性能試驗(yàn)方法研究起步較早，如美國高速公路交通安全局于2007年3月制定并頒布了FMVSS 126《汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》。國內(nèi)在該領(lǐng)域的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)研究起步較晚，2014年發(fā)布的《輕型汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》（GB/T 30677—2014）[3]，正文部分與國外法規(guī)基本一致，在附錄部分增加了兩項(xiàng)冰雪路面ESC性能的試驗(yàn)方法，分別是雙移線[4]和穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

2.2 ESC系統(tǒng)冰雪路面性能測試方法

與高附路面對ESC系統(tǒng)性能測試評價標(biāo)準(zhǔn)較為完備不同，在以冰、雪路為代表的低附路面，目前主要參考博世、大陸等ESC主流研發(fā)公司推薦的測試方法，常見測試道路包括壓實(shí)雪面、冰雪圓環(huán)、μ-Split對開路面、雪面高速環(huán)道[5]。在這些典型的低附試驗(yàn)路型下，可以有效地對車輛轉(zhuǎn)向不足、側(cè)滑的動態(tài)控制能力進(jìn)行評價和驗(yàn)證[6]。典型的試驗(yàn)方法如表1所示。

表1 ESC系統(tǒng)低附路面性能測試方法

對以上5項(xiàng)試驗(yàn)方法，都具有可定量測量的參數(shù)指標(biāo)，但由于該類試驗(yàn)受到試驗(yàn)員操作差異、場地條件變化、氣象環(huán)境條件波動的影響較大，因此試驗(yàn)一致性較差，目前多以主觀評價的方法開展。同時，該領(lǐng)域也缺乏操作性強(qiáng)、得到行業(yè)認(rèn)可的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)。

為了促進(jìn)該領(lǐng)域汽車測試技術(shù)的發(fā)展，我公司在2021至2022年測試季，于內(nèi)蒙古呼倫貝爾牙克石中汽中心冬季試驗(yàn)場，對ESC系統(tǒng)在冰雪路面性能的測試方法進(jìn)行了大量驗(yàn)證，試圖找出各影響因素對試驗(yàn)一致性的影響特點(diǎn)，及各影響因素的控制方法。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

本次驗(yàn)證的試驗(yàn)方法為GB/T 30677—2014附錄部分的雙移線試驗(yàn)，其中試驗(yàn)車輛的準(zhǔn)備、試驗(yàn)通道樁桶擺放、試驗(yàn)操作均嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。試驗(yàn)設(shè)備為測力方向盤、組合慣導(dǎo)測試系統(tǒng)，如表2所示，分別測量測試車輛方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)速、車速、車輛橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角等多項(xiàng)車輛動態(tài)參數(shù)。主要試驗(yàn)設(shè)備在車輛內(nèi)的安裝情況如圖1所示。

表2 主要測試設(shè)備

圖 1 主要試驗(yàn)設(shè)備安裝情況

驗(yàn)證試驗(yàn)于2022年2月下旬在位于內(nèi)蒙古牙克石的中汽研汽車檢驗(yàn)中心（呼倫貝爾）有限公司進(jìn)行，試驗(yàn)期間的環(huán)境溫度為-26 ℃～-18 ℃，試驗(yàn)路面為圖2所示的壓實(shí)雪路面。雪面壓實(shí)度指數(shù)為75～85，路面摩擦系數(shù)為0.3～0.4。

圖2 試驗(yàn)場地及試驗(yàn)車輛

雙移線試驗(yàn)通道使用樁桶擺放，擺放形式如圖3所示，車輛以某一初速度從A通道駛?cè)?，后緊急變線通過B通道，最終從C通道駛出。A、B、C通道的寬度分別為（1.1/1.2/1.3）×車輛寬度+1.25 m。

圖3 雙移線試驗(yàn)通道示意（單位：m）

通過大量的重復(fù)試驗(yàn)，對采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而分析對該試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素及影響特點(diǎn)。

4 試驗(yàn)一致性的影響因素

4.1 影響因素分類

在冰雪路面對整車ESC系統(tǒng)性能進(jìn)行試驗(yàn)，主要受到駕駛員操作差異、冰雪路面條件變化及氣象條件波動三類因素影響，各影響因素如表3所示。

表3 ESC冰雪路面試驗(yàn)一致性影響因素

由于試驗(yàn)條件的限制，本研究只對方向盤轉(zhuǎn)角幅度、路面反復(fù)碾壓次數(shù)對試驗(yàn)一致性的影響幅度進(jìn)行了分析，而其他幾項(xiàng)影響因素的情況則會在后續(xù)試驗(yàn)季進(jìn)一步開展。下面將對方向盤轉(zhuǎn)角幅度的變化及壓實(shí)雪面被反復(fù)碾壓造成的路面條件變化對試驗(yàn)一致性的影響特點(diǎn)進(jìn)行分析。

4.2 方向盤轉(zhuǎn)角幅度差異對試驗(yàn)結(jié)果的影響

4.2.1 不同駕駛員間操作差異性

該次驗(yàn)證中，分別由2名試驗(yàn)駕駛員進(jìn)行雙移線試驗(yàn)操作，試驗(yàn)開始前進(jìn)行多次試驗(yàn)操作練習(xí)，試驗(yàn)中以75 km/h的車速作為試驗(yàn)車速，分別由2名駕駛員重復(fù)完成10次，并記錄方向盤轉(zhuǎn)角及車輛各項(xiàng)動態(tài)參數(shù)，本次試驗(yàn)?zāi)康臑榉治霾煌囼?yàn)駕駛員轉(zhuǎn)向操作的差異，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同試驗(yàn)駕駛員操作差異性數(shù)據(jù)

從10次操作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，不同試驗(yàn)駕駛員之間的轉(zhuǎn)向操作存在明顯差異，方向盤轉(zhuǎn)角幅度的平均值相差了5.07°。從標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)可以看出，不同試驗(yàn)駕駛員操作一致性也存在明顯差異。

4.2.2 方向盤轉(zhuǎn)角幅度的影響

該驗(yàn)證試驗(yàn)由1名駕駛員，以75 km/h的車速重復(fù)完成30次雙移線試驗(yàn)，記錄方向盤轉(zhuǎn)角及車輛各項(xiàng)動態(tài)參數(shù)，選取每次試驗(yàn)中第一次轉(zhuǎn)向操作時的峰值方向盤轉(zhuǎn)角、峰值方向盤轉(zhuǎn)速、峰值橫擺角速度、峰值側(cè)向加速度、峰值側(cè)傾角，共計(jì)30組數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 30次重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

首先，分析方向盤轉(zhuǎn)角幅度，以及該時刻的車輛橫擺角速度和側(cè)向加速度數(shù)據(jù)。按照方向盤轉(zhuǎn)角幅度數(shù)據(jù)，對30組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分類，根據(jù)表6，方向盤轉(zhuǎn)角幅度為（15±2）°的情況出現(xiàn)4次，方向盤轉(zhuǎn)角幅度為（20±2）°的情況出現(xiàn)12次，方向盤轉(zhuǎn)角幅度為（25±2）°的情況出現(xiàn)11次。

表6 30次重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分類

對分類后的數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)，得到不同方向盤轉(zhuǎn)角幅度對車輛動態(tài)參數(shù)的影響情況如表7所示。能夠看出，相同試驗(yàn)車速下，隨著方向盤轉(zhuǎn)角的增加，橫擺角速度與側(cè)向加速度都呈正相關(guān)趨勢增加，其中橫擺角速度增加幅度更明顯。

表7 方向盤轉(zhuǎn)角幅度對車輛動態(tài)參數(shù)的影響

在方向盤轉(zhuǎn)角從15°增加至25°時，橫擺角速度的增加幅度為48%；側(cè)向加速度的增加幅度為26%。

4.3 壓實(shí)雪面被反復(fù)碾壓對試驗(yàn)結(jié)果的影響

目前在冰雪路面開展的ESC系統(tǒng)性能試驗(yàn)，如雙移線、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)等，均需要在同一試驗(yàn)路面反復(fù)多次進(jìn)行，區(qū)別于高附路面的穩(wěn)定條件，壓實(shí)雪面在每次試驗(yàn)后，由于車輛的碾壓，路面狀態(tài)都發(fā)生一定變化，造成路面摩擦系數(shù)差異，并對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

從4.2.2進(jìn)行的30組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，對轉(zhuǎn)角幅度為（20±2）°的12組數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，從試驗(yàn)次序上來看，這12組數(shù)據(jù)在第1—10次試驗(yàn)中出現(xiàn)2次，在第11—20次試驗(yàn)中出現(xiàn)6次，在第21—30次試驗(yàn)中出現(xiàn)4次，數(shù)據(jù)分析如表8所示。

表8 路面反復(fù)碾壓后對試驗(yàn)結(jié)果的影響

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在30次試驗(yàn)中，在保證其他試驗(yàn)條件基本一致的情況下，試驗(yàn)次序的增加，沒有明顯造成車輛橫擺角速度、側(cè)向加速度的增大。可以推斷壓實(shí)雪面在多次重復(fù)試驗(yàn)受到車輛碾壓后，路面質(zhì)量的均一性變差，但整體的摩擦系數(shù)未發(fā)生顯著變化。

5 總結(jié)

目前冰雪路面常見的ESC試驗(yàn)方法均為試驗(yàn)駕駛員操作，而人為操作的誤差是該類試驗(yàn)一致性差的重要影響因素之一。

冰雪路面，特別是壓實(shí)雪路面，在經(jīng)過數(shù)次重復(fù)試驗(yàn)后，路面受車輛碾壓，均一性明顯降低，但從實(shí)測的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，路面被碾壓發(fā)生變化對試驗(yàn)結(jié)果的影響較輕微。

環(huán)境溫度、空氣濕度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)速等條件組成的氣象系統(tǒng)，是該類試驗(yàn)一致性、復(fù)現(xiàn)性較差的另一個重要影響因素，由于當(dāng)前的試驗(yàn)條件限制，還很難明確其中的影響規(guī)律。在這種情況下，可以嚴(yán)格限制試驗(yàn)環(huán)境條件的范圍及試驗(yàn)流程來控制試驗(yàn)一致性的誤差范圍。