電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC在重型車輛上的應(yīng)用

劉子輝，趙玉超，郭鵬，賈敏，李大帥，張文斌

（中國重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計部，山東濟(jì)南 250103）

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC在重型車輛上的應(yīng)用

劉子輝，趙玉超，郭鵬，賈敏，李大帥，張文斌

（中國重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計部，山東濟(jì)南 250103）

1 ESC系統(tǒng)概述

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC，通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，向制動系統(tǒng)發(fā)出糾偏指令，幫助車輛維持動態(tài)平衡。ESC可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，能夠有效地避免轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形發(fā)生。

認(rèn)識到ESC系統(tǒng)對車輛安全行駛的重要作用，越來越多的國家和地區(qū)通過立法，強(qiáng)制在車輛上安裝ESC系統(tǒng)。根據(jù)法規(guī)，從2011年11月起，所有在歐盟注冊的新乘用車和商用車都必須裝配ESC系統(tǒng)，而從2014年11月起，所有新車都必須裝配該系統(tǒng)。

2 ESC系統(tǒng)組成及工作原理

ESC系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器、輪速傳感器、中央控制器及執(zhí)行裝置等組成。

2.1轉(zhuǎn)向角傳感器

轉(zhuǎn)向角傳感器用來檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)向方向，安裝在轉(zhuǎn)向管柱上，隨著轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向角傳感器會將轉(zhuǎn)向角度數(shù)值發(fā)送至整車CAN網(wǎng)絡(luò)上。轉(zhuǎn)向角傳感器見圖1。

2.2橫擺角速度／橫向加速度傳感器

橫擺角速度／橫向加速度傳感器被集成在ESC模塊內(nèi)部，用于偵測車輛橫向方向的加速度及橫擺角速度，以預(yù)先判斷車輛是否處于側(cè)翻等不穩(wěn)定狀態(tài)，提前采取預(yù)防側(cè)翻的措施。

2.3輪速傳感器

系統(tǒng)使用ABS輪速傳感器獲取車輛的車速。電磁式輪速傳感器固定安裝在車橋上，齒圈安裝在輪轂上，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，輪速傳感器感應(yīng)轉(zhuǎn)動中的齒圈以產(chǎn)生脈沖，中央控制器通過脈沖數(shù)計算出當(dāng)前的車速。輪速傳感器原理示意見圖2。

2.4中央控制器

中央控制器將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，然后跟存儲器里面預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。當(dāng)中央控制器判斷車身臨近失控時，命令相應(yīng)車輪的制動器工作，以保證車身行駛穩(wěn)定的前提下，盡量滿足駕駛員的意圖。

2.5執(zhí)行器

當(dāng)中央控制器監(jiān)測到車輛有側(cè)傾或轉(zhuǎn)向不足／過度的風(fēng)險時，通過橋控模塊（圖3）和制動電磁閥（圖4）對相應(yīng)的車輪進(jìn)行制動，從而保證車輛具有穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。

3 ESC系統(tǒng)在某款重型汽車上的應(yīng)用

3.1試驗準(zhǔn)備

ESC試驗需要測試安裝有ESC系統(tǒng)的車輛，在臨近側(cè)翻或不穩(wěn)定轉(zhuǎn)向情況下的性能表現(xiàn)，因此具有一定程度的危險性。為了降低或避免車輛側(cè)翻的情況發(fā)生，需要在專門制作的防護(hù)掛車上再加裝輔助支撐輪，如圖5所示。

3.2ESC功能驗證測試

3.2.1定圓加速測試

根據(jù)法規(guī)要求，定圓加速測試需要在半徑為20～100m的圓廣場進(jìn)行。圓廣場示意圖如圖6所示。

根據(jù)試驗場的場地條件，選取50m半徑的廣場作為該項試驗的場地。駕駛員沿著此半徑不停地加速車輛，隨著車速的增加，車輛越來越傾斜，當(dāng)系統(tǒng)測量到的橫向加速度達(dá)到軟件設(shè)置的側(cè)翻控制點時，ESC功能的發(fā)動機(jī)控制介入工作，此時盡管駕駛員將油門踩到底，車速也不會再增加。如果此時駕駛員減小車輛的行駛半徑，ESC控制的制動控制功能也會介入工作，降低車速，從而降低車輛側(cè)翻風(fēng)險。定圓測試曲線如圖7所示。

3.2.2變道測試

需要測試車輛在不同車速、不同附著系數(shù)的路面上變道時的行駛穩(wěn)定性。

按照圖8模擬車輛在行駛的過程中，避讓前方突然出現(xiàn)的障礙物，駕駛員試圖不踩制動踏板從高附路面切換到低附路面。隨著車輛速度的增加，車輛切換到低附的穩(wěn)定性將會變差，此時在駕駛員修正方向的過程中，ESC中的方向控制功能將會起到作用。

如圖9所示，在車輛變道出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或過度轉(zhuǎn)向時，ESC的方向控制功能激活，系統(tǒng)通過限制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和對單獨車輪的制動，來協(xié)助駕駛員控制車輛的行駛方向。

4 ESC系統(tǒng)展望

通過本次試驗可以看出，ESC系統(tǒng)在維護(hù)車輛穩(wěn)定性，防止車輛側(cè)翻方面具有重要的作用。隨著汽車電子行業(yè)的發(fā)展，融合了多學(xué)科優(yōu)勢的ESC系統(tǒng)必將在功能完備性、系統(tǒng)穩(wěn)定性及集成性、成本適應(yīng)性等方面取得長足的進(jìn)步。

由于中國汽車電子產(chǎn)業(yè)起步較晚，加上安全意識、部件成本等因素的制約，ESC系統(tǒng)還未在商用車領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。相信在不久的將來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提高和人們安全意識的增強(qiáng)，ESC系統(tǒng)一定會在我國的商用車市場上得到極大的應(yīng)用。

（編輯 心翔）

U463.6

：A

1003－8639（2016）12－0025－02

2016-04-08；

2016-04-28

劉子輝（1982-），男，山東冠縣人，工程師，碩士，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作；趙玉超（1982-），男，河北定州人，工程師，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作；郭鵬（1983-），男，江蘇鹽城人，工程師，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作；賈敏（1986-），女，山東茌平人，工程師，碩士，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作；李大帥（1989-），男，山東棗莊人，工程師，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作；張文斌（1970-），男，山東濟(jì)南人，高級工程師，主要從事汽車電子設(shè)計、測試工作。