客車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)性能測(cè)試與評(píng)價(jià)

游國(guó)平，徐建勛，王 戡，張儀棟，來 飛

（重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心重慶401122）

客車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)性能測(cè)試與評(píng)價(jià)

游國(guó)平，徐建勛，王 戡，張儀棟，來 飛

（重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心重慶401122）

簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)外客車采用的電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）測(cè)試評(píng)價(jià)方法，并按照測(cè)試方法的要求，介紹國(guó)家客車質(zhì)檢中心進(jìn)行某客車ESC的測(cè)試評(píng)價(jià)情況。最后，對(duì)客車ESC的測(cè)試與評(píng)價(jià)提出建議。

客車；電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)；測(cè)試；評(píng)價(jià)

車輛電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC），通過獨(dú)立控制車輪制動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩等參數(shù)，不僅能保證車輛在加速、制動(dòng)等工況下的縱向行駛穩(wěn)定性，而且能保證車輛在諸如超車、避障、轉(zhuǎn)彎等橫向干擾的極端工況下最大限度地保證車輛的行駛穩(wěn)定性[1]。目前國(guó)內(nèi)客車在ESC開發(fā)與測(cè)試方面，僅處于控制算法、策略、模型分析及試驗(yàn)驗(yàn)證等理論研究及產(chǎn)品開發(fā)初期階段，尚無成熟產(chǎn)品，裝車率低，特別是在ESC的測(cè)試評(píng)價(jià)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)仍舊空白，也沒有專門機(jī)構(gòu)、組織及專用場(chǎng)地進(jìn)行系統(tǒng)化研究。為配合“中國(guó)客車安全技術(shù)提升行動(dòng)”，國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)某型客車的ESC進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)價(jià)。

1 國(guó)內(nèi)外測(cè)試方法

ESC的主要功能就是保證車輛行駛方向的穩(wěn)定性和側(cè)傾穩(wěn)定性。因此，目前國(guó)內(nèi)外在考核ESC的性能方面，主要從方向穩(wěn)定性和側(cè)傾穩(wěn)定性兩個(gè)方面進(jìn)行考核。

1.1 國(guó)內(nèi)測(cè)試方法

相比國(guó)外而言，我國(guó)在ESC領(lǐng)域的測(cè)試研究工作起步較晚。在輕型車方面，2014年，首個(gè)關(guān)于ESC的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30677-2014《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》發(fā)布，其試驗(yàn)項(xiàng)目與ECE R13H和GTR NO.8一致，不同之處是增加了資料性附錄A，提供了冰雪路面上進(jìn)行ESC測(cè)試方法。在重型商用車領(lǐng)域，ESC性能的測(cè)試研究相對(duì)更為滯后[2]。目前，在客車等商用車領(lǐng)域，已有部分企業(yè)在ESC產(chǎn)品匹配上開展了部分ESC項(xiàng)目的測(cè)試評(píng)價(jià)工作，但這些工作目前主要集中在ESC系統(tǒng)的功能性驗(yàn)證方面，比如穩(wěn)態(tài)圓周試驗(yàn)、高附路面駛?cè)氲透铰访媛访嬖囼?yàn)等，其主要目標(biāo)是檢查ESC系統(tǒng)能否正常工作，能否及時(shí)發(fā)揮效用。

1.2 國(guó)外測(cè)試方法

國(guó)外ESC的測(cè)試評(píng)價(jià)方法相對(duì)來說比較完善，比如威伯克和克諾爾公司在其產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中均已形成了較為系統(tǒng)和完善的ESC產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)體系。

2008年，歐盟在ECE R13法規(guī)中規(guī)定了新車型安裝ESC系統(tǒng)進(jìn)行型式認(rèn)證的時(shí)間表。其中規(guī)定車輛進(jìn)行認(rèn)證測(cè)試時(shí)，在表1中的兩類測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)分別至少選擇一項(xiàng)。雖然法規(guī)中給出了可參考的試驗(yàn)項(xiàng)目，但對(duì)試驗(yàn)的具體實(shí)施方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)未做明確說明，具體實(shí)施細(xì)節(jié)與測(cè)試項(xiàng)目由檢測(cè)機(jī)構(gòu)與企業(yè)協(xié)商確定[3]。

表1ECE R13中對(duì)ESC性能測(cè)試可選擇的測(cè)試項(xiàng)目

另外，美國(guó)國(guó)家交通安全管理局（NHTSA）也在ESC的測(cè)試評(píng)價(jià)領(lǐng)域做了大量的測(cè)試研究工作，分別在2006年和2015年推出了適用于輕型車、重型車輛的FMVSS 126號(hào)和FMVSS 136號(hào)ESC性能要求及測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。FMVSS136《重型車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)中采用的試驗(yàn)方法為J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)，該試驗(yàn)路徑是一個(gè)半徑為150英尺（45.7 m）、角度為120°的圓弧，如圖1所示，評(píng)價(jià)指標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩降低量和通過車速，具體要求是：進(jìn)入圓弧1.5 s后的0.5 s內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩降低量不小于10%，且車輛必須位于車道線內(nèi)[4]；進(jìn)入圓弧車道后3.0 s時(shí)刻，車速不超過47 km/h，進(jìn)入圓弧車道后4.0 s時(shí)刻，車速不超過45 km/h，且車輛必須保持在車道線內(nèi)。

圖1 FMVSS136 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)

2 測(cè)試評(píng)價(jià)

2.1 測(cè)試項(xiàng)目選擇

在進(jìn)行車輛ESC性能測(cè)試與評(píng)價(jià)過程中，一般參考以下幾點(diǎn)要求[5]：

1）試驗(yàn)必須具有足夠的強(qiáng)度以激發(fā)ESC系統(tǒng)對(duì)過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向的干預(yù)；

2）能對(duì)ESC系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定性能和響應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

3）有高度的重復(fù)性和可操作性；

4）與實(shí)際緊急危險(xiǎn)行駛工況相比應(yīng)具有較好的代表性。

基于上述四點(diǎn)，根據(jù)國(guó)外現(xiàn)有法規(guī)執(zhí)行情況及各項(xiàng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)參數(shù)的特點(diǎn)，確定采用以下兩項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目作為本次客車ESC測(cè)試評(píng)價(jià)試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)ESC的側(cè)傾穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。

1）正弦停滯試驗(yàn)（頻率0.5 Hz、停滯1 s）；

2）J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)，依據(jù)FMVSS136標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 測(cè)試設(shè)備設(shè)施及車輛條件

主要測(cè)試設(shè)備為進(jìn)口英國(guó)ABD SR150轉(zhuǎn)向機(jī)器人、牛津RT 3002+RT base基站，德維創(chuàng)DEWE-501數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器安裝于四輪制動(dòng)氣室，車輛配置防翻架。測(cè)試場(chǎng)地為重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)廣場(chǎng)（直徑300 m，路面峰值附著系數(shù)0.92）。車輛滿載，且每座椅上方加載68 kg，其他載荷均布行李艙，并固定牢靠。

圖2 測(cè)試車輛及設(shè)備

2.3 測(cè)試結(jié)果及分析

2.3.1 正弦停滯試驗(yàn)

正弦停滯試驗(yàn)轉(zhuǎn)向盤輸入特性見圖3，正弦頻率0.5 Hz，在第二個(gè)反向峰值時(shí)停滯1 s。采用與2012年5月FMVSS 136征求意見版相同的試驗(yàn)方法逐次增加方向盤轉(zhuǎn)角幅值，試驗(yàn)車速提高至80 km/h，檔位為次高檔滑行狀態(tài)發(fā)，并分別在ESC開啟和關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束條件為車輪制動(dòng)氣室壓力達(dá)到最大值（ESC開啟時(shí)）和車輛出現(xiàn)明顯側(cè)滑或內(nèi)側(cè)車輛離地時(shí)終止試驗(yàn)（ESC關(guān)閉時(shí)）。

圖3 正弦停滯試驗(yàn)方向盤輸入特性

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)量較大，為便于比較，僅選取在ESC開啟和關(guān)閉狀態(tài)下，按終止試驗(yàn)條件下方向盤達(dá)到最大轉(zhuǎn)角時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。ESC開啟時(shí)，方向盤幅值最大為270°；ESC關(guān)閉時(shí)，方向盤幅值為200°。試驗(yàn)結(jié)果見表2，車輛部分動(dòng)態(tài)參數(shù)見圖4至圖6。

表2 正弦停滯試驗(yàn)結(jié)果

圖4 正弦停滯試驗(yàn)車輛側(cè)向加速度

圖5 正弦停滯試驗(yàn)車身側(cè)傾角

圖6 正弦停滯試驗(yàn)時(shí)車速

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，該車在ESC開啟和關(guān)閉的極限狀態(tài)下，車輛的最大側(cè)傾角和側(cè)向加速度基本相同；但在ESC開啟時(shí)，方向盤轉(zhuǎn)角相同的狀態(tài)下，車輛的側(cè)傾角和側(cè)向加速度分別比ESC關(guān)閉時(shí)低15.7%和5.5%。

從圖4和圖5可以看出，試驗(yàn)過程中強(qiáng)度最大的階段是轉(zhuǎn)角停滯1 s的時(shí)刻前后，并且車輛側(cè)向加速度基本控制在設(shè)定閾值附近（該車側(cè)向防側(cè)傾的側(cè)向加速度閾值為4 m/s2），基本符合設(shè)計(jì)要求。

圖7 正弦停滯試驗(yàn)時(shí)（270°）各制動(dòng)氣室壓力

從圖6看以看出，ESC工作后，車輛車速降低較快，同轉(zhuǎn)向角度下，車輛的側(cè)傾角基本小于ESC關(guān)閉時(shí)的車身側(cè)傾角度，體現(xiàn)了ESC的抗側(cè)傾穩(wěn)定性能。

從圖7可以看出，在進(jìn)行正弦停滯試驗(yàn)過程中，車輛的前內(nèi)側(cè)車輪基本未參與制動(dòng)，且左后制動(dòng)氣室的制動(dòng)壓力在峰值（738 kPa）時(shí)維持了約0.7 s，曲線表現(xiàn)的不是一個(gè)脈沖式的尖峰狀態(tài)，說明此時(shí)ESC已經(jīng)處于它的極限工作狀態(tài)，也就是說，即使安裝了ESC系統(tǒng)，車輛穩(wěn)定性的保證仍然是有限的，并不能在任何強(qiáng)度的行駛工況下完全保證車輛的穩(wěn)定性，只能最大限度地發(fā)揮它的性能。

2.3.2 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)

FMVSS136規(guī)定的車輛J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)路徑見圖1，與正弦停滯試驗(yàn)相比，它屬于路徑控制類的范疇。本次試驗(yàn)采用試驗(yàn)設(shè)備具有的車輛路徑跟隨控制功能，即試驗(yàn)由工程師在軟件中設(shè)置車輛的行駛路徑后，由轉(zhuǎn)向機(jī)器人控制車輛的轉(zhuǎn)向，使車輛按照設(shè)定路線行駛，而不是在試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)置標(biāo)樁由駕駛員控制車輛行駛在車道內(nèi)的方式。此功能控制精度高，解放了駕駛員的部分工作，提高了試驗(yàn)的安全性。試驗(yàn)時(shí)駕駛員盡量保證車輛恒速通過試驗(yàn)路段，試驗(yàn)分別在ESC開啟和關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行。

表3J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)結(jié)果

圖8 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)車身側(cè)傾角

圖9 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)車輛側(cè)向加速度

從表3的數(shù)據(jù)及圖8和圖9的車輛姿態(tài)參數(shù)中可以看出，ESC開啟比ESC關(guān)閉時(shí)車輛進(jìn)入彎道的安全車速高20.7 km/h（41.5%）；整個(gè)試驗(yàn)過程中，車輛側(cè)傾角均能控制在設(shè)定閾值之內(nèi)，通過車輛制動(dòng)（見圖10和圖11）和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制，保證了車輛的行駛穩(wěn)定性。

圖10 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)時(shí)車速

圖11 J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)（車速70.6 km/h）制動(dòng)氣室壓力

從圖10和圖11可以看出，在車輛進(jìn)入彎道后的整個(gè)過程中，車輛基本處于持續(xù)制動(dòng)狀態(tài)，車速最低降至27.7 km/h，平均減速度為3.72 m/s2，最大限度地保證了車輛的行駛穩(wěn)定性，其中制動(dòng)強(qiáng)度最大的仍為前外輪（前右輪），其氣室最大制動(dòng)壓力達(dá)到689 kPa，持續(xù)時(shí)間達(dá)3.8 s，是制動(dòng)強(qiáng)度最大的車輪。

3 結(jié)束語

客車ESC性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)，相比于乘用車，其技術(shù)力量、基礎(chǔ)研究的投入更為欠缺和薄弱，而客車又是群死群傷等重特大交通事故的主角，因此，在客車安全技術(shù)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，更需要系統(tǒng)和深入地研究，以彌補(bǔ)現(xiàn)有測(cè)試評(píng)價(jià)的不足。在ESC的測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)方面，不僅僅要驗(yàn)證其有效性，更應(yīng)體現(xiàn)ESC的性能，區(qū)分優(yōu)劣，為此，提出如下三點(diǎn)建議：

1）車輛的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能，不僅與ESC等車輛動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)性能相關(guān)，與車輛本身的設(shè)計(jì)也直接相關(guān)，因此，ESC性能的評(píng)價(jià)應(yīng)結(jié)合車輛自身的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能進(jìn)行。比如，可考慮在ESC開啟和關(guān)閉條件下比較車輛穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)的方式來評(píng)價(jià)。

2）客車重心偏高、車輛橫擺頻率較低，在高附著系數(shù)路面上，車輛的ESC的功能主要是車輛的抗側(cè)傾穩(wěn)定性能，而對(duì)于ESC的方向穩(wěn)定控制評(píng)價(jià)方面，則需要更多地借助低附路面的測(cè)試才能有直接清晰的反應(yīng)。

3）ESC的功能是通過某些車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)的監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)的，不同的試驗(yàn)項(xiàng)目由于試驗(yàn)強(qiáng)度不同，ESC的響應(yīng)速度也不同。比如，側(cè)向加速度作為該車防側(cè)翻控制的主要參數(shù)之一，在正弦停滯試驗(yàn)時(shí)側(cè)向加速度超出了設(shè)定閾值，而在J-轉(zhuǎn)向試驗(yàn)時(shí)未超出。因此，建議采用較高強(qiáng)度的試驗(yàn)項(xiàng)目來評(píng)價(jià)ESC系統(tǒng)的響應(yīng)速度等性能指標(biāo)。

[1]Preliminary Regulatory Impact Analysis:FMVSS 136 Electronic Stability Control System on Heavy Vehicles[R].National Highway Traffic Safety Administration,2012.5

[2]全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).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/T30677-2014[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014:12.

[3]聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)ECE法規(guī).ECE R13關(guān)于就制動(dòng)方面批準(zhǔn)M類、N類和O類車輛的統(tǒng)一規(guī)定[S],2011.

[4]美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn).FMVSS 136重型車輛電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)[S]. 2015.

[5]李向瑜，高振海，郭健，等.汽車裝備電子穩(wěn)定控制程序后的性能評(píng)價(jià)方法[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2008，35（4）:1-3.

修改稿日期：2017-01-05

Test and Evaluation on Performance of Coach Vehicle Electronic Stability Control System

You Guoping,Xu Jianxun,WangKan,ZhangYidong,Lai Fei
（ChongqingVehicle Test&Research Institute,NationalBus and Coach QualitySupervision and TestCenter，Chongqing，401122 China）

First,the test and evaluation methods are simply introduced on the performance of electrical stability control system at home and abroad.Then,a coach ESC test and evaluation results are presented in the National Coach Quality Inspection Center according to the test methords.Finally,some suggestions are given on the coach ESCperformance test and evaluation.

coach;electronic stabilitycontrol system(ESC);test;evaluation

U463.6；U469.1

A

1006-3331（2017）01-0043-04

游國(guó)平(1980-)，男，碩士；高級(jí)工程師；主要從事車輛主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)研究工作。