客車裝備ESC后的性能測(cè)試與研究

牛成勇，游國(guó)平，徐建勛，曾 杰，張儀棟

(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)

汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)是一種用于改善行駛行為的主動(dòng)安全調(diào)節(jié)系統(tǒng)［1］，裝備ESC系統(tǒng)的車輛必須滿足性能試驗(yàn)以保證系統(tǒng)對(duì)車輛極限工況下出現(xiàn)的過(guò)度轉(zhuǎn)向及不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)有足夠的干預(yù)以使車輛進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，有效降低交通事故率。

然而，國(guó)內(nèi)在汽車ESC性能測(cè)試及評(píng)價(jià)體系建設(shè)方面仍處于起步階段，尤其是在客車領(lǐng)域。鑒于此，依據(jù)JT/T 1094－2016附錄A 要求［2］，國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)某客車所匹配的不同生產(chǎn)廠家的ESC系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試與研究，希望能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)外ESC主動(dòng)安全供應(yīng)商進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

1 國(guó)內(nèi)外客車ESC測(cè)試方法

ESC主要通過(guò)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、獨(dú)立控制車輪制動(dòng)力以保證車輛側(cè)傾穩(wěn)定性和橫擺穩(wěn)定性(行駛方向穩(wěn)定性)。所以，目前國(guó)內(nèi)外主要從側(cè)傾穩(wěn)定性和橫擺穩(wěn)定性兩個(gè)方面對(duì)ESC性能進(jìn)行考量［3］。

總體而言，國(guó)外針對(duì)ESC的測(cè)試評(píng)價(jià)方法較為完善。比如，WABCO和Knorr－Bremse公司早已形成了較為系統(tǒng)和完善的ESC產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)體系，而國(guó)內(nèi)在ESC領(lǐng)域的測(cè)試技術(shù)研究工作則起步較晚［4］。

1)美國(guó)。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)于2015年推出FMVSS 136《重型車汽車電子穩(wěn)定性系統(tǒng)》，該法規(guī)規(guī)定了ESC性能要求及測(cè)試方法，適用于最大總質(zhì)量大于11 793 kg的牽引車和客車［5］，采用J－轉(zhuǎn)向試驗(yàn)評(píng)價(jià)重型車輛的橫擺穩(wěn)定性及側(cè)傾穩(wěn)定性。

2)加拿大。加拿大交通局按照表1所列試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)ESC系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 加拿大交通局ESC測(cè)試試驗(yàn)項(xiàng)目

3)中國(guó)。在商用車(尤其是客車)領(lǐng)域，ESC性能的測(cè)試研究比較滯后。在2016年，交通運(yùn)輸部發(fā)布了JT/T 1094－2016《營(yíng)運(yùn)客車安全技術(shù)條件》，在該標(biāo)準(zhǔn)的附錄A中明確規(guī)定了營(yíng)運(yùn)客車ESC系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法，其主要參考相關(guān)美標(biāo)、歐標(biāo)及國(guó)標(biāo)等。

4)其他國(guó)家及公司機(jī)構(gòu)。歐洲一些國(guó)家(包括Euro－NCAP)及大陸、博世等公司采用“麋鹿試驗(yàn)”激發(fā)汽車的過(guò)度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)來(lái)評(píng)判ESC系統(tǒng)對(duì)過(guò)多轉(zhuǎn)向的干預(yù)性能［6－7］。

2 營(yíng)運(yùn)客車ESC測(cè)評(píng)方法及建議

2.1 測(cè)試項(xiàng)目

依據(jù) JT/T 1094－2016［2］附錄 A 要求，采用 J－轉(zhuǎn)向試驗(yàn)作為營(yíng)運(yùn)客車ESC測(cè)試評(píng)價(jià)試驗(yàn)項(xiàng)目。該試驗(yàn)路徑是一個(gè)半徑為45.7 m、角度為120°的圓弧(如圖1所示)。其中，評(píng)價(jià)指標(biāo)為ESC的車道保持能力、限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出能力以及防側(cè)翻控制能力。

圖1 J－轉(zhuǎn)向性能試驗(yàn)

2.2 測(cè)試設(shè)備設(shè)施及車輛條件

主要的ESC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)，如圖2所示。需在四輪制動(dòng)氣室安裝壓力傳感器以實(shí)時(shí)獲取制動(dòng)壓力，客車需配置防翻架以防止車輛突遇危險(xiǎn)而發(fā)生側(cè)翻。客車滿載且乘員座椅按68 kg/座進(jìn)行加載，其他載荷均布行李艙并固定牢靠［3］。

2.3 J－轉(zhuǎn)向測(cè)試結(jié)果及分析

JT/T 1094－2016［2］附錄 A 規(guī)定的車輛 J－轉(zhuǎn)向試驗(yàn)屬于路徑控制類試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，由轉(zhuǎn)向機(jī)器人控制車輛的方向，駕駛員盡量保證車輛恒速通過(guò)試驗(yàn)路段。試驗(yàn)分為某客車匹配A、B兩種ESC情況進(jìn)行。

2.3.1 客車動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)比

在客車ESC性能測(cè)試過(guò)程中，側(cè)向加速度、車身側(cè)傾角、橫擺角速度是需要密切關(guān)注的車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)，其關(guān)系到車輛的穩(wěn)定性與安全性。選取客車車速為60 km/h時(shí)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

圖2 測(cè)試設(shè)備及測(cè)試車輛

圖3 客車側(cè)向加速度對(duì)比曲線

圖4 客車側(cè)傾角對(duì)比曲線

圖5 客車橫擺角速度對(duì)比曲線

通過(guò)圖3、圖4和圖5可以看出，匹配 A系統(tǒng)ESC的客車最大側(cè)傾角明顯低于匹配B系統(tǒng)ESC的，其車身姿態(tài)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程保持良好;匹配B系統(tǒng)ESC的客車最大側(cè)向加速度和橫擺角速度分別達(dá)到了5.3 m/s2、23°/s，出現(xiàn)了輕微的甩尾和側(cè)滑。

2.3.2 限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩能力對(duì)比

ESC須使客車滿足以下要求:客車在進(jìn)入彎道后1.5 s至車輛離開(kāi)彎道的整個(gè)過(guò)程中，至少持續(xù)0.5 s的時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與駕駛員需求扭矩相比至少降低10%;任何車輪不應(yīng)偏離車道。該客車匹配A、B兩種ESC后的限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩能力的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和圖6。

表2 匹配A系統(tǒng)和B系統(tǒng)降扭量測(cè)試對(duì)比

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出扭矩(%)對(duì)比曲線

通過(guò)表2和圖6可以看出，匹配A、B兩種ESC后對(duì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的能力相差不大，輸出扭矩呈現(xiàn)“持續(xù)下降式”，直至降為0，滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩降低的要求。但是，如果以“至少持續(xù)0.5 s的時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與駕駛員需求扭矩相比至少降低10%”為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中很難操作與評(píng)判。例如，若駕駛員實(shí)際需求的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為恒定的80%最大扭矩，實(shí)際輸出扭矩呈現(xiàn)“持續(xù)下降式”，則檢測(cè)結(jié)果為客車在進(jìn)入彎道多長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩降為0，而不會(huì)出現(xiàn)“至少持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與駕駛員需求扭矩相比至少降低多少”等檢驗(yàn)結(jié)果。

2.3.3 防側(cè)翻控制能力對(duì)比

ESC須使客車滿足以下要求:客車以 1.3倍“ESC激活車速”進(jìn)入彎道，在進(jìn)入彎道后3 s和4 s時(shí)刻，車速分別不應(yīng)超過(guò)47 km/h和45 km/h;ESC激活行車制動(dòng);任何車輪不應(yīng)偏離車道。

為比較A、B兩種ESC在防側(cè)翻控制能力方面的差異性，選取客車車速為60 km/h時(shí)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如表3和圖7所示。

表3 匹配A系統(tǒng)和B系統(tǒng)防側(cè)翻控制能力測(cè)試對(duì)比

圖7 速度變化對(duì)比曲線

通過(guò)表3和圖7可以看出，客車匹配A、B兩種ESC在速度降低方面差異明顯，但都滿足標(biāo)準(zhǔn)［2］要求。A種ESC所采用的控制策略類似于“急剎車”，在進(jìn)入彎道4 s時(shí)刻，降速量為26.7 km/h(60 km/h→33.3 km/h);而B(niǎo)種ESC的控制策略類似于“慢剎車”，在進(jìn)入彎道4 s時(shí)刻，降速量?jī)H為13.3 km/h(60 km/h→46.7 km/h)。

在實(shí)際的道路環(huán)境下，若遇到危險(xiǎn)情況使得駕駛員以更高車速猛打方向盤進(jìn)行緊急避障(類似于“J－轉(zhuǎn)向”)時(shí)，匹配A、B兩種ESC的客車脫險(xiǎn)能力勢(shì)必不同。但是，這種極度危險(xiǎn)工況在試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境下是無(wú)法或者沒(méi)有能力進(jìn)行檢測(cè)的。因此，如何單一地依據(jù)“速度降低量”來(lái)評(píng)價(jià)客車的防側(cè)翻能力、區(qū)分不同ESC的優(yōu)劣性，值得我們研究。

2.4 ESC測(cè)試評(píng)價(jià)相關(guān)建議

針對(duì)營(yíng)運(yùn)客車J－轉(zhuǎn)向ESC測(cè)試評(píng)價(jià)，提出如下3點(diǎn)建議:

1)針對(duì)ESC抗側(cè)翻性能，ESC控制策略因生產(chǎn)廠家不同而存在差異性，從而導(dǎo)致ESC在實(shí)際工況下的控制效果存在差別。單一地以速度減少量作為衡量指標(biāo)，并不能有效地區(qū)分系統(tǒng)優(yōu)劣性，不足以真正、合理地評(píng)價(jià)一款產(chǎn)品在實(shí)際道路環(huán)境下的真實(shí)性能。因此，需尋求更好的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)客車ESC抗側(cè)翻能力。

2)在衡量ESC限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出能力試驗(yàn)中，以“一段時(shí)間”內(nèi)持續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)降扭量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其可操作性會(huì)因ESC的控制策略不同而不同。比如，有些ESC使實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩呈現(xiàn)“持續(xù)下降式”。

3)因客車橫擺頻率較低且重心偏高，導(dǎo)致其在高附著系數(shù)路面上的試驗(yàn)測(cè)試中，ESC的主要功能體現(xiàn)為抗側(cè)傾性。而對(duì)在突遇危險(xiǎn)狀況時(shí)ESC的橫擺穩(wěn)定性控制和不足轉(zhuǎn)向失控控制評(píng)價(jià)方面，則需要借助低附著系數(shù)路面(ABS路、冰雪路面等)上的測(cè)試與評(píng)價(jià)。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)內(nèi)ESC性能測(cè)試技術(shù)相對(duì)落后、評(píng)價(jià)體系尚不完善，尤其是在商用車領(lǐng)域。所以，針對(duì)群死群傷等重特大交通事故的主角——客車，更需要進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)分析。在ESC的測(cè)評(píng)技術(shù)方面，不僅要驗(yàn)證其有效性，更應(yīng)體現(xiàn) ESC的性能，區(qū)分優(yōu)劣。

修改稿日期:2018－06－11