基于駕乘評價的汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)測評方法研究

唐忠柱 冉智文 鄒波 楊波 彭小波

摘 要：本文基于駕乘評價，參考國家標(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》對大量市場主流車型進(jìn)行ESC性能測試，總結(jié)30款市場新車型性能指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果、發(fā)掘數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)律，提出基于橫擺角速度的ESC性能客觀判定參數(shù)，同時從ESC主客觀差異問題出發(fā)，通過車輛運(yùn)動學(xué)參數(shù)對比分析車型性能差異性的原因，在FMVSS126、GB/T 30677-2014、C-CDRE等評價基礎(chǔ)上，提出以主客觀結(jié)合的評價方法建議。

關(guān)鍵詞：ESC 試驗(yàn)評價方法 差異性分析

Abstract：Based on driving and riding evaluation， this paper conducts ESC performance tests on a large number of mainstream models in the market with reference to the national standard "GB/T 30677-2014 Performance Requirements and Test Methods for Electronic Stability Control Systems for Light Vehicles"， and summarizes the performance index data of 30 new models in the market. The data correlation law was explored， and the objective judgment parameters of ESC performance based on yaw rate were proposed. At the same time， starting from the subjective and objective differences of ESC， the reasons for the differences in vehicle performance were compared and analyzed by vehicle kinematic parameters. In FMVSS126， GB/T 30677- 2014， C-CDRE and other evaluations， and a combination of subjective and objective evaluation methods were put forward.

Key words：ESC， test evaluation method， variance analysis

1 引言

汽車安全作為汽車技術(shù)中最為重要的部分，越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注，車輛電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（以下簡稱ESC）是當(dāng)下重要的主動安全配置，據(jù)美國公路安保學(xué)會統(tǒng)計(jì)，裝有ESC的車輛能夠有效減少32%轎車和57%SUV事故率。

現(xiàn)今對于ESC性能試驗(yàn)及評價方法，國外有NHTSA發(fā)布的FMVSS126，國內(nèi)則有《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》。消費(fèi)者駕乘評價（以下簡稱C-CDRE）則是在此基礎(chǔ)上以橫擺角速度作為能否合格參與評價的保障，以質(zhì)心側(cè)偏角作為性能評價的關(guān)鍵指標(biāo)，本文統(tǒng)計(jì)了C-CDRE測試的大量車輛ESC性能數(shù)據(jù)結(jié)果，發(fā)掘數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性規(guī)律，同時對比工程師對于ESC性能的主觀評價結(jié)果，分析ESC性能差異性的原因并對評價方法做出合理化建議。

2 駕乘評價ESC性能測試評價方案

駕乘評價ESC性能測試評價流程如下：

保證良好的試驗(yàn)條件，包括試驗(yàn)場環(huán)境、路面、車輛狀態(tài)、防翻支架等都應(yīng)符合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，駕乘評價測試設(shè)備包含轉(zhuǎn)向機(jī)器人及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多通道慣導(dǎo)陀螺儀等。

2.1 試驗(yàn)方法

測試方法參考國標(biāo)《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》，包括按規(guī)定方法進(jìn)行制動器預(yù)處理、輪胎磨合、慢增量轉(zhuǎn)向試驗(yàn)、正弦遲滯轉(zhuǎn)向試驗(yàn)。

正弦停滯轉(zhuǎn)向試驗(yàn)如圖1所示進(jìn)行初始方向盤左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)兩組正弦停滯轉(zhuǎn)向輸入試驗(yàn)，試驗(yàn)初始車速為80±2km/h，同時在高檔位滑行狀態(tài)下開始轉(zhuǎn)向操作。

2.2 評價判定標(biāo)準(zhǔn)

本文定義方向盤輸入結(jié)束后1s對應(yīng)的橫擺角速度與同一循環(huán)測試循環(huán)停滯時期峰值橫擺角速度的比值以Ψ1表示，方向盤輸入結(jié)束后1.75s對應(yīng)的橫擺角速度與同一循環(huán)測試循環(huán)停滯時期峰值橫擺角速度的比值以Ψ2表示，質(zhì)心側(cè)偏角以β表示。

①為了保證車輛ESC控制時的側(cè)向穩(wěn)定性，裝配ESC系統(tǒng)的試驗(yàn)車輛應(yīng)滿足以下條件：Ψ1≤35%，Ψ2≤20%。

②通過ESC將質(zhì)心側(cè)偏角控制在某一特征范圍內(nèi)，保證列車抗側(cè)滑、抗側(cè)翻能力的同時，使車輛保持通過轉(zhuǎn)向盤調(diào)整橫擺力矩的能力，來保證車輛方向控制性能，因此，取整個試驗(yàn)過程的最大質(zhì)心側(cè)偏角β作為ESC方向控制性能評判依據(jù)，正常范圍上β越小性能更優(yōu)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與發(fā)現(xiàn)

整理30款市場新車型試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：

①比值Ψ1存在較大差別，最小樣本值為0.75%，最大樣本值為7.87%，但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于35%的限定值。

②比值Ψ2處在一個比較低的水平，最小樣本值0.71%，最大樣本值4.79%，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20%的限定值。

③質(zhì)心側(cè)偏角β作為衡量ESC抗側(cè)滑及方向性能最為關(guān)鍵的一個指標(biāo)，各車之間質(zhì)心側(cè)偏角差異化明顯，最小樣本值3.7，最大樣本值20.27，轎車及SUV的平均值分別為8.77、10.29，轎車性能相對要優(yōu)于SUV。

綜合以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出橫擺角速度限定比值不管是Ψ1還是Ψ2都較為寬松;同時如圖2所示，質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度比值Ψ1存在較為明顯的關(guān)聯(lián)性。

為此，選取某臺質(zhì)心側(cè)偏角大于15°和某臺質(zhì)心側(cè)偏角小于5°的車型進(jìn)行整個試驗(yàn)過程橫擺角速度比值Ψ1對比，如圖3中可以看出整個正弦停滯試驗(yàn)過程中，隨著方向盤轉(zhuǎn)角輸入逐漸增大，β>15°的車型橫擺角速度比值Ψ1一直較β<5°車型大，這反映車型ESC在穩(wěn)定性控制方面有所欠缺的話，側(cè)滑、方向性控制性能方面會更加不足。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，橫擺角速度比值Ψ1大于5%的車型，最大質(zhì)心側(cè)偏角基本大于12°，根據(jù)車輛動力學(xué)理論，如需保持方向盤對橫擺力矩的調(diào)整能力，質(zhì)心側(cè)偏角不應(yīng)超過12°，因此，建議可將方向盤輸入結(jié)束后1s對應(yīng)的橫擺角速度比值5%設(shè)定為一個衡量ESC性能優(yōu)劣的參考數(shù)值，而不單單僅以一個較大的35%的值作為判定ESC是否合格的保障。

4 ESC性能差異性問題研究

研究過程中發(fā)現(xiàn)客觀數(shù)據(jù)反映出的ESC性能與項(xiàng)目組主觀評價的ESC性能有較大差異，為此我們選取一款最大質(zhì)心側(cè)偏角為20.27°（后續(xù)簡稱A車）和一款最大質(zhì)心側(cè)偏角為4.28°（后續(xù)簡稱B車）做對比分析。

A車質(zhì)心側(cè)偏角不管是最大值還是收斂狀況相對B車都不太理想，但在主觀操控方面，不管是彎道行駛還是移線變道得出的結(jié)論中ESC給人的主觀感受都不差，相應(yīng)的B車主觀評價的結(jié)果則不夠理想。本文從側(cè)向加速度分析為例，如圖4所示，在方向盤轉(zhuǎn)角輸入停滯500ms階段，側(cè)向加速度達(dá)到峰值，A車ESC控制側(cè)向加速度無法有效收斂減小，3.5s方向盤輸入結(jié)束時側(cè)向加速度還屬于一個較大值到4.5s以后側(cè)向加速度才趨于穩(wěn)定，說明停滯階段車輛可能有所側(cè)滑，此是A車質(zhì)心側(cè)偏角較大的一個明顯的原因;而B車側(cè)向加速度收斂較為出色，4s左右側(cè)向加速度已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

總體從正弦停滯試驗(yàn)過程中車輛行駛的縱向加速度、側(cè)向加速度、橫擺角速度，速度等變化規(guī)律都不難看出A車ESC控制較為平緩但控制效果較差，給人的主觀感受是有一直在介入但不粗暴，而B車ESC介入激烈但控制效果較為理想，此即為A車在ESC客觀測試方面評分較B車差而在主觀評價方面優(yōu)于B車的一個重要原因。

5 結(jié)語

本文基于駕乘評價積累的大量車型的ESC測試數(shù)據(jù)，結(jié)合多方機(jī)構(gòu)對于ESC性能的評價規(guī)則，統(tǒng)計(jì)了近年來30個熱門車型的ESC數(shù)據(jù)指標(biāo)，對于基于橫擺角速度的評價方法通過率極高問題，總結(jié)發(fā)現(xiàn)橫擺角速度比值Ψ1與質(zhì)心側(cè)偏角的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，結(jié)合車輛動力學(xué)理論，提出在Ψ1≤35%的通過性評價基礎(chǔ)上，增加一個5%的性能優(yōu)劣判定值的評價建議，同時結(jié)合ESC評價的主客觀差異性，對質(zhì)心側(cè)偏角差別較大的兩個車型進(jìn)行了全面的運(yùn)動學(xué)分析，找出差異性的原因，并提出建議以主客觀結(jié)合的方式作為ESC評價方法，明確了ESC調(diào)校的性能目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙永剛，呂彪，汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)分析.

[3]王志軍，梁東等.汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC）的正弦停滯試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析.

作者簡介

唐忠柱：（1996.4.15—），男，湖南瀏陽人，漢族，本科，初級工程師。研究方向：底盤行駛性能測試與開發(fā)。