關(guān)于制動(dòng)電控系統(tǒng)ESC低附測(cè)試案例分析及總結(jié)

摘 要：制動(dòng)系統(tǒng)性能是表征汽車性能的重要性能之一。制動(dòng)性能的好壞直接影響汽車的安全性，對(duì)行車安全起著決定性作用。然而制動(dòng)性能的核心部分為電子自動(dòng)化控制，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能取決于多種復(fù)雜路面的驗(yàn)證及標(biāo)定。文中通過實(shí)車案例在低附著路面的試驗(yàn)驗(yàn)證分析及研究，對(duì)底盤自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)項(xiàng)目的總結(jié)及分析，研究結(jié)果有利于提高設(shè)計(jì)汽車底盤自動(dòng)化控制系統(tǒng)有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：制動(dòng) 自動(dòng)化控制 ESC

汽車底盤ESC系統(tǒng)，包含子功能防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、牽引力控制系統(tǒng)TCS、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC功能、PBC電子駐車系統(tǒng)功能。上述系統(tǒng)均需在低附著系數(shù)路面上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，本文通過理論與實(shí)測(cè)案例分析對(duì)比，闡述了整個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的核心內(nèi)容，為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中做了充分的數(shù)據(jù)理論及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支持，較好的為系統(tǒng)開發(fā)做了技術(shù)指導(dǎo)，為汽車底盤電控系統(tǒng)開發(fā)具有重要參考意義。

1 低附著系數(shù)路面試驗(yàn)測(cè)試前準(zhǔn)備

1.1 低附試驗(yàn)時(shí)間

低附著系數(shù)路面的時(shí)間一般在每年的12月底至次年2月中旬。

1.2 低附試驗(yàn)地點(diǎn)

國(guó)內(nèi)一般定在黑龍江黑河，若需進(jìn)行反季節(jié)標(biāo)定，則低附地點(diǎn)定在新西蘭。

1.3 低附試驗(yàn)設(shè)備

CAN-oe、V-box、低附試驗(yàn)項(xiàng)目清單、低附試驗(yàn)規(guī)范。

1.4 車輛準(zhǔn)備

需確保低附車輛車況良好，發(fā)動(dòng)機(jī)EMS/變速箱TCU軟件版本為最新，輪胎、懸架為量產(chǎn)狀態(tài)，V-box、輪缸壓力傳感器需安裝完畢、輪胎胎壓為標(biāo)準(zhǔn)值。

1.5 低附場(chǎng)地熟悉

正式低附前，應(yīng)駕車熟悉試驗(yàn)場(chǎng)各功能劃分、邊界范圍、危險(xiǎn)路況等。

2 低附試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容闡述分析及對(duì)比

ESC系統(tǒng)低附著系數(shù)路面試驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目包含ABS、ESC變道、TCS等。

2.1 ABS試驗(yàn)驗(yàn)收

ABS試驗(yàn)包含直道制動(dòng)、彎道制動(dòng)、變道制動(dòng)、對(duì)開/對(duì)接制動(dòng)，性能主要體現(xiàn)在制動(dòng)距離、車輛穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向性、HCU工作時(shí)的噪音及踏板頂腳感。由于在雪面上的μ值較低且不均勻，很難保證每次制動(dòng)的初速度都相同，故雪面的制動(dòng)距離不建議用來評(píng)價(jià)ABS性能好壞。某款城市SUV 的ABS性能測(cè)試說明：

a.ABS直道制動(dòng)時(shí)：試驗(yàn)車保持原有的行駛方向，無偏離原車道的傾向，直道制動(dòng)穩(wěn)定性良好。冬季胎制動(dòng)距離最短，搭載佳通、萬(wàn)力、正新、米其林四款輪胎ABS性能相當(dāng)；

b.彎道制動(dòng)時(shí)：在制動(dòng)過程中始終保持原有彎道行駛軌跡，無轉(zhuǎn)向過度現(xiàn)象。彎道制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)穩(wěn)定性及制動(dòng)可轉(zhuǎn)向性良好；

c.變道制動(dòng)時(shí)：試驗(yàn)車的制動(dòng)可操縱性、制動(dòng)可轉(zhuǎn)向能力、制動(dòng)穩(wěn)定性、制動(dòng)過程平順性良好；

d.對(duì)開路面：制動(dòng)穩(wěn)定性良好；ABS無異常作動(dòng)；

e.對(duì)接路面： L to H，減速度增長(zhǎng)迅速，穩(wěn)定性良好；H to L，穩(wěn)定性良好，降壓迅速，無抱死感，ABS無異常作動(dòng)；

f.ESC工作噪聲良好，踏板反饋力較小，優(yōu)于之前的量產(chǎn)車型。

在該款城市SUV車的ABS低附著路面驗(yàn)收前，將車輛在高附著系數(shù)路面實(shí)測(cè)的制動(dòng)壓力與理論計(jì)算的壓力進(jìn)行比較：

（1）實(shí)測(cè)值，詳細(xì)如表1、圖1所示；

（2）通過數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與理論值的對(duì)比，可從該項(xiàng)目得出制動(dòng)壓力損失結(jié)論：

在進(jìn)行ABS試驗(yàn)時(shí)，前后輪輪缸壓力與主缸壓力輸出有所損失，約在20%-55%?？紤]到信號(hào)傳遞的遲滯性及ABS工況液壓上升快且不穩(wěn)定，該壓力損失為后續(xù)設(shè)計(jì)開發(fā)作參考以利實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合理論計(jì)算值，在后續(xù)車輛開發(fā)設(shè)計(jì)初期將考慮該壓力損失以修正設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2.2 ESC低附著系數(shù)路面性能試驗(yàn)驗(yàn)收

ESC驗(yàn)收主要包含主觀評(píng)價(jià)和客觀數(shù)據(jù)計(jì)測(cè)。以雪地胎為主，同步確認(rèn)M+S四季胎。驗(yàn)收時(shí)ESC操控性應(yīng)不低于競(jìng)爭(zhēng)車。

①主觀評(píng)價(jià)：需要開車經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)方能評(píng)估。主要進(jìn)行ESC變道、定圓等操控工況，感受ESC對(duì)車輛的控制程度，包含：ESC的介入時(shí)間、控制力度、對(duì)車速的限制等。

② 某款城市SUV車主觀評(píng)價(jià)說明：

a.單向變道：試驗(yàn)車在單向變道時(shí)車輛較易操控，ESC整體響應(yīng)良好，駕駛員及乘員無明顯感到車輛不穩(wěn)的劇烈狀況，車輛穩(wěn)定性良好。

b.雙向變道：試驗(yàn)車在雙向變道時(shí)車輛可穩(wěn)定操控，方向修正后試驗(yàn)車可依照預(yù)定路線行駛，ESC整體響應(yīng)良好，無明顯的后軸側(cè)滑及甩尾現(xiàn)象，車輛穩(wěn)定性良好。

c.定圓（油門全開）：試驗(yàn)車定圓上油門踏板全開狀態(tài)下，通過方向盤較小的修正車輛可穩(wěn)定繞圓行駛，車輛較易操控，穩(wěn)定性較好，無轉(zhuǎn)向過度及轉(zhuǎn)向不足現(xiàn)象，可明顯感受到ESC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的降扭控制。

d.繞樁連續(xù)變道：在可通過不碰樁的車速下，試驗(yàn)車可平穩(wěn)操控，可依照駕駛員給定路線行駛。

③客觀計(jì)測(cè)：包含雙向變道、單向變道、定圓、制動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目。SPEC：ESC ON的最大通過速度＞ 1.05 ESC OFF的最大通過速度;

④某款SUV 的ESC客觀計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)如表２所示；

典型工況數(shù)據(jù)如下的實(shí)車狀態(tài)參數(shù)如圖２。

2.3 TCS試驗(yàn)驗(yàn)收

在TCS驗(yàn)收之前先闡述下TCS的基本原理和控制目標(biāo)

2.3.1 基本原理：

汽車在路面上行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力取決于與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，但行駛狀況要受到輪胎與地面之間的附著極限的限制。即：

Fx≤Ft≤Fφ 式中：Fx---汽車行駛阻力，F(xiàn)t---汽車驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)φ---路面附著力。路面所提供的附著力與附著系數(shù)有關(guān)，在低的附著路面上，車輪在路面上的運(yùn)動(dòng)存在滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種情況，在驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)中，用車輪滑移率s來表示車輪縱向運(yùn)動(dòng)中滑轉(zhuǎn)所占的比例：s=rw-v/rw*100%，r為滾動(dòng)半徑，w為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，v為車輛中心的縱向速度。

一般在TCS控制中，應(yīng)將車輛的滑轉(zhuǎn)控制在0.08～0.15之間。

2.3.2 控制目標(biāo)

一般較多的分為模糊PID控制算法和最優(yōu)控制算法兩種。

第一種模糊控制方法是將精確的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模糊集合的隸屬函數(shù)，然后根據(jù)控制量制定的模糊規(guī)則，進(jìn)行模糊邏輯推理，得到一個(gè)模糊輸出隸屬函數(shù)，最后根據(jù)推理得到的隸屬函數(shù)，用不同的方法找出一個(gè)具有代表性的精確值作為控制量，加到執(zhí)行器上實(shí)施控制。

第二種最優(yōu)控制是指在給定的數(shù)學(xué)模型和初始條件下，選擇一個(gè)表征過程的目標(biāo)函數(shù)，決定一個(gè)最優(yōu)控制函數(shù)，使給定系統(tǒng)從初始狀態(tài)出發(fā)到終止?fàn)顟B(tài)，并使性能指標(biāo)具有極小值。汽車驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)中最常用的是線性二次型性能指標(biāo)來確定最優(yōu)控制率。

2.3.3 控制邏輯

不論是哪種控制目標(biāo)，對(duì)車輛的控制都是相同的。根據(jù)差速器原理，對(duì)低附一側(cè)的車輪進(jìn)行制動(dòng)及降扭，對(duì)高附一側(cè)車輪進(jìn)行降扭，如圖3。

TCS控制的是驅(qū)動(dòng)輪，故對(duì)整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有零部件均有要求。

直接控制的是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及制動(dòng)力矩，對(duì)TCS功能影響的主要零部件如下：

①、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或VCU扭矩

②、主減速箱速比

③、變速箱擋位速比

④、傳動(dòng)效率

⑤、制動(dòng)器參數(shù)（卡鉗缸徑、PV曲線、有效半徑、摩擦系數(shù)）

⑥、滾動(dòng)半徑

低附著路面的TCS主要考查車輛平地、半坡起步和定圓全油門行駛的平順性，包含均質(zhì)路面和對(duì)開、對(duì)接路面。

①主觀評(píng)價(jià)：在全油門的狀態(tài)下，對(duì)比TCS ON/OFF的加速性、車輛起步平順性、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的的變化、驅(qū)動(dòng)輪的打滑情況。

② 某款城市SUV的TCS主觀評(píng)價(jià)說明：

a.低附平路（u=0.1～0.3）及對(duì)開坡道（15%）路面：初始車速為0，油門踏板全開狀態(tài)下，車輛可平穩(wěn)起步及上坡，車輪無明顯打滑現(xiàn)象；

b.低附平路對(duì)開路面：初始車速為0，油門踏板全開狀態(tài)下，車輛可平穩(wěn)加速，車輪無明顯打滑現(xiàn)象；

c.TCS工作時(shí)可明顯感受到ESC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的降扭控制。當(dāng)ESC（TCS）關(guān)閉后，油門踏板全開狀態(tài)下，在平路面試驗(yàn)車車輪打滑，轉(zhuǎn)速飆升。

d.在定圓路況：TCS可穩(wěn)定工作，車輛無打滑、轉(zhuǎn)向失控現(xiàn)象；

2.4 EPB（MOC）低附著系數(shù)路面性能驗(yàn)收

EPB低附驗(yàn)收項(xiàng)目包含手動(dòng)拉起釋放、自動(dòng)拉起釋放、熄火抑制、直線/定圓動(dòng)態(tài)制動(dòng)、維修釋放、智能拉起、熱/手動(dòng)再夾緊、CRAZY 模式等。除冰雪路面動(dòng)態(tài)拉起功能外，其他功能在之前的高附試驗(yàn)都應(yīng)該得到驗(yàn)收。在時(shí)間允許的條件下，不僅要確認(rèn)各個(gè)功能的性能，還應(yīng)該錄制trace，認(rèn)真確認(rèn)HMI交互及報(bào)文的準(zhǔn)確性。

①因?yàn)镋PB驗(yàn)收與輪胎型號(hào)關(guān)系不大，可靈活驗(yàn)收；

②低附驗(yàn)收時(shí)，對(duì)低溫下的EPB（MOC）工作噪音和剎車片粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)；

③應(yīng)確保各個(gè)動(dòng)力總成的自動(dòng)釋放功能不可有遲滯或溜坡現(xiàn)象；

④若試驗(yàn)場(chǎng)無轉(zhuǎn)鼓等設(shè)備，可以用外接設(shè)備調(diào)整前后輪速信號(hào)，用前輪信號(hào)來代替后輪信號(hào)，以驗(yàn)證滾動(dòng)再加緊；

⑤智能拉起建議坡度劃分為：0～10%，，10%～20%，20%以上，低附驗(yàn)收時(shí)建議確認(rèn)全部功能的邏輯較高附時(shí)是否發(fā)生變化。

3 總結(jié)

制動(dòng)控制系統(tǒng)ESC及電子駐車EPB的性能在低附著系數(shù)路面上能夠表現(xiàn)得更為直觀及顯性，駕駛者在低附著路面上也更能體會(huì)到電控系統(tǒng)的作用。本文對(duì)電控系統(tǒng)在低附（主要是冰面、雪面）路面上的性能驗(yàn)收做了全過程闡述及給出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析及對(duì)比，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)做了較好的參考及借鑒。

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