基于駕乘評價的汽車電子穩定控制系統測評方法研究

唐忠柱 冉智文 鄒波 楊波 彭小波

摘 要：本文基于駕乘評價，參考國家標準《GB/T 30677-2014輕型汽車電子穩定性控制系統性能要求及試驗方法》對大量市場主流車型進行ESC性能測試，總結30款市場新車型性能指標數據結果、發掘數據關聯規律，提出基于橫擺角速度的ESC性能客觀判定參數，同時從ESC主客觀差異問題出發，通過車輛運動學參數對比分析車型性能差異性的原因，在FMVSS126、GB/T 30677-2014、C-CDRE等評價基礎上，提出以主客觀結合的評價方法建議。

關鍵詞：ESC 試驗評價方法 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中最為重要的部分，越來越受到消費者的關注，車輛電子穩定性控制系統（以下簡稱ESC）是當下重要的主動安全配置，據美國公路安保學會統計，裝有ESC的車輛能夠有效減少32%轎車和57%SUV事故率。

現今對于ESC性能試驗及評價方法，國外有NHTSA發布的FMVSS126，國內則有《GB/T 30677-2014輕型汽車電子穩定性控制系統性能要求及試驗方法》。消費者駕乘評價（以下簡稱C-CDRE）則是在此基礎上以橫擺角速度作為能否合格參與評價的保障，以質心側偏角作為性能評價的關鍵指標，本文統計了C-CDRE測試的大量車輛ESC性能數據結果，發掘數據間的關聯性規律，同時對比工程師對于ESC性能的主觀評價結果，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：

保證良好的試驗條件，包括試驗場環境、路面、車輛狀態、防翻支架等都應符合法規標準，駕乘評價測試設備包含轉向機器人及數據采集系統、多通道慣導陀螺儀等。

2.1 試驗方法

測試方法參考國標《GB/T 30677-2014輕型汽車電子穩定性控制系統性能要求及試驗方法》，包括按規定方法進行制動器預處理、輪胎磨合、慢增量轉向試驗、正弦遲滯轉向試驗。

正弦停滯轉向試驗如圖1所示進行初始方向盤左轉、右轉兩組正弦停滯轉向輸入試驗，試驗初始車速為80±2km/h，同時在高檔位滑行狀態下開始轉向操作。

2.2 評價判定標準

本文定義方向盤輸入結束后1s對應的橫擺角速度與同一循環測試循環停滯時期峰值橫擺角速度的比值以Ψ1表示，方向盤輸入結束后1.75s對應的橫擺角速度與同一循環測試循環停滯時期峰值橫擺角速度的比值以Ψ2表示，質心側偏角以β表示。

①為了保證車輛ESC控制時的側向穩定性，裝配ESC系統的試驗車輛應滿足以下條件：Ψ1≤35%，Ψ2≤20%。

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

3 試驗結果分析與發現

整理30款市場新車型試驗結果統計如下：

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%，但都遠遠小于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%，數據遠遠低于20%的限定值。

③質心側偏角β作為衡量ESC抗側滑及方向性能最為關鍵的一個指標，各車之間質心側偏角差異化明顯，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，轎車性能相對要優于SUV。

綜合以上統計結果，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，質心側偏角與橫擺角速度比值Ψ1存在較為明顯的關聯性。

為此，選取某臺質心側偏角大于15°和某臺質心側偏角小于5°的車型進行整個試驗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過程中，隨著方向盤轉角輸入逐漸增大，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在穩定性控制方面有所欠缺的話，側滑、方向性控制性能方面會更加不足。

根據統計結果，橫擺角速度比值Ψ1大于5%的車型，最大質心側偏角基本大于12°，根據車輛動力學理論，如需保持方向盤對橫擺力矩的調整能力，質心側偏角不應超過12°，因此，建議可將方向盤輸入結束后1s對應的橫擺角速度比值5%設定為一個衡量ESC性能優劣的參考數值，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

研究過程中發現客觀數據反映出的ESC性能與項目組主觀評價的ESC性能有較大差異，為此我們選取一款最大質心側偏角為20.27°（后續簡稱A車）和一款最大質心側偏角為4.28°（后續簡稱B車）做對比分析。

A車質心側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論中ESC給人的主觀感受都不差，相應的B車主觀評價的結果則不夠理想。本文從側向加速度分析為例，如圖4所示，在方向盤轉角輸入停滯500ms階段，側向加速度達到峰值，A車ESC控制側向加速度無法有效收斂減小，3.5s方向盤輸入結束時側向加速度還屬于一個較大值到4.5s以后側向加速度才趨于穩定，說明停滯階段車輛可能有所側滑，此是A車質心側偏角較大的一個明顯的原因;而B車側向加速度收斂較為出色，4s左右側向加速度已經趨于穩定。

總體從正弦停滯試驗過程中車輛行駛的縱向加速度、側向加速度、橫擺角速度，速度等變化規律都不難看出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于B車的一個重要原因。

5 結語

本文基于駕乘評價積累的大量車型的ESC測試數據，結合多方機構對于ESC性能的評價規則，統計了近年來30個熱門車型的ESC數據指標，對于基于橫擺角速度的評價方法通過率極高問題，總結發現橫擺角速度比值Ψ1與質心側偏角的關聯性關系，結合車輛動力學理論，提出在Ψ1≤35%的通過性評價基礎上，增加一個5%的性能優劣判定值的評價建議，同時結合ESC評價的主客觀差異性，對質心側偏角差別較大的兩個車型進行了全面的運動學分析，找出差異性的原因，并提出建議以主客觀結合的方式作為ESC評價方法，明確了ESC調校的性能目標。

參考文獻：

[1]NHTSA. Electronic Stability Control Systems：FMVSS 126 [S].Washington：NHTSA，2007.

[2]趙永剛，呂彪，汽車電子穩定性控制系統現狀及標準分析.

[3]王志軍，梁東等.汽車電子穩定性控制系統（ESC）的正弦停滯試驗結果的統計學分析.

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。