關于制動電控系統ESC低附測試案例分析及總結

摘 要：制動系統性能是表征汽車性能的重要性能之一。制動性能的好壞直接影響汽車的安全性，對行車安全起著決定性作用。然而制動性能的核心部分為電子自動化控制，自動化控制系統的性能取決于多種復雜路面的驗證及標定。文中通過實車案例在低附著路面的試驗驗證分析及研究，對底盤自動化控制系統進行了性能試驗項目的總結及分析，研究結果有利于提高設計汽車底盤自動化控制系統有重要的參考意義。

關鍵詞：制動 自動化控制 ESC

汽車底盤ESC系統，包含子功能防抱死制動系統ABS、牽引力控制系統TCS、車身穩定控制系統ESC功能、PBC電子駐車系統功能。上述系統均需在低附著系數路面上進行試驗驗證，本文通過理論與實測案例分析對比，闡述了整個試驗項目的核心內容，為項目的設計開發過程中做了充分的數據理論及實測數據支持，較好的為系統開發做了技術指導，為汽車底盤電控系統開發具有重要參考意義。

1 低附著系數路面試驗測試前準備

1.1 低附試驗時間

低附著系數路面的時間一般在每年的12月底至次年2月中旬。

1.2 低附試驗地點

國內一般定在黑龍江黑河，若需進行反季節標定，則低附地點定在新西蘭。

1.3 低附試驗設備

CAN-oe、V-box、低附試驗項目清單、低附試驗規范。

1.4 車輛準備

需確保低附車輛車況良好，發動機EMS/變速箱TCU軟件版本為最新，輪胎、懸架為量產狀態，V-box、輪缸壓力傳感器需安裝完畢、輪胎胎壓為標準值。

1.5 低附場地熟悉

正式低附前，應駕車熟悉試驗場各功能劃分、邊界范圍、危險路況等。

2 低附試驗測試內容闡述分析及對比

ESC系統低附著系數路面試驗內容項目包含ABS、ESC變道、TCS等。

2.1 ABS試驗驗收

ABS試驗包含直道制動、彎道制動、變道制動、對開/對接制動，性能主要體現在制動距離、車輛穩定性、轉向性、HCU工作時的噪音及踏板頂腳感。由于在雪面上的μ值較低且不均勻，很難保證每次制動的初速度都相同，故雪面的制動距離不建議用來評價ABS性能好壞。某款城市SUV 的ABS性能測試說明：

a.ABS直道制動時：試驗車保持原有的行駛方向，無偏離原車道的傾向，直道制動穩定性良好。冬季胎制動距離最短，搭載佳通、萬力、正新、米其林四款輪胎ABS性能相當；

b.彎道制動時：在制動過程中始終保持原有彎道行駛軌跡，無轉向過度現象。彎道制動時的制動穩定性及制動可轉向性良好；

c.變道制動時：試驗車的制動可操縱性、制動可轉向能力、制動穩定性、制動過程平順性良好；

d.對開路面：制動穩定性良好；ABS無異常作動；

e.對接路面： L to H，減速度增長迅速，穩定性良好；H to L，穩定性良好，降壓迅速，無抱死感，ABS無異常作動；

f.ESC工作噪聲良好，踏板反饋力較小，優于之前的量產車型。

在該款城市SUV車的ABS低附著路面驗收前，將車輛在高附著系數路面實測的制動壓力與理論計算的壓力進行比較：

（1）實測值，詳細如表1、圖1所示；

（2）通過數據實測值與理論值的對比，可從該項目得出制動壓力損失結論：

在進行ABS試驗時，前后輪輪缸壓力與主缸壓力輸出有所損失，約在20%-55%。考慮到信號傳遞的遲滯性及ABS工況液壓上升快且不穩定，該壓力損失為后續設計開發作參考以利實測數據吻合理論計算值，在后續車輛開發設計初期將考慮該壓力損失以修正設計計算的準確性。

2.2 ESC低附著系數路面性能試驗驗收

ESC驗收主要包含主觀評價和客觀數據計測。以雪地胎為主，同步確認M+S四季胎。驗收時ESC操控性應不低于競爭車。

①主觀評價：需要開車經驗豐富的司機方能評估。主要進行ESC變道、定圓等操控工況，感受ESC對車輛的控制程度，包含：ESC的介入時間、控制力度、對車速的限制等。

② 某款城市SUV車主觀評價說明：

a.單向變道：試驗車在單向變道時車輛較易操控，ESC整體響應良好，駕駛員及乘員無明顯感到車輛不穩的劇烈狀況，車輛穩定性良好。

b.雙向變道：試驗車在雙向變道時車輛可穩定操控，方向修正后試驗車可依照預定路線行駛，ESC整體響應良好，無明顯的后軸側滑及甩尾現象，車輛穩定性良好。

c.定圓（油門全開）：試驗車定圓上油門踏板全開狀態下，通過方向盤較小的修正車輛可穩定繞圓行駛，車輛較易操控，穩定性較好，無轉向過度及轉向不足現象，可明顯感受到ESC對發動機的降扭控制。

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

③客觀計測：包含雙向變道、單向變道、定圓、制動試驗項目。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客觀計測數據如表２所示；

典型工況數據如下的實車狀態參數如圖２。

2.3 TCS試驗驗收

在TCS驗收之前先闡述下TCS的基本原理和控制目標

2.3.1 基本原理：

汽車在路面上行駛時，驅動力取決于與發動機輸出的轉矩，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，Ft---汽車驅動力，Fφ---路面附著力。路面所提供的附著力與附著系數有關，在低的附著路面上，車輪在路面上的運動存在滾動和滑動兩種情況，在驅動力控制系統中，用車輪滑移率s來表示車輪縱向運動中滑轉所占的比例：s=rw-v/rw*100%，r為滾動半徑，w為車輪轉動角速度，v為車輛中心的縱向速度。

一般在TCS控制中，應將車輛的滑轉控制在0.08～0.15之間。

2.3.2 控制目標

一般較多的分為模糊PID控制算法和最優控制算法兩種。

第一種模糊控制方法是將精確的數字量轉換成模糊集合的隸屬函數，然后根據控制量制定的模糊規則，進行模糊邏輯推理，得到一個模糊輸出隸屬函數，最后根據推理得到的隸屬函數，用不同的方法找出一個具有代表性的精確值作為控制量，加到執行器上實施控制。

第二種最優控制是指在給定的數學模型和初始條件下，選擇一個表征過程的目標函數，決定一個最優控制函數，使給定系統從初始狀態出發到終止狀態，并使性能指標具有極小值。汽車驅動力控制系統中最常用的是線性二次型性能指標來確定最優控制率。

2.3.3 控制邏輯

不論是哪種控制目標，對車輛的控制都是相同的。根據差速器原理，對低附一側的車輪進行制動及降扭，對高附一側車輪進行降扭，如圖3。

TCS控制的是驅動輪，故對整套驅動系統的所有零部件均有要求。

直接控制的是發動機扭矩及制動力矩，對TCS功能影響的主要零部件如下：

①、發動機扭矩或VCU扭矩

②、主減速箱速比

③、變速箱擋位速比

④、傳動效率

⑤、制動器參數（卡鉗缸徑、PV曲線、有效半徑、摩擦系數）

⑥、滾動半徑

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，包含均質路面和對開、對接路面。

①主觀評價：在全油門的狀態下，對比TCS ON/OFF的加速性、車輛起步平順性、發動機轉速的的變化、驅動輪的打滑情況。

② 某款城市SUV的TCS主觀評價說明：

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

b.低附平路對開路面：初始車速為0，油門踏板全開狀態下，車輛可平穩加速，車輪無明顯打滑現象；

c.TCS工作時可明顯感受到ESC對發動機的降扭控制。當ESC（TCS）關閉后，油門踏板全開狀態下，在平路面試驗車車輪打滑，轉速飆升。

d.在定圓路況：TCS可穩定工作，車輛無打滑、轉向失控現象；

2.4 EPB（MOC）低附著系數路面性能驗收

EPB低附驗收項目包含手動拉起釋放、自動拉起釋放、熄火抑制、直線/定圓動態制動、維修釋放、智能拉起、熱/手動再夾緊、CRAZY 模式等。除冰雪路面動態拉起功能外，其他功能在之前的高附試驗都應該得到驗收。在時間允許的條件下，不僅要確認各個功能的性能，還應該錄制trace，認真確認HMI交互及報文的準確性。

①因為EPB驗收與輪胎型號關系不大，可靈活驗收；

②低附驗收時，對低溫下的EPB（MOC）工作噪音和剎車片粘結強度進行確認；

③應確保各個動力總成的自動釋放功能不可有遲滯或溜坡現象；

④若試驗場無轉鼓等設備，可以用外接設備調整前后輪速信號，用前輪信號來代替后輪信號，以驗證滾動再加緊；

⑤智能拉起建議坡度劃分為：0～10%，，10%～20%，20%以上，低附驗收時建議確認全部功能的邏輯較高附時是否發生變化。

3 總結

制動控制系統ESC及電子駐車EPB的性能在低附著系數路面上能夠表現得更為直觀及顯性，駕駛者在低附著路面上也更能體會到電控系統的作用。本文對電控系統在低附（主要是冰面、雪面）路面上的性能驗收做了全過程闡述及給出實測數據的分析及對比，為后續項目開發做了較好的參考及借鑒。

參考文獻：

[1]王霄鋒.汽車底盤設計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2]李培軍.汽車底盤電控技術[M].北京：人民郵電大學出版社，2011.