趙永剛 呂彪

摘 要：汽車(chē)電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control，簡(jiǎn)稱(chēng)ESC）系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)輛行駛和制動(dòng)過(guò)程中牽引力和制動(dòng)力分配，能有效提高車(chē)輛行駛及制動(dòng)過(guò)程中的安全性能。文章介紹了ESC系統(tǒng)的組成、工作原理、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)現(xiàn)狀，并對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行了分析比較。

關(guān)鍵詞：ESC系統(tǒng)；現(xiàn)狀；標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U461.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-113-03

Abstract： Electronic stability control system by adjusting the vehicle traction and braking force of during driving and braking， can effectively improve the safety performance in the process of vehicle driving and braking. This paper intro -duces composition of ESC system， working principle， research status domestic and foreign ， situation of domestic and foreign standards research， and analyzes and compares domestic and foreign standards of status quo.

Keywords： Electronic Stability Control system； Standard； The status quo

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-113-03

前言

車(chē)輛操縱穩(wěn)定性是汽車(chē)安全領(lǐng)域的長(zhǎng)期研究課題，隨著汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的逐漸電子化和智能化，針對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的汽車(chē)電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control，簡(jiǎn)稱(chēng)ESC）系統(tǒng)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題之一。國(guó)內(nèi)對(duì)ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，特別是重型車(chē)的ESC系統(tǒng)的研究尚處于理論分析階段，目前還沒(méi)有相對(duì)成熟的重型車(chē)ESC系統(tǒng)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。開(kāi)展汽車(chē)電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)的分析，有助于推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)有車(chē)輛ESC系統(tǒng)的裝車(chē)調(diào)試，對(duì)提升汽車(chē)安全技術(shù)水平意義重大。

1 ESC系統(tǒng)介紹

美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局于2007年對(duì)ESC系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的定義，規(guī)定ESC必須具備以下特征：1）通過(guò)對(duì)單個(gè)車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)力調(diào)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)橫擺力矩，從而增強(qiáng)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性；2）由計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)閉環(huán)控制算法來(lái)限制汽車(chē)的轉(zhuǎn)向；3）具備測(cè)量汽車(chē)橫擺角速度以及估算汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角的方法；4）具備監(jiān)測(cè)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入的方法；5）具有控制算法來(lái)確定是否有改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的需要，并且有相應(yīng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，幫助駕駛員保持對(duì)汽車(chē)的控制。為了實(shí)現(xiàn)ESC系統(tǒng)的上述功能，ESC系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的傳感器、電子控制單元、執(zhí)行器等有關(guān)技術(shù)。圖1展示了ESC系統(tǒng)的組成。

在具體的工作過(guò)程中，ESC系統(tǒng)經(jīng)過(guò)傳感器信息處理和運(yùn)算算法分析，根據(jù)駕駛員的操作定義期望的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與此同時(shí)對(duì)汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量和估算。一旦駕駛員期望的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的差值超過(guò)給定的門(mén)限值時(shí)，ESC系統(tǒng)按照一定的控制規(guī)則調(diào)節(jié)車(chē)輪上的縱向力大小，通過(guò)直接調(diào)節(jié)車(chē)輪縱向力大小以及間接影響車(chē)輪橫向力來(lái)控制汽車(chē)的橫擺運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的橫擺力矩幫助駕駛員控制汽車(chē)使其實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤駕駛員期望的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使汽車(chē)具有良好的操縱性和方向穩(wěn)定性的主動(dòng)安全控制系統(tǒng)。

2 ESC系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

ESC系統(tǒng)是對(duì)汽車(chē)動(dòng)態(tài)車(chē)身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)，其控制參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了車(chē)輪制動(dòng)力的控制。雖然各大汽車(chē)公司所推出產(chǎn)品的功能類(lèi)似，但由于各自產(chǎn)品特點(diǎn)（控制參數(shù)、控制策略）的不同，其叫法也不盡相同，寶馬公司命名為DSC（ Dynamic Stability Control）、雪佛萊公司命名為AH（Active Handling）、本田公司命名為VSA（Vehicle Stability Assist）、豐田公司命名為VSC（Vehicle Stability Control）。

2.1 ESC系統(tǒng)國(guó)外研究現(xiàn)狀

關(guān)于ESC系統(tǒng)國(guó)外的研究，政府層面，美國(guó)高速公路交通安全局率先于2007年頒布了全球第一部關(guān)ESC的汽車(chē)安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)FMVSS126，并其對(duì)ESC系統(tǒng)做了明確的定義和要求。要求ESC必須在汽車(chē)運(yùn)行的各種狀況下，無(wú)論是汽車(chē)加速，恒速還是制動(dòng)減速時(shí)都要正常運(yùn)行。并且規(guī)定從 2011年9月1日起，美國(guó)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的所有載荷低于4，536 kg（10，000磅）的汽車(chē)必須裝備ESC系統(tǒng)。隨后，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UN/ECE ）于2009年11月11日在乘用車(chē)制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)ECE 13H中添加了有關(guān)ESC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，要求自20l1年l1月1日起所有締約國(guó)將對(duì)沒(méi)有安裝ESC系統(tǒng)和未達(dá)到ECE 13H附件9對(duì)ESC系統(tǒng)要求的車(chē)輛不能給予合格認(rèn)證；澳大利亞、加拿大、日本和巴西也陸續(xù)推出了針對(duì) ESC 強(qiáng)制安裝的法規(guī)。近年來(lái)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、滑膜控制等策略，開(kāi)發(fā)了大量的試驗(yàn)設(shè)備及程序，而且制定了更為豐富的試驗(yàn)項(xiàng)目，不僅包括常見(jiàn)的正弦掃描試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向作用力試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向負(fù)荷試驗(yàn)，而且還包括人工操作和轉(zhuǎn)向機(jī)器人操作之間的對(duì)比、轉(zhuǎn)向剎車(chē)綜合試驗(yàn)等專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，而且其測(cè)試參量更為豐富，評(píng)價(jià)指標(biāo)更為綜合化。

2.2 ESC系統(tǒng)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

受一系列因素的制約和影響，國(guó)內(nèi)對(duì)ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，目前仍處于理論研究階段，還沒(méi)有商業(yè)化成品出現(xiàn)。但是，隨著ESC系統(tǒng)在國(guó)外的逐步普及、國(guó)外相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的引入，國(guó)內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)及高校對(duì)ESC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、ESC系統(tǒng)的裝車(chē)匹配及ESC系統(tǒng)的測(cè)試與評(píng)價(jià)已成為重點(diǎn)關(guān)注的普遍問(wèn)題問(wèn)題。吉林大學(xué)郭孔輝等人多年來(lái)對(duì)ESC系統(tǒng)開(kāi)展了高品質(zhì)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)建模、電子穩(wěn)定性控制策略及仿真、電子穩(wěn)定性控制實(shí)車(chē)試驗(yàn)、底盤(pán)集成控制策略及仿真、底盤(pán)集成控制硬件在環(huán)試驗(yàn)等方面一系列工作。中國(guó)汽車(chē)技術(shù)中心歸納分析了國(guó)外ESC系統(tǒng)的整車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)方法，介紹了進(jìn)行測(cè)試的監(jiān)控參數(shù)和設(shè)備；隨后針對(duì)高附著系數(shù)路面實(shí)驗(yàn)提出了基于車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，并使用30款不同車(chē)型進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，說(shuō)明了現(xiàn)有測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)參數(shù)有待更新。隨后，該中心還對(duì)冰雪道路的ESC系統(tǒng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。重汽集團(tuán)對(duì)ESC系統(tǒng)在重型車(chē)上的適應(yīng)性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，并對(duì)不同測(cè)試循環(huán)進(jìn)行對(duì)比。此外，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、吉林大學(xué)等高校均對(duì)ESC系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和研究。

2.3 ESC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)現(xiàn)狀

ESC系統(tǒng)國(guó)外主流的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)以美標(biāo)和歐標(biāo)為代表，目前美國(guó)和歐洲在輕型車(chē)和重型車(chē)領(lǐng)域都有較為完善的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，測(cè)試方法也不盡相同。國(guó)內(nèi)目前只在輕型車(chē)領(lǐng)域有國(guó)家推薦性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用歐標(biāo)而來(lái)，在重型車(chē)領(lǐng)域還處于理論研究階段，沒(méi)有相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)形成。

3 國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

美國(guó)高速公路交通安全局于2007年3月定版和頒布了全球第一部有關(guān)ESC的汽車(chē)安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)——美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)：FMVSS 126《汽車(chē)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》。隨后，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)等單位也推出了ESC系統(tǒng)的法規(guī)，2009年ECE R13H《乘用車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》第二次修訂中將ESC系統(tǒng)納入附錄9；2011年ECE R13H《關(guān)于就制動(dòng)方面批準(zhǔn)M 類(lèi)、N 類(lèi)和O 類(lèi)車(chē)輛的統(tǒng)一規(guī)定》的第7次修訂中將裝備ESC系統(tǒng)的特殊要求納入附錄21。2012年5月，為提高重型車(chē)輛的安全性能，減少安全事故，美國(guó)高速公路交通安全局發(fā)布FMVSS 136《重型車(chē)汽車(chē)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》，對(duì)重型車(chē)ESC系統(tǒng)的裝配也提出了相關(guān)要求。

4 國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2007年2月，按照全球技術(shù)法規(guī)制定與協(xié)調(diào)的要求，中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)所作為聯(lián)合國(guó)世界車(chē)輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇中國(guó)工作委員會(huì)（C-WP29）秘書(shū)處，在組織國(guó)內(nèi)主要汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及國(guó)家級(jí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)討論的基礎(chǔ)上，經(jīng)請(qǐng)示政府主管部門(mén)同意，就ESC系統(tǒng)適用范圍、ESC系統(tǒng)定義及功能要求、試驗(yàn)路面附著系數(shù)要求及測(cè)定等內(nèi)容提出了中國(guó)的提案和意見(jiàn)。而后，全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織開(kāi)展了ESC系統(tǒng)技術(shù)及產(chǎn)品、試驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備適應(yīng)性調(diào)查及可行性分析等前期研究工作，確定首先制定推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并于2010年正式提出了有關(guān)“輕型汽車(chē)電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)”推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)，于 2011 年2月獲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2014年12月31日發(fā)布了推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30677-2014，并于2015年7月1日開(kāi)始實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于重型車(chē)ESC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，國(guó)內(nèi)還處于空白。既沒(méi)有重型車(chē)ESC系統(tǒng)的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，也沒(méi)有重型車(chē)有關(guān)ESC系統(tǒng)的法規(guī)要求。

5 國(guó)內(nèi)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析

FMVSS l26與ECE R13H對(duì)ESC系統(tǒng)的測(cè)試及評(píng)價(jià)方法上，除試驗(yàn)條件和試驗(yàn)設(shè)備有所不同外，在標(biāo)準(zhǔn)限值、試驗(yàn)程序和數(shù)據(jù)處理上基本一致。FMVSSl26與ECE R13H的有關(guān)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)設(shè)備對(duì)比結(jié)果見(jiàn)下表1。

GB/T 30677-2014正文部分修改采用ECE R13H，對(duì)ESC系統(tǒng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法上與國(guó)際通行做法和要求一致，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，變化部分主要有以下方面：1）提出了對(duì)ESC系統(tǒng)冰雪道路試驗(yàn)的要求；2）調(diào)整了適用范圍，規(guī)定其適用于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過(guò) 3500 kg 的 M1、M2 和 N 類(lèi)車(chē)輛的電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量在 3500kg 以上但不超過(guò) 5000kg 的車(chē)輛可參照?qǐng)?zhí)行；3）在不與GTR 8沖突的前提下，優(yōu)先協(xié)調(diào)采用GB/T 12549-2013《汽車(chē)操縱穩(wěn)定性術(shù)語(yǔ)及其定義》的定義。為描述清楚，在 ESC 定義中增加了對(duì)其特征、功能的概要說(shuō)明；4）從嚴(yán)要求根據(jù)車(chē)輛的靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)（Static stability Factor，簡(jiǎn)稱(chēng)：SSF）不同而分別規(guī)定的風(fēng)速限制，統(tǒng)一規(guī)定為 5m/s；5）明確要求車(chē)輛在試驗(yàn)前，需要按GB 21670-2008 《乘用車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》第 7 章規(guī)定的要求對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行磨合。

6 總結(jié)與展望

ESC系統(tǒng)能極大的提高車(chē)輛運(yùn)行狀況下的行駛安全性，特別是車(chē)輛在極端環(huán)境下的行駛安全性。國(guó)外對(duì)ESC系統(tǒng)的研究、立法以及應(yīng)用都非常成熟；國(guó)內(nèi)對(duì)ESC系統(tǒng)的研究起步較晚，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不健全。伴隨近幾年我國(guó)汽車(chē)工業(yè)在安全、環(huán)保等方面的技術(shù)日趨成熟，與歐美先進(jìn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)日益同步。我們相信，不論是汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)還是行業(yè)協(xié)會(huì)在該領(lǐng)域的研究一定會(huì)日趨成熟，實(shí)現(xiàn)對(duì)ESC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)研究全覆蓋和裝車(chē)普及指日可待。

參考文獻(xiàn)

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