朱紅巖，游國平

（重慶車輛檢測研究院國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122）

一直以來，由于車輛失穩(wěn)、失控造成的重大交通事故頻有發(fā)生。現(xiàn)已廣泛運用的汽車底盤系統(tǒng)主動安全控制技術(shù)——ABS 和ASR，雖然能在制動和加速工況下保證車輛的縱向穩(wěn)定性，而在其他更為常見的諸如超車、避障、轉(zhuǎn)彎等由于橫向干擾使車輛更容易失去操控性的狀況下，ABS 和ASR 對車輛的穩(wěn)定性控制則顯得無能為力，此時，沒有裝備車輛橫向穩(wěn)定控制系統(tǒng)的車輛，更容易由于側(cè)滑、側(cè)翻等引發(fā)重大交通事故[1]。因此，近年來適用于全工況的汽車電子穩(wěn)定控制（ESC）系統(tǒng)成為現(xiàn)代汽車主動安全控制技術(shù)研究的焦點[2]。雖然目前在乘用車領(lǐng)域已有較多的合資或自主品牌車輛已經(jīng)廣泛配備了ESC，甚至在少數(shù)高檔豪華客車亦有配備，但我國ESC 自主研發(fā)能力尚弱，其研究領(lǐng)域主要集中于控制器、控制方法的理論研究階段，暫未見相關(guān)成熟產(chǎn)品問世，而且在測試技術(shù)方面，亦僅處于起步探索階段[3]。為此，本文結(jié)合現(xiàn)有ESC 測試法規(guī)重點闡述WABCO 公司的商用車ESC 測試方法，并指出其不足。希望對國內(nèi)商用車ESC 的測試技術(shù)的研究有所借鑒。

1 國內(nèi)外汽車ESC 測試法規(guī)現(xiàn)狀

汽車ESC 是在整合ABS 和ASR 基礎(chǔ)上于上世紀90 年代中后期推出市場的汽車新型主動安全系統(tǒng)。各大汽車廠家運用的車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)其控制原理和方法亦有差別，故在測試方法和匹配評價指標上也難于形成統(tǒng)一的測試評價標準。

ESC 在美國、歐洲的轎車和SUV 等輕型車上已逐步普及，并強制安裝；而在商用車上，甚至是安全性要求更高的客車上，美國暫時沒有強制執(zhí)行，歐洲則搶先一步，明確了需要在商用車上安裝ESC。

在美國FMVSS 126 中首次規(guī)定了總質(zhì)量在4 536 kg 以內(nèi)輕型汽車（轎車、SUV 和皮卡等）的ESC 測試方法，而對該質(zhì)量以上的車輛暫未作規(guī)定[4]。隨后，歐盟在2009 年11 月，針對M1和N1類的制動法規(guī)ECE R13H進行修訂，增加了附件9——《關(guān)于就車輛安全方面裝備復(fù)合電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)車輛的特殊要求》[5]，其測試方法和要求與FMVSS 126 基本相同。而商用車制動法規(guī)ECE R13 于2008 年8 月在其新增加的附件21——《裝備電子穩(wěn)定系統(tǒng)車輛的特殊要求》中首次規(guī)定了ESC的試驗要求，并規(guī)定了商用車強制認證ESC 的時間表，具體見表1。

但至今，標準中僅列出了試驗項目，未明確具體的測試方法。有關(guān)測試項目如下[6]：

表1 新車安裝ESC 進行型式認證的執(zhí)行時間

1）方向控制（Directional Control），包括轉(zhuǎn)向半徑減少試驗、階躍轉(zhuǎn)向輸入試驗、正弦延遲試驗、J-轉(zhuǎn)向、單移線試驗、雙移線試驗、反轉(zhuǎn)試驗或“魚鉤”試驗、半周期正弦輸入或者脈沖轉(zhuǎn)向輸入試驗。

2）翻滾控制（Roll-Over Control），包括穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、J-轉(zhuǎn)向。

可見，在ECE R13 附件21 中，規(guī)定了ESC 應(yīng)具有兩種功能：方向控制（Directional Control）和翻滾控制（Roll-Over Control），同時分別給出了相應(yīng)的測試項目。其中方向性控制要求具備：基于對車輛的實際狀態(tài)和駕駛員控制意圖的評估，通過選擇性的制動，能夠自動、單獨地控制每軸或并裝軸上的左右輪胎的速度；翻滾性控制功能則要求具備：基于對車輛實際狀態(tài)可能導(dǎo)致翻滾的評估，通過選擇性制動或自動控制制動，從而控制每軸或并裝軸上的左右車輪的速度。

ECE R13 還明確，在統(tǒng)一的試驗方法確定之前，ESC具體的認證測試項目由認證機構(gòu)和車輛生產(chǎn)廠共同確定。所以，現(xiàn)在歐洲認證機構(gòu)是與ESC 生產(chǎn)廠家共同商討確定最終的ESC 測試項目。

美國公路交通安全管理局（NHTSA）已建議制定FMVSS 136《重型車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)》，并建議ESC 的評價應(yīng)包含兩項符合性評價和四項性能性評價指標[7]。

我國ESC 的測試方法研究始于近兩年，目前還處于試驗驗證階段，未形成公開的測試評價方法。

總之，由于汽車ESC 的監(jiān)控參量多、控制復(fù)雜，其控制原理、策略和方法也略有不同，導(dǎo)致其測試程序多、試驗周期長、評價指標等未完全形成統(tǒng)一，因而有一定的可選性和自主性。

2 威伯克商用車ESC 測試方法

威伯克（WABCO）公司在結(jié)合ESC 通用測試項目的基礎(chǔ)上，制定了ESC 測試的具體方法，該方法為目前大多數(shù)廠家或認證機構(gòu)在進行ESC 匹配和認證測試時所引用，具有較強的代表性[8]。由于ESC 是在車輛極限行駛工況下控制車輛的穩(wěn)定性，因此，ESC 的測試是一個非常危險的過程，在車輛試驗之前，應(yīng)在車輛兩側(cè)安裝防止車輛翻滾的保護裝置（支撐輪或支撐架）。

2.1 轉(zhuǎn)向半徑減少試驗

轉(zhuǎn)向半徑減少試驗（Increasing Curvature Test），雖然不是一個ISO 定義的測試程序，但被廣泛用來評估高動態(tài)狀態(tài)下車輛的側(cè)向響應(yīng)，主要用于車輛ESC 翻滾控制功能的評估。圖1 為半徑減少測試的車輛行駛圖。其測試要求如下。

1）測試路面。干燥平整路面（附著系數(shù)約為0.8）。

2）測試方法。測試車輛由直線行駛狀態(tài)進入如圖1所示擺放好的路線軌跡，過程中逐漸增加方向盤轉(zhuǎn)角，車速保持勻速。車速從較低車速開始進入，之后逐次增加，直至車速達到極限狀態(tài)（車輛即將側(cè)翻且保護裝置即將觸地）。

3）ESC 狀態(tài)。車輛在ESC 失效和正常兩種狀態(tài)下分別進行，且ESC 正常狀態(tài)時，應(yīng)記錄發(fā)動機的輸出扭矩和各輪制動氣室（或制動輪缸）壓力，以判斷發(fā)動機控制和制動控制功能是否激活。

4）結(jié)果評價。ESC 正常狀態(tài)時的車輛通過極限速度高于ESC 失效時車輛的極限通過車速。

2.2 雙移線試驗

雙移線試驗（Double Lane Change Test）如圖2 所示，一般用于評價ESC 對車輛的方向控制（不足轉(zhuǎn)向或過度轉(zhuǎn)向）和翻滾控制的能力，亦被廣泛用來評估高動態(tài)狀態(tài)下車輛的側(cè)向響應(yīng)。試驗路面為高附著系數(shù)路面和低附著系數(shù)路面。

1）高附著系數(shù)路面。在高附著系數(shù)路面（附著系數(shù)約為0.8）進行本項試驗，主要用于評價ESC 的防側(cè)翻控制能力。測試分別在ESC 裝置開啟和關(guān)閉的情況下進行。每種狀態(tài)均保證車輛穩(wěn)定且保證保護裝置未起作用的狀態(tài)下開始進入如圖2 所示的路段，之后逐次增加車速，直至車輛穩(wěn)定通過測試路段的車速達到極限為止。同前，在ESC 開啟時，應(yīng)記錄發(fā)動機的輸出扭矩和各輪制動氣室（或制動輪缸）壓力，以判斷ESC 系統(tǒng)是否正常工作。

2）低附著系數(shù)路面。在低附著系數(shù)路面（附著系數(shù)約為0.3）進行本項試驗，主要用于評價ESC 的方向性控制能力，測試方法同前。

3）結(jié)果評價。對高低附著系數(shù)路面，ESC 正常狀態(tài)時的車輛穩(wěn)定通過極限速度都應(yīng)高于ESC 失效時車輛的穩(wěn)定極限通過車速。

2.3 單移線試驗

單移線試驗（Single Lane Change Test）主要評價ESC的過度轉(zhuǎn)向控制能力，分高附變低附路面和低附變高附路面測試工況，分別在車輛ESC 失效和正常情況下進行，試驗車速從保證車輛穩(wěn)定實現(xiàn)移線時足夠低的車速開始，之后逐次增加移線車速，直至達到極限為止，具體測試工況如下。

1）測試工況一。高附至低附路的移線試驗（Test Jeversen）。如圖3 所示，兩車道分別為附著系數(shù)為0.7 左右瀝青路面和附著系數(shù)為0.22 左右的濕玄武巖路面，變線距離20 m，車道寬3 m。移線試驗過程中，駕駛員不進行制動。

2）測試工況二。高附至超低附路的移線試驗（Test Rovaniemi）。如圖4 所示，試驗道路分別為附著系數(shù)為0.8 的路面和附著系數(shù)為0.1 左右的結(jié)冰路面，變線距離15 m，車道寬3 m。移線試驗過程中，駕駛員不能進行制動。試驗車速從保證車輛穩(wěn)定實現(xiàn)移線時足夠低的車速開始，之后逐次增加移線車速，直至達到極限為止。

3）低附至高附測試工況。如圖5 所示，試驗過程為從低附移線至高附路面，并且在試驗過程中，駕駛員需進行全行程制動，并使車輛右前輪制動力突變，從而使由于右前輪制動而車輛產(chǎn)生的橫擺角速度方向與駕駛員轉(zhuǎn)向時車輛橫擺角速度方向一致，便于車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)向移線。

4）結(jié)果評價。單移線測試時，ESC 正常狀態(tài)時的車輛通過極限速度都應(yīng)高于ESC 失效時車輛的極限通過車速。

2.4 J-轉(zhuǎn)向試驗

J-轉(zhuǎn)向試驗（J-turn Test）主要用來測試ESC 對方向控制的能力。這里所說的J-轉(zhuǎn)向試驗并不是ISO 7401 中所定義的J 轉(zhuǎn)向試驗。試驗方法有兩種：Jeversen試驗和Rovaniemi 試驗。每種方法均在ESC 正常和失效兩種狀態(tài)下，試驗車輛以足夠低的穩(wěn)定通過速度開始，之后逐次提高入線初速度，直至達到極限狀態(tài)（車輛失穩(wěn)或脫離試車道）。

1）Jeversen 試驗。試驗道路為圖6 中淺色的玄武巖路面，路面附著系數(shù)約為0.22。試驗車輛由直線行駛狀態(tài)進入內(nèi)半徑為100 m 的圓形環(huán)道。

2）Rovaniemi 測試。如圖7 所示，試驗路面為雪地路面（附著系數(shù)約為0.3），試驗車輛由直線行駛狀態(tài)進入內(nèi)半徑為80 m 的圓形環(huán)道。

3）結(jié)果評價。J 轉(zhuǎn)向時，ESC 正常狀態(tài)時的車輛通過極限車速都應(yīng)高于ESC 失效時車輛的極限通過車速。

2.5 調(diào)頻正弦掃描試驗

1）調(diào)頻正弦掃描試驗（Slalom Test）。在ESC 正常情況下進行，廣泛用于車輛動態(tài)工況下側(cè)向反應(yīng)評估動態(tài)情況下車輛的橫向反應(yīng)，也可用來優(yōu)化車輛ESC 性能仿真工具SIMBA 軟件中參數(shù)的設(shè)置。如圖8 所示，為變頻正弦掃描試驗的方向盤轉(zhuǎn)角輸入，從頻率為0.1 Hz 開始逐漸增大到1.5 Hz。但是，由于實際測試條件的限制，在很多情況下不太可能實現(xiàn)。

2）結(jié)果評價。ESC 正常狀態(tài)時的車輛通過極限速度高于ESC 失效時車輛的極限通過車速。

2.6 正弦延遲試驗

正弦延遲試驗（Sine with Dwell），一般需要轉(zhuǎn)向機器人來完成。該項試驗在歐盟ECE R13H、FMVSS 126 和GTR 8 中均采用此測試項目。如圖9 所示，正弦波頻率采用為0.2 Hz～0.5 Hz（該頻率范圍與整車自然頻率范圍接近，故該頻率范圍對于評價商用車ESC 性能最為理想，而在ECE R13H 和FMVSS 126 和GTR 8 中正弦波頻率為0.7 Hz）。經(jīng)過前半周期的正常正弦波，進入后半周期的波峰有500 ms 的延遲。

2.7 威伯克ESC 測試方法分析

判斷所設(shè)計的試驗方法是否能夠很好地評價ESC系統(tǒng)的性能，美國公路交通安全管理局（NHTSA）認為該試驗應(yīng)具有如下三個特征[9]：

1）試驗必須具有足夠的強度，以激發(fā)ESC 系統(tǒng)對過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向的干預(yù)。

2）有高度的可重復(fù)性和可操作性。

3）可以對ESC 系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定性能和響應(yīng)進行評價。

從威伯克（WABCO）公司提供ESC 的六項測試中，其中前4 項屬于“閉環(huán)”類試驗，后2 項為“開環(huán)”類試驗。對于“閉環(huán)”試驗，由于駕駛員的反應(yīng)和操作對試驗車輛穩(wěn)定性的控制和試驗結(jié)果的評價有很大的影響，不同的駕駛員對同一行駛工況和車輛的控制有較大的差別，故不能較好地保證試驗結(jié)果的重復(fù)性和一致性，且僅通過比較ESC 失效和正常兩種狀態(tài)下車輛的極限通過車速作為評價標準，而對其他ESC 性能評價方面的指標未作明確說明。因此，前4 項方法運用于ESC 的符合性評價，即ESC 的定性評價；后2 項方法的試驗運用轉(zhuǎn)向機器人對試驗車輛的方向盤進行轉(zhuǎn)向輸入，排除了駕駛員因素的影響，可通過監(jiān)控試驗過程中車輛的橫擺角速度、側(cè)向加速度和橫向位移等車輛狀態(tài)參量評價ESC 的性能，即適用于ESC 性能的定量評價。

同時，WABCO 公司提供的試驗項目并未能與ECE R13 中項目能夠一一對應(yīng)；缺乏“階躍轉(zhuǎn)向輸入試驗”、“反轉(zhuǎn)試驗”或“魚鉤試驗”和“半周期正弦輸入或者脈沖轉(zhuǎn)向輸入試驗”以及“穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗”的測試方法，且在J-轉(zhuǎn)向（J-turn）中與ISO 7401 規(guī)定的階躍輸入（J 轉(zhuǎn)向）試驗方法并不一致[10]。

3 結(jié)束語

從各國ESC 測試技術(shù)的研究進程和以上WABCO公司的測試程序可以看出，ESC 試驗不僅對試驗場地條件的要求很高，而且試驗危險系數(shù)很大。目前國內(nèi)汽車試驗場對ESC 場地的要求還遠未成熟，僅能開展部分項目的測試。同時，由于試驗方法的不統(tǒng)一、評價指標不完善，從一定程度上限制了我國ESC 自主產(chǎn)品的研發(fā)和裝車使用。我國應(yīng)加快ESC 測試技術(shù)的研究和試驗場地的建設(shè)。

[1]劉建宏.商用車輛防抱死制動系統(tǒng)的電子控制單元研究與開發(fā)[D].長春：吉林大學，2008.

[2]網(wǎng)易汽車.汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESP/ESC）歷史解析[EB/OL].（2012-02-10）[2012-08-03].http：//auto.163.com/12/0210/11/79T7NRHJ00084TUS.html

[3]王德平，郭孔輝.車輛動力學穩(wěn)定性控制的控制原理與控制策略研究[J].機械工程學報，2000，（3）

[4]FMVSS Standard No.126 Electronic Stability Control Systems[S].

[5]ECE R13H Uniform Provisions Concerning the Approval of Passenger Cars with Regard to Braking[S].

[6]ECE R13 Uniform Provisions Concerning the Approval of Vehicles of Categories M,N AND O with Regard to Braking[S].

[7]Preliminary Regulatory Impact Analysis：FMVSS No.136 Electronic Stability Control Systems On Heavy Vehicles[R],National Highway Traffic Safety Administration,2012.5.

[8]WABCO，Description of Test Procedures for ESC[S].

[9]李向瑜，高振海，郭健，等.汽車裝備電子穩(wěn)定性程序后的性能評價方法[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2008，（8）

[10]謝伯元，朱西產(chǎn)，朱贇，等.ESC 試驗方法研究[J].天津汽車，2007,（6）