摘 要：制動系統(tǒng)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(tǒng)的性能取決于多種復(fù)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(tǒng)進行了性能試驗項目的總結(jié)及分析，研究結(jié)果有利于提高設(shè)計汽車底盤自動化控制系統(tǒng)有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：制動 自動化控制 ESC

汽車底盤ESC系統(tǒng)，包含子功能防抱死制動系統(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(nèi)容，為項目的設(shè)計開發(fā)過程中做了充分的數(shù)據(jù)理論及實測數(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)路面試驗測試前準備

1.1 低附試驗時間

低附著系數(shù)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(nèi)一般定在黑龍江黑河，若需進行反季節(jié)標定，則低附地點定在新西蘭。

1.3 低附試驗設(shè)備

CAN-oe、V-box、低附試驗項目清單、低附試驗規(guī)范。

1.4 車輛準備

需確保低附車輛車況良好，發(fā)動機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、輪胎胎壓為標準值。

1.5 低附場地熟悉

正式低附前，應(yīng)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(nèi)容闡述分析及對比

ESC系統(tǒng)低附著系數(shù)路面試驗內(nèi)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(xiàn)在制動距離、車輛穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)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(wěn)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(zhuǎn)向過度現(xiàn)象。彎道制動時的制動穩(wěn)定性及制動可轉(zhuǎn)向性良好；

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

d.對開路面：制動穩(wěn)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(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；

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低附著路面驗收前，將車輛在高附著系數(shù)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(shù)據(jù)實測值與理論值的對比，可從該項目得出制動壓力損失結(jié)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(wěn)定，該壓力損失為后續(xù)設(shè)計開發(fā)作參考以利實測數(shù)據(jù)吻合理論計算值，在后續(xù)車輛開發(fā)設(shè)計初期將考慮該壓力損失以修正設(shè)計計算的準確性。

2.2 ESC低附著系數(shù)路面性能試驗驗收

ESC驗收主要包含主觀評價和客觀數(shù)據(jù)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(yīng)不低于競爭車。

①主觀評價：需要開車經(jīng)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(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：試驗車在雙向變道時車輛可穩(wěn)定操控，方向修正后試驗車可依照預(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對發(fā)動機的降扭控制。

d.繞樁連續(xù)變道：在可通過不碰樁的車速下，試驗車可平穩(wěn)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(shù)據(jù)如表２所示；

典型工況數(shù)據(jù)如下的實車狀態(tài)參數(shù)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(qū)動力取決于與發(fā)動機輸出的轉(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，車輪在路面上的運動存在滾動和滑動兩種情況，在驅(qū)動力控制系統(tǒng)中，用車輪滑移率s來表示車輪縱向運動中滑轉(zhuǎn)所占的比例：s=rw-v/rw*100%，r為滾動半徑，w為車輪轉(zhuǎn)動角速度，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

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，進行模糊邏輯推理，得到一個模糊輸出隸屬函數(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具有代表性的精確值作為控制量，加到執(zhí)行器上實施控制。

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，選擇一個表征過程的目標函數(shù)，決定一個最優(yōu)控制函數(shù)，使給定系統(tǒng)從初始狀態(tài)出發(fā)到終止狀態(tài)，并使性能指標具有極小值。汽車驅(qū)動力控制系統(tǒng)中最常用的是線性二次型性能指標來確定最優(yōu)控制率。

2.3.3 控制邏輯

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

TCS控制的是驅(qū)動輪，故對整套驅(qū)動系統(tǒng)的所有零部件均有要求。

直接控制的是發(fā)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(fā)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(shù)（卡鉗缸徑、PV曲線、有效半徑、摩擦系數(shù)）

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(zhì)路面和對開、對接路面。

①主觀評價：在全油門的狀態(tài)下，對比TCS ON/OFF的加速性、車輛起步平順性、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的的變化、驅(qū)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(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工作時可明顯感受到ESC對發(fā)動機的降扭控制。當ESC（TCS）關(guān)閉后，油門踏板全開狀態(tài)下，在平路面試驗車車輪打滑，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(tài)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(tài)拉起功能外，其他功能在之前的高附試驗都應(yīng)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(yīng)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(guān)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(jié)強度進行確認；

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

④若試驗場無轉(zhuǎn)鼓等設(shè)備，可以用外接設(shè)備調(diào)整前后輪速信號，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(fā)生變化。

3 總結(jié)

制動控制系統(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到電控系統(tǒng)的作用。本文對電控系統(tǒng)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(shù)據(jù)的分析及對比，為后續(xù)項目開發(fā)做了較好的參考及借鑒。

參考文獻：

[1]王霄鋒.汽車底盤設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]李培軍.汽車底盤電控技術(shù)[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2011.