关于制动电控系统ESC低附测试案例分析及总结

摘 要：制动系统性能是表征汽车性能的重要性能之一。制动性能的好坏直接影响汽车的安全性，对行车安全起着决定性作用。然而制动性能的核心部分为电子自动化控制，自动化控制系统的性能取决于多种复杂路面的验证及标定。文中通过实车案例在低附着路面的试验验证分析及研究，对底盘自动化控制系统进行了性能试验项目的总结及分析，研究结果有利于提高设计汽车底盘自动化控制系统有重要的参考意义。

关键词：制动 自动化控制 ESC

汽车底盘ESC系统，包含子功能防抱死制动系统ABS、牵引力控制系统TCS、车身稳定控制系统ESC功能、PBC电子驻车系统功能。上述系统均需在低附着系数路面上进行试验验证，本文通过理论与实测案例分析对比，阐述了整个试验项目的核心内容，为项目的设计开发过程中做了充分的数据理论及实测数据支持，较好的为系统开发做了技术指导，为汽车底盘电控系统开发具有重要参考意义。

1 低附着系数路面试验测试前准备

1.1 低附试验时间

低附着系数路面的时间一般在每年的12月底至次年2月中旬。

1.2 低附试验地点

国内一般定在黑龙江黑河，若需进行反季节标定，则低附地点定在新西兰。

1.3 低附试验设备

CAN-oe、V-box、低附试验项目清单、低附试验规范。

1.4 车辆准备

需确保低附车辆车况良好，发动机EMS/变速箱TCU软件版本为最新，轮胎、悬架为量产状态，V-box、轮缸压力传感器需安装完毕、轮胎胎压为标准值。

1.5 低附场地熟悉

正式低附前，应驾车熟悉试验场各功能划分、边界范围、危险路况等。

2 低附试验测试内容阐述分析及对比

ESC系统低附着系数路面试验内容项目包含ABS、ESC变道、TCS等。

2.1 ABS试验验收

ABS试验包含直道制动、弯道制动、变道制动、对开/对接制动，性能主要体现在制动距离、车辆稳定性、转向性、HCU工作时的噪音及踏板顶脚感。由于在雪面上的μ值较低且不均匀，很难保证每次制动的初速度都相同，故雪面的制动距离不建议用来评价ABS性能好坏。某款城市SUV 的ABS性能测试说明：

a.ABS直道制动时：试验车保持原有的行驶方向，无偏离原车道的倾向，直道制动稳定性良好。冬季胎制动距离最短，搭载佳通、万力、正新、米其林四款轮胎ABS性能相当；

b.弯道制动时：在制动过程中始终保持原有弯道行驶轨迹，无转向过度现象。弯道制动时的制动稳定性及制动可转向性良好；

c.变道制动时：试验车的制动可操纵性、制动可转向能力、制动稳定性、制动过程平顺性良好；

d.对开路面：制动稳定性良好；ABS无异常作动；

e.对接路面： L to H，减速度增长迅速，稳定性良好；H to L，稳定性良好，降压迅速，无抱死感，ABS无异常作动；

f.ESC工作噪声良好，踏板反馈力较小，优于之前的量产车型。

在该款城市SUV车的ABS低附着路面验收前，将车辆在高附着系数路面实测的制动压力与理论计算的压力进行比较：

（1）实测值，详细如表1、图1所示；

（2）通过数据实测值与理论值的对比，可从该项目得出制动压力损失结论：

在进行ABS试验时，前后轮轮缸压力与主缸压力输出有所损失，约在20%-55%。考虑到信号传递的迟滞性及ABS工况液压上升快且不稳定，该压力损失为后续设计开发作参考以利实测数据吻合理论计算值，在后续车辆开发设计初期将考虑该压力损失以修正设计计算的准确性。

2.2 ESC低附着系数路面性能试验验收

ESC验收主要包含主观评价和客观数据计测。以雪地胎为主，同步确认M+S四季胎。验收时ESC操控性应不低于竞争车。

①主观评价：需要开车经验丰富的司机方能评估。主要进行ESC变道、定圆等操控工况，感受ESC对车辆的控制程度，包含：ESC的介入时间、控制力度、对车速的限制等。

② 某款城市SUV车主观评价说明：

a.单向变道：试验车在单向变道时车辆较易操控，ESC整体响应良好，驾驶员及乘员无明显感到车辆不稳的剧烈状况，车辆稳定性良好。

b.双向变道：试验车在双向变道时车辆可稳定操控，方向修正后试验车可依照预定路线行驶，ESC整体响应良好，无明显的后轴侧滑及甩尾现象，车辆稳定性良好。

c.定圆（油门全开）：试验车定圆上油门踏板全开状态下，通过方向盘较小的修正车辆可稳定绕圆行驶，车辆较易操控，稳定性较好，无转向过度及转向不足现象，可明显感受到ESC对发动机的降扭控制。

d.绕桩连续变道：在可通过不碰桩的车速下，试验车可平稳操控，可依照驾驶员给定路线行驶。

③客观计测：包含双向变道、单向变道、定圆、制动试验项目。SPEC：ESC ON的最大通过速度＞ 1.05 ESC OFF的最大通过速度;

④某款SUV 的ESC客观计测数据如表２所示；

典型工况数据如下的实车状态参数如图２。

2.3 TCS试验验收

在TCS验收之前先阐述下TCS的基本原理和控制目标

2.3.1 基本原理：

汽车在路面上行驶时，驱动力取决于与发动机输出的转矩，但行驶状况要受到轮胎与地面之间的附着极限的限制。即：

Fx≤Ft≤Fφ 式中：Fx---汽车行驶阻力，Ft---汽车驱动力，Fφ---路面附着力。路面所提供的附着力与附着系数有关，在低的附着路面上，车轮在路面上的运动存在滚动和滑动两种情况，在驱动力控制系统中，用车轮滑移率s来表示车轮纵向运动中滑转所占的比例：s=rw-v/rw*100%，r为滚动半径，w为车轮转动角速度，v为车辆中心的纵向速度。

一般在TCS控制中，应将车辆的滑转控制在0.08～0.15之间。

2.3.2 控制目标

一般较多的分为模糊PID控制算法和最优控制算法两种。

第一种模糊控制方法是将精确的数字量转换成模糊集合的隶属函数，然后根据控制量制定的模糊规则，进行模糊逻辑推理，得到一个模糊输出隶属函数，最后根据推理得到的隶属函数，用不同的方法找出一个具有代表性的精确值作为控制量，加到执行器上实施控制。

第二种最优控制是指在给定的数学模型和初始条件下，选择一个表征过程的目标函数，决定一个最优控制函数，使给定系统从初始状态出发到终止状态，并使性能指标具有极小值。汽车驱动力控制系统中最常用的是线性二次型性能指标来确定最优控制率。

2.3.3 控制逻辑

不论是哪种控制目标，对车辆的控制都是相同的。根据差速器原理，对低附一侧的车轮进行制动及降扭，对高附一侧车轮进行降扭，如图3。

TCS控制的是驱动轮，故对整套驱动系统的所有零部件均有要求。

直接控制的是发动机扭矩及制动力矩，对TCS功能影响的主要零部件如下：

①、发动机扭矩或VCU扭矩

②、主减速箱速比

③、变速箱挡位速比

④、传动效率

⑤、制动器参数（卡钳缸径、PV曲线、有效半径、摩擦系数）

⑥、滚动半径

低附着路面的TCS主要考查车辆平地、半坡起步和定圆全油门行驶的平顺性，包含均质路面和对开、对接路面。

①主观评价：在全油门的状态下，对比TCS ON/OFF的加速性、车辆起步平顺性、发动机转速的的变化、驱动轮的打滑情况。

② 某款城市SUV的TCS主观评价说明：

a.低附平路（u=0.1～0.3）及对开坡道（15%）路面：初始车速为0，油门踏板全开状态下，车辆可平稳起步及上坡，车轮无明显打滑现象；

b.低附平路对开路面：初始车速为0，油门踏板全开状态下，车辆可平稳加速，车轮无明显打滑现象；

c.TCS工作时可明显感受到ESC对发动机的降扭控制。当ESC（TCS）关闭后，油门踏板全开状态下，在平路面试验车车轮打滑，转速飙升。

d.在定圆路况：TCS可稳定工作，车辆无打滑、转向失控现象；

2.4 EPB（MOC）低附着系数路面性能验收

EPB低附验收项目包含手动拉起释放、自动拉起释放、熄火抑制、直线/定圆动态制动、维修释放、智能拉起、热/手动再夹紧、CRAZY 模式等。除冰雪路面动态拉起功能外，其他功能在之前的高附试验都应该得到验收。在时间允许的条件下，不仅要确认各个功能的性能，还应该录制trace，认真确认HMI交互及报文的准确性。

①因为EPB验收与轮胎型号关系不大，可灵活验收；

②低附验收时，对低温下的EPB（MOC）工作噪音和刹车片粘结强度进行确认；

③应确保各个动力总成的自动释放功能不可有迟滞或溜坡现象；

④若试验场无转鼓等设备，可以用外接设备调整前后轮速信号，用前轮信号来代替后轮信号，以验证滚动再加紧；

⑤智能拉起建议坡度划分为：0～10%，，10%～20%，20%以上，低附验收时建议确认全部功能的逻辑较高附时是否发生变化。

3 总结

制动控制系统ESC及电子驻车EPB的性能在低附着系数路面上能够表现得更为直观及显性，驾驶者在低附着路面上也更能体会到电控系统的作用。本文对电控系统在低附（主要是冰面、雪面）路面上的性能验收做了全过程阐述及给出实测数据的分析及对比，为后续项目开发做了较好的参考及借鉴。

参考文献：

[1]王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]李培军.汽车底盘电控技术[M].北京：人民邮电大学出版社，2011.