营运客车电子稳定控制系统性能测试研究

摘 要:简要介绍了目前国内外电子稳定控制（ESC）系统测试评价方法，重点阐述了国家客车质量监督检验中心进行某营运客车匹配不同生产厂家ESC系统的测试与评价情况。最后，指出了目前在营运客车ESC的测试与评价方面存在的问题，并为相关零部件生产商进一步提高系统安全性与稳定性的设计提供技术参考。

关键词:营运客车；电子稳定控制系统；测试；评价

1 引言

汽车电子稳定性控制（Electronic StabilityControl，简称ESC），是一种辅助驾驶者控制车辆的主动安全技术，其能自动对车身的不稳定性进行矫正，在较为常见的转弯、超车、避障等由于横向干扰使车辆容易失去操控性的状况下发挥作用，有助于防止交通事故的发生。鉴于不同ESC生产厂家对ESC控制策略差异所带来的系统性能优劣性，装备ESC系统的车辆必须满足性能试验以保证系统对车辆极限工况下出现的转向过度（后轴侧滑）、转向不足（前轴侧滑）趋势有足够的干预,使车辆进入稳定工况。

然而，国内在客车ESC性能测试及评价体系方面仍处于起步阶段。基于此，国家客车质量监督检验中心进行某客车匹配不同生产厂家的ESC系统进行了测试与评价，希望能够为ESC系统开发提供技术参考。

2 国内外汽车ESC测试方法

基于ESC 的主要功能为保证车辆行驶方向稳定性（横摆稳定性）和侧倾稳定性。因此，目前国内外在考核ESC的性能方面，主要从横摆稳定性和侧倾稳定性两个方面进行考量。

相对来讲，国外ESC的测试评价方法比较完善，比如威伯克和克诺尔公司均已经形成了较为系统和完善的ESC产品性能评价体系。反观国内，在ESC领域的测试研究工作起步较晚。

（1）美国：美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）于2006年颁布FMVSS 126《汽车电子稳定性系统》，是国际上公认地最早以法规形式明确轻型车辆ESC安装与性能要求，并附有试验评价方法。在2012年5月，NHTSA推出FMVSS 136《重型车汽车电子稳定性系统》，该法规标准适用于最大总质量大于11973kg的牵引车和客车，采用J-转向试验评价车辆的侧倾稳定性。

（2）加拿大：对于一般的乘用车辆, 加拿大交通局按照表1所列试验项目对ESC系统的性能进行评价。




（3）中国：在2014年，首个ESC国家标准《轻型车电子稳定性控制系统性能要求与试验方法》发布，其标准正文内容与性能要求完全参照GTR8，但在标准的附录部分规定ESC冰雪道路试验要求，弥补了GTR8转向不足评价内容的缺失。在商用车领域，ESC性能的测试研究比较滞后。在2016年，交通运输部发布了JT/T 1094-2016《营运客车安全技术条件》，在该标准的附录中规定了营运客车电子稳定性控制系统性能要求及试验方法，其参考美标、欧标及国标等法规标准。

（4）其他国家：欧洲的NCAP及博世等公司采用“麋鹿测试”激发车辆的过度转向趋势来判断ESC系统对过多转向的干预性能。

3 客车ESC评价方法

3.1 测试项目

根据JT/T 1094-2016附录A要求，将采用如图1所示的J-转向试验作为本次客车ESC测试评价试验项目，对ESC的车道保持能力、限制发动机扭矩输出能力以及防侧翻控制能力进行客观评价。


图1J-转向性能试验

3.2 测试设备设施及车辆条件

在ESC测试方面，国家客车质量监督检验中心主要拥有的测试设备为进口英国 ABD SR150 转向机器人，德维创DEWE-501数据采集系统，牛津 RT 3002+RT base基站。试验前，需在四轮制动气室安装压力传感器，车辆安装防翻架以防止车辆在试验过程中发生侧翻。测试场地为重庆机动车强检试验场动态广场。测试车辆满载，且乘员座椅按68kg/座进行加载，其他载荷均布行李舱（无行李舱时，均布于地板上），并固定牢靠。


图2 测试设备及测试车辆

3.3 J-转向测试结果及分析

JT/T 1094-2016附录A规定的车辆J-转向试验路径见图1，属于路径控制类试验。本次试验采用试验设备为SR150转向机器人，其具有车辆路径跟随控制功能，使车辆按照预先设定的路线行驶，而且控制精度高，可重复性好，同时解放了驾驶员的部分工作，提高了试验的安全性。试验时驾驶员尽量保证车辆恒速通过试验路段。试验分为某客车匹配A系统和B系统两种情况进行。

3.3.1 发动机扭矩减小量

ESC系统须使客车满足以下两点要求：

（1）车辆进入弯道后1.5s至车辆离开弯道过程中，至少有连续0.5s的时间，发动机输出扭矩与驾驶员需求扭矩相比至少降低10%；
（2）任何车轮不应偏离车道。



图3 发动机实际输出扭矩（%）对比曲线

通过表2数据和图3的发动机扭矩对比曲线可以看出，匹配A系统和B系统后的客车在发动机降扭方面差别不大，均在车辆未出弯道之前使发动机实际输出扭矩持续降低，直至降为0，本质上满足发动机扭矩减少量要求。然而，根据发动机扭矩减少量性能试验要求（1），则不易做出评价，即该检验指标在实际处理数据过程中很难确定与评判。

3.3.2 防侧翻控制能力

ESC系统须使客车满足以下四点要求：
（1）车辆进入弯道后3s时刻，车速不应超过47km/h；
（2）车辆进入弯道后4s时刻，车速不应超过45km/h；
（3）任何车轮不应偏离车道；
（4）ESC激活行车制动。

测试车速为60km/h，对比分析两种系统在防侧翻控制能力方面的差异性。


图4 速度变化对比曲线

通过表3数据和图4的速度变化对比曲线可以看出，匹配A系统和B系统的客车在进入弯道后的速度变化差异较大，但均满足标准要求。因A、B两种ESC系统的控制策略差异而带来防侧翻效果的不同：对于A系统，其控制策略类似于“急刹车”（后续制动强度稍有缓和），将车速直接由60km/h降到33.7km/h，降速量达到26.3km/h；B系统的控制策略类似于“慢刹车”（后续制动强度不减），降速量仅为14.3km/h。

进一步讲，在实际的客车行驶工况下，倘若遇到危险情况或因驾驶员疏忽等造成客车以更高车速进行类似于“J-转向”操作时，匹配A系统和B系统的客车的脱险能力必将不同。然而，这种极度危险工况在试验场环境下是无法或者没有能力进行检测。也就是说，单纯地依靠“速度减少量”来评价客车的防侧翻能力是否合理，是否还有更好的评价指标来区分不同的ESC系统的优劣性，值得我们考虑与研究。

4 结束语

从国外ESC测试技术的研究进程来看，国内ESC性能测试与评价相对落后，尤其是在商用车领域。针对群死群伤等重特大交通事故的主角——客车，更需要我们进行系统和深入地研究，以弥补现有测试评价的不足。在ESC的测试与评价技术方面，不仅仅要验证其有效性，更应体现ESC的性能，区分优劣。鉴于此，就客车J-转向ESC测试评价，提出如下三个问题：

（1）以速度减少量来评价客车抗侧翻能力的合理性问题。不同ESC的生产厂家对ESC的控制策略不同，从而导致ESC在实际工况下的控制效果不同。单纯地以速度减少量作为评价指标，操作起来固然简单，但不能真正地区分系统优劣性，不足以有效地评判一套产品在未来的实际环境下的真实性能。

（2）评价指标的可操作性问题。在J-转向发动机降扭量测试项目中，以车辆进入弯道1.5s后至驶离弯道过程中、至少持续0.5s的时间段内的发动的降扭量作为评价指标，其可操作性因ESC系统的不同而不同。比如，有的ESC系统使实际发动机输出扭矩呈现“持续下降式”。就此而言，该指标的可操作性值得进一步讨论。

（3）由于客车重心偏高、车辆横摆频率较低，导致其在高附着系数路面上的ESC系统的功能主要体现为抗侧翻性能。而对于在危险（极限）工况下ESC的不足转向失控控制、横摆稳定控制评价方面，则需要更多地借助低附路面（如冰雪路面）上的测试才能体现出来，这需要进行充分地考虑。