淺析電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）的標(biāo)定開發(fā)流程

關(guān)鍵詞：ESC ;標(biāo)定流程; ABS ;TCS

0 引言

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）是在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）和牽引力控制系統(tǒng)（TCS）基礎(chǔ)上的繼承與擴(kuò)展。自第一代電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)于20 世紀(jì)90 年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)后，以博世為代表的汽車科技公司通過對(duì)其控制邏輯和算法的優(yōu)化，不斷迭代開發(fā)，使ESC（或叫ESP）成為目前最重要的主動(dòng)安全配置之一。

ESC 主要由電子控制單元（ECU）、液壓控制模塊（HCU）、車輪輪速傳感器、慣性傳感器（IMU）和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等組成。

ESC 通過與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）、變速器控制單元（TCU）及車身控制單元（BCM）等控制單元之間的交互獲取相關(guān)的車輛信息，結(jié)合標(biāo)定匹配建立的車輛模型和控制參數(shù)，估算并實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的行駛狀態(tài)。在車輪打滑或車輛失穩(wěn)時(shí)，ESC 通過對(duì)車輛實(shí)施制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩干預(yù)，使車輛始終保持穩(wěn)定可控的狀態(tài)。基于整車的ESC 標(biāo)定匹配對(duì)最終性能起到?jīng)Q定性的作用。

1 ESC 標(biāo)定流程

ESC 標(biāo)定匹配是指通過外部設(shè)備測(cè)量分析車輛性能數(shù)據(jù)，建立車輛模型，持續(xù)優(yōu)化修改ECU 控制參數(shù)，使ESC 性能符合法規(guī)要求以及整車廠商原廠配套（OEM）規(guī)范的過程。ESC 與項(xiàng)目車型的配置參數(shù)息息相關(guān)，因此在項(xiàng)目開發(fā)過程中，需要針對(duì)不同車型配置進(jìn)行標(biāo)定匹配。

ESC 需要進(jìn)行“兩高一低”的標(biāo)定匹配，其中高附主要在干瀝青路面進(jìn)行，低附主要在冬季的拋光冰面、雪面進(jìn)行。3 個(gè)階段的標(biāo)定匹配共歷時(shí)16 個(gè)月。

第一階段高附標(biāo)定匹配需要改制車輛、調(diào)試軟件，建立壓力模型、扭矩模型和高附車輛動(dòng)力學(xué)模型，以及各功能高附參數(shù)初調(diào)。第二階段冬季低附標(biāo)定匹配的主要工作，是建立低附車輛動(dòng)力學(xué)模型和各功能低附參數(shù)標(biāo)定。第三階段高附標(biāo)定匹配主要是對(duì)ESC 的性能進(jìn)行精調(diào)，對(duì)車輛ESC 性能進(jìn)行法規(guī)、OEM 的測(cè)試驗(yàn)證，并由OEM 進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)收。

2 車輛改制

2.1 ESC 模塊及壓力傳感器改制

標(biāo)定匹配過程需要使用專用的標(biāo)定設(shè)備修改ECU 參數(shù)，通過外置輪缸壓力傳感器檢驗(yàn)壓力估算是否準(zhǔn)確。因此需要把ESC改制為支持CCP/XCP 標(biāo)定協(xié)議的可修改參數(shù)的模塊[1]，并分別在

4 個(gè)車輪的制動(dòng)管路中安裝壓力傳感器及相應(yīng)的電源、數(shù)據(jù)線束。

2.2 防滾架改制

ESC 的標(biāo)定匹配屬于高風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試，車輛隨時(shí)有出現(xiàn)失控甚至側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)。為保證標(biāo)定匹配工程師的安全，在開始標(biāo)定匹配前，對(duì)重心較高或者懸架較軟的SUV 或MPV 車型，需要對(duì)車輛進(jìn)行防滾架安裝。

2.3 測(cè)試儀器設(shè)備安裝

安裝設(shè)備支架、輪缸壓力采集設(shè)備、ESC 標(biāo)定設(shè)備、VBox設(shè)備、IMU 慣導(dǎo)傳感器和OxTS 2502 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

3 車輛磨合

標(biāo)定匹配啟動(dòng)前，車輛需按照下列方法進(jìn)行磨合：車輛滿載，以最高車速的80%（≤ 120 km/h）作為初始速度，以2 ～ 3 m/s2 減速度開始制動(dòng)。當(dāng)速度減至初始速度的50% 時(shí)，松開制動(dòng)踏板，將車速加速至初始速度，重復(fù)試驗(yàn)[2]。磨合總次數(shù)為200 次或200 km，如因條件限制無法完成200 次磨合時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整磨合次數(shù)。

4 基礎(chǔ)模型測(cè)試

4.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比測(cè)量

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比是建立車輛動(dòng)力學(xué)模型的重要參數(shù)，它確定方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系。通常由OEM 給出設(shè)計(jì)傳動(dòng)比值，或使用帶轉(zhuǎn)角傳感器的設(shè)備測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角信號(hào)，根據(jù)測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算獲取。

4.2 慣性傳感器校準(zhǔn)

慣性傳感器，也稱為慣性測(cè)量單元（IMU），ESC 的IMU 單元主要分為兩類，即獨(dú)立式和集成式。集成式指把IMU 集成在ESC 內(nèi)，是目前的發(fā)展趨勢(shì)。不管獨(dú)立式還是集成的IMU，在確定安裝位置后，均需對(duì)其相對(duì)于整車質(zhì)心的位置進(jìn)行修正，同時(shí)對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)以外接設(shè)備（例如CrossBow IMU）作為參考，根據(jù)車輛特性對(duì)車輛側(cè)傾、側(cè)向加速度進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)。

4.3 壓力容積曲線測(cè)量

壓力容積曲線（PV，Pressure Volume Curve）表征制動(dòng)器輪缸壓力與主缸制動(dòng)液流量的關(guān)系（圖1）。PV 直接影響ESC 對(duì)輪缸壓力的估算，進(jìn)而影響ESC 性能。PV 可以通過耗液量設(shè)備測(cè)量、制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)擬合以及踏板行程與壓力傳感器換算這3 種方式獲得。

4.4 車輛動(dòng)力學(xué)模型建立

車輛動(dòng)力學(xué)模型是估算車輛參考橫擺角速度、側(cè)向加速度和質(zhì)心側(cè)偏角的主要理論基礎(chǔ)（圖2 和圖3）。通過對(duì)比車輛模型與車輛實(shí)際行駛狀態(tài)之間的偏差，判斷ESC 的干預(yù)時(shí)機(jī)和干預(yù)強(qiáng)度。車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立需要在轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入）、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)以及蛇形試驗(yàn)等過程中，校準(zhǔn)橫擺角速度的估算[3]。

5 ESC 功能標(biāo)定匹配

5.1 ABS 標(biāo)定匹配

ABS 標(biāo)定主要分為高附、低附和法規(guī)驗(yàn)證測(cè)試3 大類型。在標(biāo)定匹配過程中，以正常駕駛員緊急制動(dòng)、緩慢制動(dòng)至進(jìn)入ABS兩種制動(dòng)形式，對(duì)ABS 進(jìn)入和退出時(shí)機(jī)、滑移率控制、壓力控制、制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定性等方面進(jìn)行優(yōu)化，使車輛的制動(dòng)效能、制動(dòng)穩(wěn)定性及制動(dòng)NVH 性能能夠滿足OEM 規(guī)范和法規(guī)要求[4]。ABS 標(biāo)定匹配測(cè)試工況如表1 所示。

5.2 TCS 標(biāo)定匹配

TCS 標(biāo)定匹配主要分為高附和低附兩類試驗(yàn)，絕大部分標(biāo)定工作集中在冬季低附。TCS 標(biāo)定匹配對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS 和變速箱控制單元TCU 的開發(fā)成熟度依賴較高。TCS 標(biāo)定匹配過程中，通過模擬駕駛員全油門、半油門、輕油門起步和加速的情況，對(duì)TCS 牽引力控制系統(tǒng)的進(jìn)入和退出時(shí)機(jī)、車輪滑轉(zhuǎn)率控制、制動(dòng)與扭矩控制的協(xié)調(diào)性進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使車輛的加速性能、加速穩(wěn)定性、加速平順性滿足OEM 規(guī)范。測(cè)試工況如表2 所示。

5.3 主動(dòng)橫擺控制（AYC）標(biāo)定匹配

AYC 標(biāo)定匹配主要分為高附和低附2 類試驗(yàn)，車輛動(dòng)力學(xué)模型是AYC 標(biāo)定匹配基礎(chǔ)。完成車輛模型測(cè)試后，通過如表3 所示的測(cè)試工況對(duì)AYC 的干預(yù)時(shí)機(jī)和干預(yù)強(qiáng)度進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使車輛性能符合OEM 規(guī)范及驗(yàn)收駕駛員主觀評(píng)價(jià)要求[5]。

6 總結(jié)

標(biāo)定匹配是ESC 開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，很大程度上決定了車輛的ESC 性能。本文介紹的ESC 標(biāo)定匹配開發(fā)流程，仍需在后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)中不斷完善流程管控，優(yōu)化標(biāo)定匹配效率。