客车电子稳定控制系统性能测试与评价

游国平，徐建勋，王 戡，张仪栋，来 飞

（重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心重庆401122）

客车电子稳定控制系统性能测试与评价

游国平，徐建勋，王 戡，张仪栋，来 飞

（重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心重庆401122）

简要介绍国内外客车采用的电子稳定控制系统（ESC）测试评价方法，并按照测试方法的要求，介绍国家客车质检中心进行某客车ESC的测试评价情况。最后，对客车ESC的测试与评价提出建议。

客车；电子稳定控制系统；测试；评价

车辆电子稳定控制系统（ESC），通过独立控制车轮制动力、发动机输出扭矩等参数，不仅能保证车辆在加速、制动等工况下的纵向行驶稳定性，而且能保证车辆在诸如超车、避障、转弯等横向干扰的极端工况下最大限度地保证车辆的行驶稳定性[1]。目前国内客车在ESC开发与测试方面，仅处于控制算法、策略、模型分析及试验验证等理论研究及产品开发初期阶段，尚无成熟产品，装车率低，特别是在ESC的测试评价领域，国内标准仍旧空白，也没有专门机构、组织及专用场地进行系统化研究。为配合“中国客车安全技术提升行动”，国家客车质量监督检验中心对某型客车的ESC进行了测试和评价。

1 国内外测试方法

ESC的主要功能就是保证车辆行驶方向的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，主要从方向稳定性和侧倾稳定性两个方面进行考核。

1.1 国内测试方法

相比国外而言，我国在ESC领域的测试研究工作起步较晚。在轻型车方面，2014年，首个关于ESC的国家标准GB/T 30677-2014《轻型汽车电子稳定性控制系统性能要求及试验方法》发布，其试验项目与ECE R13H和GTR NO.8一致，不同之处是增加了资料性附录A，提供了冰雪路面上进行ESC测试方法。在重型商用车领域，ESC性能的测试研究相对更为滞后[2]。目前，在客车等商用车领域，已有部分企业在ESC产品匹配上开展了部分ESC项目的测试评价工作，但这些工作目前主要集中在ESC系统的功能性验证方面，比如稳态圆周试验、高附路面驶入低附路面路面试验等，其主要目标是检查ESC系统能否正常工作，能否及时发挥效用。

1.2 国外测试方法

国外ESC的测试评价方法相对来说比较完善，比如威伯克和克诺尔公司在其产品开发当中均已形成了较为系统和完善的ESC产品性能评价体系。

2008年，欧盟在ECE R13法规中规定了新车型安装ESC系统进行型式认证的时间表。其中规定车辆进行认证测试时，在表1中的两类测试项目应分别至少选择一项。虽然法规中给出了可参考的试验项目，但对试验的具体实施方法、试验条件、试验评价指标未做明确说明，具体实施细节与测试项目由检测机构与企业协商确定[3]。

表1ECE R13中对ESC性能测试可选择的测试项目

另外，美国国家交通安全管理局（NHTSA）也在ESC的测试评价领域做了大量的测试研究工作，分别在2006年和2015年推出了适用于轻型车、重型车辆的FMVSS 126号和FMVSS 136号ESC性能要求及测试方法的标准。FMVSS136《重型车电子稳定控制系统》标准中采用的试验方法为J-转向试验，该试验路径是一个半径为150英尺（45.7 m）、角度为120°的圆弧，如图1所示，评价指标为发动机扭矩降低量和通过车速，具体要求是：进入圆弧1.5 s后的0.5 s内，发动机扭矩降低量不小于10%，且车辆必须位于车道线内[4]；进入圆弧车道后3.0 s时刻，车速不超过47 km/h，进入圆弧车道后4.0 s时刻，车速不超过45 km/h，且车辆必须保持在车道线内。

图1 FMVSS136 J-转向试验

2 测试评价

2.1 测试项目选择

在进行车辆ESC性能测试与评价过程中，一般参考以下几点要求[5]：

1）试验必须具有足够的强度以激发ESC系统对过度转向或不足转向的干预；

2）能对ESC系统的横向稳定性能和响应进行评价；

3）有高度的重复性和可操作性；

4）与实际紧急危险行驶工况相比应具有较好的代表性。

基于上述四点，根据国外现有法规执行情况及各项试验评价参数的特点，确定采用以下两项试验项目作为本次客车ESC测试评价试验项目，对ESC的侧倾稳定性和方向稳定性的评价。

1）正弦停滞试验（频率0.5 Hz、停滞1 s）；

2）J-转向试验，依据FMVSS136标准。

2.2 测试设备设施及车辆条件

主要测试设备为进口英国ABD SR150转向机器人、牛津RT 3002+RT base基站，德维创DEWE-501数据采集系统，压力传感器安装于四轮制动气室，车辆配置防翻架。测试场地为重庆机动车强检试验场动态广场（直径300 m，路面峰值附着系数0.92）。车辆满载，且每座椅上方加载68 kg，其他载荷均布行李舱，并固定牢靠。

图2 测试车辆及设备

2.3 测试结果及分析

2.3.1 正弦停滞试验

正弦停滞试验转向盘输入特性见图3，正弦频率0.5 Hz，在第二个反向峰值时停滞1 s。采用与2012年5月FMVSS 136征求意见版相同的试验方法逐次增加方向盘转角幅值，试验车速提高至80 km/h，档位为次高档滑行状态发，并分别在ESC开启和关闭状态下进行试验。试验结束条件为车轮制动气室压力达到最大值（ESC开启时）和车辆出现明显侧滑或内侧车辆离地时终止试验（ESC关闭时）。

图3 正弦停滞试验方向盘输入特性

由于试验数据量较大，为便于比较，仅选取在ESC开启和关闭状态下，按终止试验条件下方向盘达到最大转角时的试验结果进行比较。ESC开启时，方向盘幅值最大为270°；ESC关闭时，方向盘幅值为200°。试验结果见表2，车辆部分动态参数见图4至图6。

表2 正弦停滞试验结果

图4 正弦停滞试验车辆侧向加速度

图5 正弦停滞试验车身侧倾角

图6 正弦停滞试验时车速

从表2的数据可以看出，该车在ESC开启和关闭的极限状态下，车辆的最大侧倾角和侧向加速度基本相同；但在ESC开启时，方向盘转角相同的状态下，车辆的侧倾角和侧向加速度分别比ESC关闭时低15.7%和5.5%。

从图4和图5可以看出，试验过程中强度最大的阶段是转角停滞1 s的时刻前后，并且车辆侧向加速度基本控制在设定阈值附近（该车侧向防侧倾的侧向加速度阈值为4 m/s2），基本符合设计要求。

图7 正弦停滞试验时（270°）各制动气室压力

从图6看以看出，ESC工作后，车辆车速降低较快，同转向角度下，车辆的侧倾角基本小于ESC关闭时的车身侧倾角度，体现了ESC的抗侧倾稳定性能。

从图7可以看出，在进行正弦停滞试验过程中，车辆的前内侧车轮基本未参与制动，且左后制动气室的制动压力在峰值（738 kPa）时维持了约0.7 s，曲线表现的不是一个脉冲式的尖峰状态，说明此时ESC已经处于它的极限工作状态，也就是说，即使安装了ESC系统，车辆稳定性的保证仍然是有限的，并不能在任何强度的行驶工况下完全保证车辆的稳定性，只能最大限度地发挥它的性能。

2.3.2 J-转向试验

FMVSS136规定的车辆J-转向试验路径见图1，与正弦停滞试验相比，它属于路径控制类的范畴。本次试验采用试验设备具有的车辆路径跟随控制功能，即试验由工程师在软件中设置车辆的行驶路径后，由转向机器人控制车辆的转向，使车辆按照设定路线行驶，而不是在试验场地设置标桩由驾驶员控制车辆行驶在车道内的方式。此功能控制精度高，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，试验分别在ESC开启和关闭状态下进行。

表3J-转向试验结果

图8 J-转向试验车身侧倾角

图9 J-转向试验车辆侧向加速度

从表3的数据及图8和图9的车辆姿态参数中可以看出，ESC开启比ESC关闭时车辆进入弯道的安全车速高20.7 km/h（41.5%）；整个试验过程中，车辆侧倾角均能控制在设定阈值之内，通过车辆制动（见图10和图11）和发动机扭矩控制，保证了车辆的行驶稳定性。

图10 J-转向试验时车速

图11 J-转向试验（车速70.6 km/h）制动气室压力

从图10和图11可以看出，在车辆进入弯道后的整个过程中，车辆基本处于持续制动状态，车速最低降至27.7 km/h，平均减速度为3.72 m/s2，最大限度地保证了车辆的行驶稳定性，其中制动强度最大的仍为前外轮（前右轮），其气室最大制动压力达到689 kPa，持续时间达3.8 s，是制动强度最大的车轮。

3 结束语

客车ESC性能的测试与评价，相比于乘用车，其技术力量、基础研究的投入更为欠缺和薄弱，而客车又是群死群伤等重特大交通事故的主角，因此，在客车安全技术评价领域，更需要系统和深入地研究，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，为此，提出如下三点建议：

1）车辆的动态稳定性能，不仅与ESC等车辆动态稳定控制系统性能相关，与车辆本身的设计也直接相关，因此，ESC性能的评价应结合车辆自身的动态稳定性能进行。比如，可考虑在ESC开启和关闭条件下比较车辆稳定性相关参数的方式来评价。

2）客车重心偏高、车辆横摆频率较低，在高附着系数路面上，车辆的ESC的功能主要是车辆的抗侧倾稳定性能，而对于ESC的方向稳定控制评价方面，则需要更多地借助低附路面的测试才能有直接清晰的反应。

3）ESC的功能是通过某些车辆动态参数的监控来实现的，不同的试验项目由于试验强度不同，ESC的响应速度也不同。比如，侧向加速度作为该车防侧翻控制的主要参数之一，在正弦停滞试验时侧向加速度超出了设定阈值，而在J-转向试验时未超出。因此，建议采用较高强度的试验项目来评价ESC系统的响应速度等性能指标。

[1]Preliminary Regulatory Impact Analysis:FMVSS 136 Electronic Stability Control System on Heavy Vehicles[R].National Highway Traffic Safety Administration,2012.5

[2]全国汽车标准化技术委员会.轻型汽车电子稳定性控制系统性能要求及试验方法:GB/T30677-2014[S].北京:中国标准出版社，2014:12.

[3]联合国欧洲经济委员会ECE法规.ECE R13关于就制动方面批准M类、N类和O类车辆的统一规定[S],2011.

[4]美国联邦标准.FMVSS 136重型车辆电子稳定控制系统[S]. 2015.

[5]李向瑜，高振海，郭健，等.汽车装备电子稳定控制程序后的性能评价方法[J].拖拉机与农用运输车，2008，35（4）:1-3.

修改稿日期：2017-01-05

Test and Evaluation on Performance of Coach Vehicle Electronic Stability Control System

You Guoping,Xu Jianxun,WangKan,ZhangYidong,Lai Fei
（ChongqingVehicle Test&Research Institute,NationalBus and Coach QualitySupervision and TestCenter，Chongqing，401122 China）

First,the test and evaluation methods are simply introduced on the performance of electrical stability control system at home and abroad.Then,a coach ESC test and evaluation results are presented in the National Coach Quality Inspection Center according to the test methords.Finally,some suggestions are given on the coach ESCperformance test and evaluation.

coach;electronic stabilitycontrol system(ESC);test;evaluation

U463.6；U469.1

A

1006-3331（2017）01-0043-04

游国平(1980-)，男，硕士；高级工程师；主要从事车辆主动安全测试技术研究工作。