客车装备ESC后的性能测试与研究

牛成勇，游国平，徐建勋，曾 杰，张仪栋

(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆 401122)

汽车电子稳定控制系统(ESC)是一种用于改善行驶行为的主动安全调节系统［1］，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过度转向及不足转向趋势有足够的干预以使车辆进入稳定状态，有效降低交通事故率。

然而，国内在汽车ESC性能测试及评价体系建设方面仍处于起步阶段，尤其是在客车领域。鉴于此，依据JT/T 1094－2016附录A 要求［2］，国家客车质量监督检验中心对某客车所匹配的不同生产厂家的ESC系统进行了测试与研究，希望能够为国内外ESC主动安全供应商进一步优化系统安全性与稳定性设计提供技术参考。

1 国内外客车ESC测试方法

ESC主要通过限制发动机输出扭矩、独立控制车轮制动力以保证车辆侧倾稳定性和横摆稳定性(行驶方向稳定性)。所以，目前国内外主要从侧倾稳定性和横摆稳定性两个方面对ESC性能进行考量［3］。

总体而言，国外针对ESC的测试评价方法较为完善。比如，WABCO和Knorr－Bremse公司早已形成了较为系统和完善的ESC产品性能评价体系，而国内在ESC领域的测试技术研究工作则起步较晚［4］。

1)美国。美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)于2015年推出FMVSS 136《重型车汽车电子稳定性系统》，该法规规定了ESC性能要求及测试方法，适用于最大总质量大于11 793 kg的牵引车和客车［5］，采用J－转向试验评价重型车辆的横摆稳定性及侧倾稳定性。

2)加拿大。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。

表1 加拿大交通局ESC测试试验项目

3)中国。在商用车(尤其是客车)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A中明确规定了营运客车ESC系统性能要求及试验方法，其主要参考相关美标、欧标及国标等。

4)其他国家及公司机构。欧洲一些国家(包括Euro－NCAP)及大陆、博世等公司采用“麋鹿试验”激发汽车的过度转向趋势来评判ESC系统对过多转向的干预性能［6－7］。

2 营运客车ESC测评方法及建议

2.1 测试项目

依据 JT/T 1094－2016［2］附录 A 要求，采用 J－转向试验作为营运客车ESC测试评价试验项目。该试验路径是一个半径为45.7 m、角度为120°的圆弧(如图1所示)。其中，评价指标为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。

图1 J－转向性能试验

2.2 测试设备设施及车辆条件

主要的ESC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，如图2所示。需在四轮制动气室安装压力传感器以实时获取制动压力，客车需配置防翻架以防止车辆突遇危险而发生侧翻。客车满载且乘员座椅按68 kg/座进行加载，其他载荷均布行李舱并固定牢靠［3］。

2.3 J－转向测试结果及分析

JT/T 1094－2016［2］附录 A 规定的车辆 J－转向试验属于路径控制类试验。试验时，由转向机器人控制车辆的方向，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、B两种ESC情况进行。

2.3.1 客车动态参数对比

在客车ESC性能测试过程中，侧向加速度、车身侧倾角、横摆角速度是需要密切关注的车辆动态参数，其关系到车辆的稳定性与安全性。选取客车车速为60 km/h时的测试结果进行对比分析。

图2 测试设备及测试车辆

图3 客车侧向加速度对比曲线

图4 客车侧倾角对比曲线

图5 客车横摆角速度对比曲线

通过图3、图4和图5可以看出，匹配 A系统ESC的客车最大侧倾角明显低于匹配B系统ESC的，其车身姿态在整个试验过程保持良好;匹配B系统ESC的客车最大侧向加速度和横摆角速度分别达到了5.3 m/s2、23°/s，出现了轻微的甩尾和侧滑。

2.3.2 限制发动机输出扭矩能力对比

ESC须使客车满足以下要求:客车在进入弯道后1.5 s至车辆离开弯道的整个过程中，至少持续0.5 s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%;任何车轮不应偏离车道。该客车匹配A、B两种ESC后的限制发动机输出扭矩能力的测试结果见表2和图6。

表2 匹配A系统和B系统降扭量测试对比

图6 发动机实际输出扭矩(%)对比曲线

通过表2和图6可以看出，匹配A、B两种ESC后对限制发动机输出扭矩的能力相差不大，输出扭矩呈现“持续下降式”，直至降为0，满足标准对发动机扭矩降低的要求。但是，如果以“至少持续0.5 s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%”为评价指标，则在实际数据处理中很难操作与评判。例如，若驾驶员实际需求的发动机扭矩为恒定的80%最大扭矩，实际输出扭矩呈现“持续下降式”，则检测结果为客车在进入弯道多长时间后发动机扭矩降为0，而不会出现“至少持续多长时间，发动机输出扭矩与驾驶员需求扭矩相比至少降低多少”等检验结果。

2.3.3 防侧翻控制能力对比

ESC须使客车满足以下要求:客车以 1.3倍“ESC激活车速”进入弯道，在进入弯道后3 s和4 s时刻，车速分别不应超过47 km/h和45 km/h;ESC激活行车制动;任何车轮不应偏离车道。

为比较A、B两种ESC在防侧翻控制能力方面的差异性，选取客车车速为60 km/h时的测试结果进行对比分析，如表3和图7所示。

表3 匹配A系统和B系统防侧翻控制能力测试对比

图7 速度变化对比曲线

通过表3和图7可以看出，客车匹配A、B两种ESC在速度降低方面差异明显，但都满足标准［2］要求。A种ESC所采用的控制策略类似于“急刹车”，在进入弯道4 s时刻，降速量为26.7 km/h(60 km/h→33.3 km/h);而B种ESC的控制策略类似于“慢刹车”，在进入弯道4 s时刻，降速量仅为13.3 km/h(60 km/h→46.7 km/h)。

在实际的道路环境下，若遇到危险情况使得驾驶员以更高车速猛打方向盘进行紧急避障(类似于“J－转向”)时，匹配A、B两种ESC的客车脱险能力势必不同。但是，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的。因此，如何单一地依据“速度降低量”来评价客车的防侧翻能力、区分不同ESC的优劣性，值得我们研究。

2.4 ESC测试评价相关建议

针对营运客车J－转向ESC测试评价，提出如下3点建议:

1)针对ESC抗侧翻性能，ESC控制策略因生产厂家不同而存在差异性，从而导致ESC在实际工况下的控制效果存在差别。单一地以速度减少量作为衡量指标，并不能有效地区分系统优劣性，不足以真正、合理地评价一款产品在实际道路环境下的真实性能。因此，需寻求更好的评价指标来评价客车ESC抗侧翻能力。

2)在衡量ESC限制发动机扭矩输出能力试验中，以“一段时间”内持续的发动机降扭量作为评价指标，其可操作性会因ESC的控制策略不同而不同。比如，有些ESC使实际发动机输出扭矩呈现“持续下降式”。

3)因客车横摆频率较低且重心偏高，导致其在高附着系数路面上的试验测试中，ESC的主要功能体现为抗侧倾性。而对在突遇危险状况时ESC的横摆稳定性控制和不足转向失控控制评价方面，则需要借助低附着系数路面(ABS路、冰雪路面等)上的测试与评价。

3 结束语

由于国内ESC性能测试技术相对落后、评价体系尚不完善，尤其是在商用车领域。所以，针对群死群伤等重特大交通事故的主角——客车，更需要进行深入研究和系统分析。在ESC的测评技术方面，不仅要验证其有效性，更应体现 ESC的性能，区分优劣。

修改稿日期:2018－06－11