乘用车ESC系统冰雪路面试验方法探究

董晓菲，何俊南，覃 秋

（中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

近十年来，我国汽车工业在良好的经济环境下蓬勃发展，汽车给日常生活带来巨大便利的同时，也带来了如能源、环境、安全等在内的诸多问题。据统计，交通事故已排在人类死亡原因第十位。在这种背景下，汽车安全技术的提升已经成为各大汽车生产企业的重要发展方向之一。

其中汽车电子稳定性控制（Electronic Stability Controller, ESC）系统自其诞生以来，便成为最重要的主动安全系统之一[1]，是近十年汽车安全技术领域出现的具有里程碑意义的产品。ESC 系统核心技术和产品在国外已经比较成熟，而国内还处于初步研究阶段，目前尚无ESC 系统自主开发匹配及生产能力，对ESC系统的测试和评价方法目前也不完善，本文将围绕该系统在冰雪路面条件下的试验方法展开研究，找出环境条件等因素对试验一致性的影响特点。

1 ESC系统

ESC包含3个子系统，分别是制动防抱死系统（Anti-lock Braking System, ABS）、牵引力控制系统（Traction Control System, TCS），以及横摆力矩控制（Active Yaw Control, AYC）系统[2]。整个系统又分别由传感器、电控、执行单元三个模块组成，经过传感器信息处理和运算算法分析，ESC系统根据驾驶员的操作定义期望的运动状态，与此同时对汽车的实际运动状态进行测量和估算。一旦驾驶员期望的运动状态与实际运动状态之间的差值超过给定的门限值时，ESC系统按照一定的控制规则调节车轮上的纵向力大小，通过直接调节车轮纵向力大小以及间接影响车轮横向力来控制汽车的横摆运动,由此产生的横摆力矩帮助驾驶员控制汽车使其实际运动状态跟踪驾驶员期望的运动状态，使汽车具有良好的操纵性和方向稳定性的主动安全控制系统。

2 ESC系统现有评价方法

2.1 国内外标准法规

国外对于搭载ESC系统的整车性能试验方法研究起步较早，如美国高速公路交通安全局于2007年3月制定并颁布了FMVSS 126《汽车电子稳定控制系统》。国内在该领域的法规标准研究起步较晚，2014年发布的《轻型汽车电子稳定性控制系统性能要求及试验方法》（GB/T 30677—2014）[3]，正文部分与国外法规基本一致，在附录部分增加了两项冰雪路面ESC性能的试验方法，分别是双移线[4]和稳态回转试验。

2.2 ESC系统冰雪路面性能测试方法

与高附路面对ESC系统性能测试评价标准较为完备不同，在以冰、雪路为代表的低附路面，目前主要参考博世、大陆等ESC主流研发公司推荐的测试方法，常见测试道路包括压实雪面、冰雪圆环、μ-Split对开路面、雪面高速环道[5]。在这些典型的低附试验路型下，可以有效地对车辆转向不足、侧滑的动态控制能力进行评价和验证[6]。典型的试验方法如表1所示。

表1 ESC系统低附路面性能测试方法

对以上5项试验方法，都具有可定量测量的参数指标，但由于该类试验受到试验员操作差异、场地条件变化、气象环境条件波动的影响较大，因此试验一致性较差，目前多以主观评价的方法开展。同时，该领域也缺乏操作性强、得到行业认可的团体标准、国家标准。

为了促进该领域汽车测试技术的发展，我公司在2021至2022年测试季，于内蒙古呼伦贝尔牙克石中汽中心冬季试验场，对ESC系统在冰雪路面性能的测试方法进行了大量验证，试图找出各影响因素对试验一致性的影响特点，及各影响因素的控制方法。

3 验证试验

本次验证的试验方法为GB/T 30677—2014附录部分的双移线试验，其中试验车辆的准备、试验通道桩桶摆放、试验操作均严格参照标准要求执行。试验设备为测力方向盘、组合惯导测试系统，如表2所示，分别测量测试车辆方向盘转角、方向盘转速、车速、车辆横摆角速度、侧向加速度、侧倾角等多项车辆动态参数。主要试验设备在车辆内的安装情况如图1所示。

表2 主要测试设备

图 1 主要试验设备安装情况

验证试验于2022年2月下旬在位于内蒙古牙克石的中汽研汽车检验中心（呼伦贝尔）有限公司进行，试验期间的环境温度为-26 ℃～-18 ℃，试验路面为图2所示的压实雪路面。雪面压实度指数为75～85，路面摩擦系数为0.3～0.4。

图2 试验场地及试验车辆

双移线试验通道使用桩桶摆放，摆放形式如图3所示，车辆以某一初速度从A通道驶入，后紧急变线通过B通道，最终从C通道驶出。A、B、C通道的宽度分别为（1.1/1.2/1.3）×车辆宽度+1.25 m。

图3 双移线试验通道示意（单位：m）

通过大量的重复试验，对采集的试验数据进行分类和统计，进而分析对该试验结果产生影响的因素及影响特点。

4 试验一致性的影响因素

4.1 影响因素分类

在冰雪路面对整车ESC系统性能进行试验，主要受到驾驶员操作差异、冰雪路面条件变化及气象条件波动三类因素影响，各影响因素如表3所示。

表3 ESC冰雪路面试验一致性影响因素

由于试验条件的限制，本研究只对方向盘转角幅度、路面反复碾压次数对试验一致性的影响幅度进行了分析，而其他几项影响因素的情况则会在后续试验季进一步开展。下面将对方向盘转角幅度的变化及压实雪面被反复碾压造成的路面条件变化对试验一致性的影响特点进行分析。

4.2 方向盘转角幅度差异对试验结果的影响

4.2.1 不同驾驶员间操作差异性

该次验证中，分别由2名试验驾驶员进行双移线试验操作，试验开始前进行多次试验操作练习，试验中以75 km/h的车速作为试验车速，分别由2名驾驶员重复完成10次，并记录方向盘转角及车辆各项动态参数，本次试验目的为分析不同试验驾驶员转向操作的差异，统计数据如表4所示。

表4 不同试验驾驶员操作差异性数据

从10次操作数据的统计结果可以看出，不同试验驾驶员之间的转向操作存在明显差异，方向盘转角幅度的平均值相差了5.07°。从标准差数据可以看出，不同试验驾驶员操作一致性也存在明显差异。

4.2.2 方向盘转角幅度的影响

该验证试验由1名驾驶员，以75 km/h的车速重复完成30次双移线试验，记录方向盘转角及车辆各项动态参数，选取每次试验中第一次转向操作时的峰值方向盘转角、峰值方向盘转速、峰值横摆角速度、峰值侧向加速度、峰值侧倾角，共计30组数据如表5所示。

表5 30次重复试验数据

首先，分析方向盘转角幅度，以及该时刻的车辆横摆角速度和侧向加速度数据。按照方向盘转角幅度数据，对30组试验数据分类，根据表6，方向盘转角幅度为（15±2）°的情况出现4次，方向盘转角幅度为（20±2）°的情况出现12次，方向盘转角幅度为（25±2）°的情况出现11次。

表6 30次重复试验数据分类

对分类后的数据分别统计，得到不同方向盘转角幅度对车辆动态参数的影响情况如表7所示。能够看出，相同试验车速下，随着方向盘转角的增加，横摆角速度与侧向加速度都呈正相关趋势增加，其中横摆角速度增加幅度更明显。

表7 方向盘转角幅度对车辆动态参数的影响

在方向盘转角从15°增加至25°时，横摆角速度的增加幅度为48%；侧向加速度的增加幅度为26%。

4.3 压实雪面被反复碾压对试验结果的影响

目前在冰雪路面开展的ESC系统性能试验，如双移线、稳态回转等，均需要在同一试验路面反复多次进行，区别于高附路面的稳定条件，压实雪面在每次试验后，由于车辆的碾压，路面状态都发生一定变化，造成路面摩擦系数差异，并对试验结果产生影响。

从4.2.2进行的30组试验数据中，对转角幅度为（20±2）°的12组数据进一步分析，从试验次序上来看，这12组数据在第1—10次试验中出现2次，在第11—20次试验中出现6次，在第21—30次试验中出现4次，数据分析如表8所示。

表8 路面反复碾压后对试验结果的影响

从试验数据发现，在30次试验中，在保证其他试验条件基本一致的情况下，试验次序的增加，没有明显造成车辆横摆角速度、侧向加速度的增大。可以推断压实雪面在多次重复试验受到车辆碾压后，路面质量的均一性变差，但整体的摩擦系数未发生显著变化。

5 总结

目前冰雪路面常见的ESC试验方法均为试验驾驶员操作，而人为操作的误差是该类试验一致性差的重要影响因素之一。

冰雪路面，特别是压实雪路面，在经过数次重复试验后，路面受车辆碾压，均一性明显降低，但从实测的试验数据来看，路面被碾压发生变化对试验结果的影响较轻微。

环境温度、空气湿度、太阳辐射强度、风速等条件组成的气象系统，是该类试验一致性、复现性较差的另一个重要影响因素，由于当前的试验条件限制，还很难明确其中的影响规律。在这种情况下，可以严格限制试验环境条件的范围及试验流程来控制试验一致性的误差范围。