電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESC的案例
汽車底盤電子控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)及質(zhì)量保障
汽車底盤電子控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)及質(zhì)量保障
自動(dòng)駕駛線控制動(dòng)冗余方案黃金組合——ESC和eBooster
即將上市的極氪001搭載Bosch ESP+iBooster冗余制動(dòng)系統(tǒng)
接下來(lái)本文將對(duì)ESC和eBooster這對(duì)黃金組合進(jìn)行介紹。
什么是ESC？
說(shuō)到ESC系統(tǒng)就不得不提博世。博世公司合作于1992年在 ABS/TCS的基礎(chǔ)上開發(fā)了旨在解決車輛側(cè)向穩(wěn)定性問(wèn)題的第一代穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，并命名為ESP (Electronic Stability Program) ，1995年ESP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并首次應(yīng)用在奔馳S級(jí)轎車上。ESP的誕生是汽車發(fā)展史上劃時(shí)代的產(chǎn)品，研究結(jié)果表明，ESC可以減少80%由側(cè)滑引起的交通事故，并將嚴(yán)重車禍的數(shù)量減少50%。因此ESP被多家世界著名汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)稱之為“能拯救生命的ESP”。
在博世之后其他廠家也陸續(xù)推出類似產(chǎn)品但是無(wú)法繼續(xù)使用ESP這個(gè)名稱，因此命名五花八門，不過(guò)都統(tǒng)稱為電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESC（Electric Stability Controller）。2009年歐盟強(qiáng)制要求從2011年11月1日起，所有在歐盟地區(qū)銷售的新車都要強(qiáng)制裝備車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，所以現(xiàn)在的歐洲新車都將會(huì)標(biāo)配這一系統(tǒng)。今天在中國(guó)雖然沒有強(qiáng)制法規(guī)要求，但是10萬(wàn)以上的車型幾乎都搭載了ESC作為賣點(diǎn)。
博世第9代ESP
ESC系統(tǒng)通過(guò)接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器及各車輪轉(zhuǎn)速傳感器識(shí)別駕駛員轉(zhuǎn)彎意圖，并通過(guò)橫擺角速度傳感器識(shí)別車輛繞垂直于地面軸線方向的旋轉(zhuǎn)角度及側(cè)向加速度傳感器識(shí)別車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向。
展開 ESC系統(tǒng)在智能駕駛浪潮中的進(jìn)化（上）
編輯 | 一驥絕塵
系列文章概述
說(shuō)到電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESC（Electric Stability Controller）大家都不陌生，自1995年博世研發(fā)出第一代ESP系統(tǒng)（博世ESC系統(tǒng)的專有稱呼）并首次應(yīng)用在奔馳S級(jí)轎車上以來(lái)，這個(gè)汽車發(fā)展史上劃時(shí)代的主動(dòng)安全產(chǎn)品為降低交通事故做出了卓越的貢獻(xiàn)。
ESC的初衷是提高車輛動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，同時(shí)也正是由于ESC有主動(dòng)控制四個(gè)輪子制動(dòng)力的能力，使得ESC的控制潛力又不限于穩(wěn)定性控制，于是乎衍生出了一系列的輔助功能，如坡道輔助、制動(dòng)助力等；到了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)架構(gòu)日漸成熟的今天，ESC仍然發(fā)揮著它的價(jià)值，活躍在主流的自動(dòng)駕駛的制動(dòng)冗余方案中。
基于此，系列文章將分以下三期講解ESC在智能駕駛浪潮中的進(jìn)化之路：
ESC與穩(wěn)定性控制 (上)
ESC與輔助功能 (中)
ESC與自動(dòng)駕駛 (下)
本文即為系列文章的上篇，探討ESC穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程以及控制原理。
1. 前言
據(jù)對(duì)汽車安全性研究顯示，在道路交通事故中，大約10％的事故是由于車輛在制動(dòng)瞬間偏離預(yù)定軌道或甩尾造成的。因此完善制動(dòng)性能是減少交通事故和促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的重要措施，而對(duì)制動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)是完善制動(dòng)性能的關(guān)鍵。
展開 智能底盤技術(shù)(2) | 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展概述
由于ABS只在制動(dòng)時(shí)起作用，TCS只在驅(qū)動(dòng)時(shí)起作用，因此ABS/TCS的集成只能解決車輛縱向穩(wěn)定性問(wèn)題，無(wú)法解決車輛驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)向、高速轉(zhuǎn)向等極端工況下引起的側(cè)向穩(wěn)定性問(wèn)題。博世公司于1992年在 ABS/TCS的基礎(chǔ)上開發(fā)了旨在解決車輛側(cè)向穩(wěn)定性問(wèn)題的第一代穩(wěn)定性控制系統(tǒng)VDC，并將同時(shí)集成了ABS/TCS和VDC功能的產(chǎn)品命名為ESP (Electronic Stability Program) 。
博世ESP的誕生是汽車發(fā)展史上劃時(shí)代的產(chǎn)品，1995年ESP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并首次應(yīng)用在奔馳S級(jí)轎車上。后面其他廠家也陸續(xù)推出類似產(chǎn)品但是無(wú)法繼續(xù)使用ESP這個(gè)簡(jiǎn)稱，因此命名五花八門，不過(guò)都統(tǒng)稱為電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESC（Electric Stability Controller）。研究表明，VDC功能可以減少80%由側(cè)滑引起的交通事故，并將嚴(yán)重車禍的數(shù)量減少50%。因此繼承了VDC功能的ESC被多家世界著名汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)稱之為“能拯救生命的ESC”。
VDC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分
1.3. 線控制動(dòng)時(shí)期
線控技術(shù)源于飛機(jī)控制系統(tǒng)，它將飛機(jī)駕駛員的操縱命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電纜直接傳輸?shù)阶灾魇蕉鏅C(jī)。線控技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是響應(yīng)精準(zhǔn)迅速，但是缺點(diǎn)是對(duì)大量的電子電氣部件替代了傳統(tǒng)的機(jī)械部件，可靠性受到挑戰(zhàn)，需要相對(duì)高昂的成本來(lái)降低線控系統(tǒng)的故障率。也正是基于這一點(diǎn)，雖然汽車行業(yè)早在20年代末就對(duì)線控技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索，但是沒有大規(guī)模量產(chǎn)。
新能源汽車尤其是純電動(dòng)汽車的發(fā)展給線控技術(shù)在汽車上的普及帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)被電機(jī)代替，依賴發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生真空源的真空助力器的使用受到了限制。
展開 
汽車大觀｜專項(xiàng)評(píng)價(jià)規(guī)程發(fā)布 微型電動(dòng)車再迎大考？
碰撞安全方面，主要評(píng)價(jià)車輛在發(fā)生碰撞事故的過(guò)程中，車身結(jié)構(gòu)及約束系統(tǒng)（諸如座椅、安全帶、安全氣囊/氣簾等）對(duì)于內(nèi)部駕乘人員的保護(hù)效果，測(cè)評(píng)內(nèi)容主要包括正面碰撞、側(cè)面碰撞和鞭打試驗(yàn)三個(gè)項(xiàng)目。
其中，正面100%重疊碰撞和側(cè)面碰撞與正常的乘用車是相同的標(biāo)準(zhǔn)。而像自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB）、車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）、車輛電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC）、車道偏離報(bào)警系統(tǒng)（LDW）等主動(dòng)安全項(xiàng)目為車企自主決定的“選做項(xiàng)目”。
整體而言，《規(guī)程》明確的微型電動(dòng)車測(cè)評(píng)嚴(yán)苛度無(wú)法與普通車型相比，但正面碰撞、側(cè)面碰撞和鞭打試驗(yàn)三個(gè)項(xiàng)目，也基本上能夠滿足日常用車的安全訴求。
使用安全方面，測(cè)評(píng)的內(nèi)容主要包括充電安全、制動(dòng)性能、電磁抗擾、涉水電安全和人體電磁防護(hù)五個(gè)項(xiàng)目。換句話說(shuō)，即主要評(píng)價(jià)消費(fèi)者在日常用車過(guò)程中可能會(huì)遇到的車輛本身安全問(wèn)題。
而續(xù)航充電板塊，主要包含常溫續(xù)航、低溫續(xù)航、低溫充電以及充電兼容性四個(gè)項(xiàng)目。至于評(píng)級(jí)方面，微型電動(dòng)車的評(píng)級(jí)方式與其他車型保持一致，根據(jù)得分率分為ABCD四個(gè)級(jí)別。
此外，從《規(guī)程》發(fā)布的目的看，其意在引導(dǎo)廠家提升車身結(jié)構(gòu)安全，增加安全氣囊等必要的安全配置，解決用戶痛點(diǎn)問(wèn)題，以循序漸進(jìn)引導(dǎo)微型電動(dòng)汽車的各項(xiàng)性能最終向常規(guī)尺寸車輛看齊。“通過(guò)測(cè)評(píng)可以知道產(chǎn)品是‘合格品’還是‘優(yōu)等品’。”劉玉光表示。
可以說(shuō)，隨著微型電動(dòng)車市場(chǎng)份額和保有量的不斷擴(kuò)大，不管是細(xì)分下去的三個(gè)評(píng)測(cè)項(xiàng)目還是《規(guī)程》本身，對(duì)于微型電動(dòng)車市場(chǎng)而言，可謂來(lái)得頗為必要、及時(shí)。
現(xiàn)有產(chǎn)品能通過(guò)“考試”嗎？
公開數(shù)據(jù)顯示，至2021年底，市場(chǎng)上在銷的微型電動(dòng)車已有40余款。
展開 制動(dòng)和轉(zhuǎn)向自適應(yīng)控制下的智能駕駛系統(tǒng)
自動(dòng)駕駛的有效運(yùn)行不光體現(xiàn)在自身的精確策略控制（包括對(duì)車輛的控制主要體現(xiàn)在控制速度和路徑曲線上），更體現(xiàn)在和執(zhí)行對(duì)手件的交互控制中。在特殊情況下，例如在緊急避撞情況下，還必須及時(shí)控制車輛的方向。從狹義上講，車輛操縱的原理即是指車輛動(dòng)力學(xué)，例如轉(zhuǎn)彎過(guò)程中維持車輛穩(wěn)定性。全局底盤控制技術(shù)的進(jìn)步已被用來(lái)進(jìn)一步提高車輛的安全性和操縱質(zhì)量。通過(guò)增加偏航增益以減小上層系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輸入，可以輕松地實(shí)現(xiàn)路徑曲率的改變。此策略僅適用于中等速度，因?yàn)楫?dāng)方向盤角度輸入過(guò)高又在高速行駛時(shí)，可利用的輪胎-道路摩擦?xí)杆亠柡停藭r(shí)偏航率的正常行駛范圍會(huì)隨著車速而顯著減小。因此，高速策略必須是降低穩(wěn)態(tài)偏航增益。
在涉及安全性的摩擦極限時(shí)，主動(dòng)底盤可為駕駛員提供最佳的支撐，因?yàn)椴倏v控制器可以確定車輛如何保持穩(wěn)定。合并并協(xié)調(diào)所有可用的執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，以免發(fā)生事故。在超出摩擦極限的區(qū)域中，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是防止汽車嚴(yán)重打滑，以使汽車保持在正軌上。
在正常駕駛期間，系統(tǒng)通常期望車輛具有較小相位滯后的線性偏航響應(yīng)。大多數(shù)駕駛員都沒有因輪胎力飽和而導(dǎo)致線性度降低的經(jīng)驗(yàn)。如果后橋發(fā)生飽和，側(cè)滑角將迅速增加，因此會(huì)對(duì)在駕駛過(guò)程中對(duì)駕駛員造成危險(xiǎn)。控制系統(tǒng)的主要任務(wù)應(yīng)該是保持車輛的側(cè)滑角較小。當(dāng)側(cè)滑角的大小超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，普通駕駛員會(huì)感到不舒服。最先進(jìn)的電子穩(wěn)定性控制（ESC）系統(tǒng)間接限制了側(cè)滑角。ESC使用受限的加速度并參考偏航率來(lái)解決輪胎飽和問(wèn)題。另外，計(jì)算并限制了側(cè)滑角的變化率。
全局底盤控制系統(tǒng)在正常駕駛中，尤其是在緊急情況下，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。主動(dòng)系統(tǒng)的配置和協(xié)調(diào)交互是增強(qiáng)車輛性能的關(guān)鍵成功因素。像ISO 26262這樣的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可確保最高級(jí)別的整個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量和安全性。
展開 