FMVSS 126重要性
美國國家公路交通安全管理局(United States National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)規定2012年開始,美國新出售的汽車必須搭載電子穩定控制系統(Electronic Stability Control,ESC) 。ESC被譽為“自安全帶問世以來最大的救命改進”。從交通事故調查可知,碰撞事故中,其中調查腳踏車碰撞占一半多。而腳踏車碰撞,產生翻滾的比率達43%,其死亡率也達43% 。美國公路安全保險協會(IIHS)的研究報告顯示,車輛穩定控制系統(ESC)可以降低75%的SUV翻滾風險和72%的轎車翻滾風險 。為此美國強制實行FMVSS 126 這一標準。我國對應標準為GB/T 30677-2014。
測試標準內容
FMVSS 126規定以轉角緩增轉向(Slowly Increasing Steer,SIS)試驗與正弦——停頓轉向(Sine With Dwell,SWD)試驗的組合作為整車ESC的標準測試方法 。
ESC試驗準備
正弦——停頓轉向試驗要求轉向盤最大轉向速率在1200°/s時對應的轉向力維持在40~60Nm,超出了人工打方向盤的物理極限,為保證試驗良好的重複性和一致性,必須採用轉向機器人來實現,同時為避免正弦——停頓轉向試驗過程中發生的絆倒性側翻,保證試驗人員人身安全,對於靜態穩定係數(SSF)≤1.25的試驗車輛必須考慮安裝防翻滾支架的可行性和必要性。按照試驗條件進行車輛載荷的配置,測試設備的架設緊固並按照要求進行制動器和輪胎預熱。試驗場地為帶有滿足100km/h直線加速性能的直徑不小於150m的VDA動態圓廣場,路面峰值制動係數(PBC)為0.9。
轉角緩增轉向試驗
試驗車輛以(80± 2)km/h勻速直線行駛時,轉向盤轉角以13.5°/s的速度線性增加直至產生0.5g側向加速度的轉向盤轉角,保持2s後回正,記錄整個過程的車輛側向加速度,將側向加速度在0.1g~0.4g區間的歷程進行線性擬合,根據擬合係數計算出側向加速度達到0.3g時的轉向盤轉角。試驗共進行6次,順時針3次,逆時針3次,將6次試驗得到的轉向盤轉角平均並精確到0.1°。做該實驗時,轉向盤轉角線上性區域內遞增直至側向加速度達到規定限制,試驗車輛甚至會由於側向加速度過大而產生單側車輪離地的極限行駛狀態,實驗過程對車身側傾角、側向加速度、橫擺角速度等參數的測量對考察車輛的側向穩定性具有重大意義,但ESC系統本身對車輛的非線性區域的穩態轉向干預不敏感,帶有一定的不完整性和非典型性,在SIS試驗中ESC更多的是通過減少發動機驅動轉矩來保持車輛線性轉向的穩定性,沒有體現出對非線性失穩工況下車輛的轉向機動性的考察。
正弦——停頓轉向試驗
試驗車輛以(80± 2)km/h的速度勻速直線行駛,待車速穩定後轉向機器人啟動工作程式,以0.7Hz的頻率以正弦——停頓模式進入轉向輸入,在第2個波峰處(嚴格說應是第一個波谷,即270°時)保持500ms停頓後回正。初次正弦——停頓試驗的轉向盤轉角幅值為1.5A,並以0.5A幅值梯度逐次增加試驗次數直至轉向盤轉角幅值為6.5A。如果6.5A<270°時,最後一次正弦——停頓試驗的轉向盤轉角幅值為270°;如果6.5A>300°時,最後一次正弦——停頓試驗的轉向盤轉角幅值取300°,試驗分順時針方向和逆時針方向兩組進行。
ESC基本原理
電子穩定控制系統(Electronic Stability Control,ESC)是汽車防抱死制動系統(ABS)和牽引力控制系統(TCS)功能的進一步擴展,並在此基礎上,增加了車輛轉向行駛時橫擺角速度感測器、測向加速度感測器和方向盤轉角感測器,通過ECU控制前後、左右車輪的驅動力和制動力,確保車輛行駛的側向穩定性。
ESC在傳統汽車上的套用
作為目前最高級的汽車安全配備程式之一,博世公司的ESP是世界上第一個被投入量產的汽車電子穩定程式。
在汽車轉向不足的時候,ESP系統的感測器部件將信號傳遞給ECU,然後ECU控制內測後輪制動來增加車身橫擺角速度,對抗車身轉向不足的趨勢。 在汽車轉向過度的時候,ESP系統的感測器部件將信號傳遞給ECU,然後ECU控制外側前輪制動來減小車身橫擺角速度,對抗車身轉向過度的趨勢。
ESC分散式驅動汽車上的套用
和傳統結構汽車相比,ESC可以在分散式驅動車輛上發揮更好的扭矩協調控制和主動安全控制功能。
分散式驅動汽車按照電機的搭載方式,分散式驅動結構又可以分為輪轂驅動方式和輪邊驅動方式,前者將電機(可包含減速結構)內置於車輪內,後者將電機置於車身,通過半軸將動力傳遞至對應的車輪。
ESC在分散式驅動車輛上可以對每電機獨立控制輸出扭矩,回響時間短,扭矩大小精確,可以更好的發揮其主動安全控制的優勢。
國內外研究現狀
電子穩定控制系統(Electronic Stability Control,ESC)作為重要的主動安全控制技術已經廣泛套用於各種車輛。基於傳統液壓制動的ESC核心技術為諸如博世、大陸等國際大公司所掌握。
目前我國主動安全控制技術整體上還處於理論預研階段,國內參與此研究的高校主要有上海交通大學、同濟大學、吉林大學和南京理工大學。其中南京理工大學已經在分散式驅動電動車輛上實現了可完全通過了FMVSS 126整車試驗的ESC技術。