客車上電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)應(yīng)用標定

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關(guān)鍵詞:客車;電子穩(wěn)定控制系統(tǒng);標定過程;ESC

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛保有量迅速增長，汽車安全問題越來越引起汽車生產(chǎn)企業(yè)、消費者、政府的高度重視，而且主動安全控制系統(tǒng)越來越廣泛應(yīng)用。針對主動安全控制系統(tǒng)中的電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC的應(yīng)用要求，行業(yè)標準JT/T1094—2016《營運客車安全技術(shù)條件》第4.1.4條款中已作了規(guī)定［1］。本文對ESC的功能、控制邏輯、系統(tǒng)標定、下線檢測進行綜合論述。

1ESC概述 

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC是英文ElectronicStabili-tyControl的縮寫，實際上是一組車身穩(wěn)定性控制的綜合策略，可以說它是在EBS(電子制動控制系統(tǒng))基礎(chǔ)之上的一種功能性延伸，而非作為獨立配置存在。該系統(tǒng)旨在提升車輛操控表現(xiàn)的同時，有效地防止車輛達到其動態(tài)極限時失控。電子穩(wěn)定程序能提升車輛的安全性和操控性。本文論述的是應(yīng)用在營運客車上的ESC。該種ESC實時監(jiān)控車輛的行駛狀態(tài)，包括車輛轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度、車輛橫擺角速度及橫向加速度，通過對從各傳感器采集的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析，進而向EBS發(fā)出控制指令來調(diào)節(jié)制動力和發(fā)動機扭矩，以改變車輛橫擺力矩，使車輛維持動態(tài)平衡。

1.1ESC功能

該種ESC是在EBS基礎(chǔ)上增加ESC模塊和轉(zhuǎn)向角度傳感器，從而在EBS的基礎(chǔ)功能上增加防側(cè)翻功能和方向控制功能［2］。1)防側(cè)翻功能。車輛在緊急避障或轉(zhuǎn)彎的過程中其橫向加速度非常大。當超過物理極限后，會造成車輛側(cè)翻。對裝有ESC的車輛，其ESC模塊實時檢測車輛當前的橫向加速度。當檢測到橫向加速度超過設(shè)定的門限時，通過CAN總線及ESC模塊使車輛自動實施減速或制動控制，避免車輛側(cè)翻［3－4］。結(jié)合ESC模塊提供的車輛實際橫向加速度和橫向加速度內(nèi)部限值，EBS的控制單元對發(fā)動機扭矩限制和制動控制是同時進行。轉(zhuǎn)向不足時，ESC的防側(cè)翻控制邏輯如圖1所示。2)方向控制功能。ESC模塊通過對橫擺角速度傳感器和轉(zhuǎn)向角度傳感器實時采集到的信息進行分析，對相關(guān)車輪實施制動，控制車輛在轉(zhuǎn)彎過程中的轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度，幫助車輛克服偏離理想行駛軌跡的傾向，保證車輛按照駕駛員的要求行駛。橫擺角速度傳感器用于監(jiān)檢汽車行駛過程中所產(chǎn)生的垂直軸線運動情況，從而判斷汽車是否出現(xiàn)打滑。轉(zhuǎn)向角度傳感器對車輛行駛過程中的方向盤旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，從而準確判斷該車輛是否在既定線路中行駛［5－6］。EBS的控制單元會對ESC模塊的橫向加速度、橫擺角加速度和轉(zhuǎn)角的傳感器實時采集的信息進行合并分析，來判斷是否是轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度。無論是轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度，EBS都是通過控制發(fā)動機限扭及對相關(guān)車輪實施制動來糾正。ESC的方向控制邏輯如圖2所示。3)ESC的運行特點。當車輛處于極不穩(wěn)定的情況時，ESC的功能自動起作用。在正常行駛條件下，ESC系統(tǒng)不起作用［7］。ESC是EBS基礎(chǔ)上的功能性延伸，非車輛的獨立配置。當車輛的不穩(wěn)定性超出其物理極限時，ESC也無法控制車輛的穩(wěn)定。ESC工作時，制動踏板或其他相應(yīng)系統(tǒng)會有噪聲或振動，這是因為相應(yīng)系統(tǒng)中的壓力變化造成的［8］。

1.2ESC模塊組成

ESC模塊硬件包括ESC控制模塊和轉(zhuǎn)向角度傳感器。其中ESC控制模塊中含有轉(zhuǎn)向角度傳感器和橫向加速度傳感器，ESC的重要信息都是由這些傳感器采集，所以其產(chǎn)品及安裝都必須符合要求的技術(shù)條件。ESC控制模塊必須安裝在以車輛質(zhì)心為中心的1m×1m×1m范圍內(nèi)［9］。轉(zhuǎn)向角度傳感器為ESC系統(tǒng)獲得轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向角度傳感器必須安裝在駕駛室內(nèi)的轉(zhuǎn)向柱上，提供方向盤絕對角度(位置)的測量值。這包括通過校準可以實現(xiàn)辨識方向盤零位(中心位置)的能力。必須保證轉(zhuǎn)向角度傳感器與周邊相鄰件保持3mm間距，不能出現(xiàn)運動干涉。此傳感器將轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息通過CAN線實時傳輸，電子控制單元(ECU)采集這些信息，并計算出駕駛員所要求的方向角［10］電氣連接示意圖如圖所示。

2ESC系統(tǒng)在客車上的應(yīng)用標定 

ESC系統(tǒng)硬件按要求安裝好后，其程序部分還需要進行標定。程序標定涉及到的參數(shù)有:車輛總質(zhì)量、長、寬、高、軸荷、前/后輪輪距、軸距、懸架型式、橋的型式、裝傳感器的橋、齒圈齒數(shù)、制動摩擦片面積、響應(yīng)壓力、制動氣室規(guī)格、車輪靜/動態(tài)直徑、車輪規(guī)格、發(fā)動機、變速器、緩速器、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、AEBS自動緊急制動系統(tǒng)等。由整車廠提供以上相關(guān)數(shù)據(jù)，由EBS+ESC廠家提供通過試驗場檢驗的參數(shù)文件，用于刷寫ECU的程序。

2.1標定參數(shù)文件寫入

此工作通過EBS+ESC廠家提供的適配儀和診斷線進行，流程如下:1)將ECU程序輸入EBS+ESC控制器中，相同整車參數(shù)的車輛可以使用相同的ECU程序。2)標定ESC轉(zhuǎn)向傳感器。轉(zhuǎn)向角傳感器安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上后，必須對轉(zhuǎn)向角度傳感器進行零位置標定。3)自學習過程。車輛以20km/h直線行駛至少250m，行駛路面必須平坦，也可在多個帶彎道短程路段上行駛，以180°的方向盤角度和25km/h的車速向左和向右轉(zhuǎn)彎。車輛停止行駛后關(guān)閉點火開關(guān)，等待10s后重新打開點火開關(guān)，以保存標定值。

2.2下線檢測

下線檢測是檢查參數(shù)設(shè)置以及關(guān)于ESC系統(tǒng)接線、信號和組件布置的功能測試。在進行下線檢測前，先保證以下條件:電瓶電壓≥24V;應(yīng)與繼電器、保險絲等電氣元件匹配;ECU的型號應(yīng)正確;輪速傳感器與齒圈的距離≤0.2mm;電氣接頭的固定和連接應(yīng)正確;管路連接應(yīng)正確，無漏氣現(xiàn)象。按以下步驟進行:第一步:下線檢測設(shè)備準備。設(shè)備包括診斷適配儀及診斷軟件、診斷線及診斷接頭、數(shù)據(jù)線、電腦。轉(zhuǎn)鼓試驗臺架用于檢測輪速傳感器、ABS電磁閥等元件。ABS電磁閥檢查時，開啟轉(zhuǎn)鼓，點擊檢測頁面“OK”按鈕，系統(tǒng)自動檢測，頁面顯示合格后，關(guān)閉轉(zhuǎn)鼓。壓力表連接在制動氣室上，用于檢測ABS電磁閥、后橋模塊等元件。第二步:啟動診斷軟件。連接好診斷適配儀后，上電。第三步:系統(tǒng)安裝檢查。在車輛靜止時，檢查電器元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)電器元件工作不正常，必須檢修正常后再進行。然后釋放駐車制動，將后軸置于轉(zhuǎn)鼓臺架上;開啟轉(zhuǎn)鼓，系統(tǒng)自動檢測。檢測完畢后，系統(tǒng)顯示工作正常，關(guān)閉轉(zhuǎn)鼓。

3結(jié)束語 

電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC在客車上應(yīng)用，是客車主動安全措施方面的重大突破。該系統(tǒng)通過對車輛各個功能實時監(jiān)控，保證車輛不跑偏、不甩尾、不側(cè)翻，從而有效保證了客車的行駛安全。如果說ABS/ASR控制系統(tǒng)是車輛安全性的初級階段，那么EBS/ESC等控制系統(tǒng)就是車輛安全性的中級階段，而ACC/CWS/AEB/CAS(避撞控制系統(tǒng))/BSD(盲區(qū)監(jiān)測控制)等控制系統(tǒng)則是車輛安全性的高級階段。

參考文獻: 

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［8］楊康．汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)控制策略的研究［D］．秦皇島:燕山大學，2014．

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［10］李葉中．ESC系統(tǒng)在客車上的應(yīng)用［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015(10):8－9．

作者：米燕平 李海玲 劉兆梓 高云龍 張俊國 單位：北京北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司

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