ESC系统在客车上的应用

李叶中

（厦门金龙旅行车有限公司，福建 厦门 361022）

ESC系统在客车上的应用

李叶中

（厦门金龙旅行车有限公司，福建 厦门 361022）

摘 要：本文简要介绍了ESC系统用途，并对ESC系统在客车应用进行匹配设计。

关键词：ESC；客车；附着系数；设计

车身电子稳定控制系统，全称Electronic Stability Control，简称ESC，ESC系统能够在几毫秒的时间内，识别出汽车不稳定的行驶趋势，并及时对制动系统和发动机动力系统做出响应，使车辆趋于稳定，防止跑偏、甩尾、侧翻。研究表明，ESC可减少高达80%的侧滑事故，美国国家公路交通安全管理局公布采用电子稳定控制系统，可以减少67%的单次车辆撞击和64%得致命车辆撞击。ESC系统作为整车主动安全电控产品，目前已在轿车逐步普及。但在客车上采用ESC才刚开始起步。客车作为载人运输工具，更有必要配置。

车辆制动系统主要分为两类：液压制动系统和气压制动系统。本文介绍了液压制动ESC系统在客车上的实际应用，采用的是芜湖一家公司研制的整体式、四通道ESC系统，即：有4个轮速传感器，在通往4个车轮制动分泵的管路中，各设1个制动压力调节器，分别进行独立控制形式。

1 ESC系统的结构组成

ESC系统由电子控制单元（ECU）、液压控制单元、发动机控制系统、常规液压制动系统（真空助力器、主缸、制动管路、制动分泵）、转向角度传感器、车轮轮速传感器、侧向加速度传感器、横摆角传感器以及ESC开关、指示灯等部件组成。其中电子控制单元（ECU）、液压调节总成是集成为一体，侧向加速度传感器、横摆角传感器集成在惯量传感器（IMU）中。

其系统主要部件如图1所示。

2 ESC系统工作原理

该电子稳定系统，拥有ABS（防抱死刹车系统）、EBD（电子制动力分配）、TCS（牵引力控制系统）、ESC（车身电子稳定控制系统）功能，通过对制动系统和发动机进行控制，实现各项功能。

车身电子稳定控制系统用于在高速转弯或在湿滑路面上行驶时提供最佳的车辆稳定性和方向控制，通过主动干预危险信号来实现车辆平稳行驶，其工作简要原理图如图2所示。侧向加速度和横摆角传感器信息通过专用的IMU CAN线实时传递，方向盘转角信息、发动机信息等信息通过CAN（Controller Aea Network）线实时传递。电子控制单元持续检测并判断的输入信号有：电源电压、车轮速度、方向盘转角、侧向加速度、横摆角度、制动开关通断、油门开度等信号。根据采集到的数据进行计算，算出车身状态，再与ECU存储器里面预先设定的数据进行比对。当ECU计算数据超出存储器预存的数值，即车身临近失控或者已经失控的时候则命令液压调节器和发动机控制系统工作，实施车轮制动和限制发动机扭矩，使车轮滑移率和驱动滑移率控制在稳定区范围内，增大车轮附着系统，消除侧滑，从而保证车辆能够稳定行使。

图1 ESC系统主要部件

图2 ESC工作简要原理图

3 ESC系统设计

试验车基本状态：7m车、发动机前置、前盘后鼓液压制动、后轮驱动、柴油发动机、整备质量4100kg、12V电压系统。根据我公司提供的样车制动、动力传动、转向、车身等系统参数，芜湖公司进行ESC系统总成设计、模型建立、软件仿真、硬件在环仿真、系统仿真分析。同时我公司根据ESC系统各个零件特点和要求，进行整车匹配设计，重点进行转角传感器安装设计、IMU安装设计、电器线路设计、ESC总成和常规液压制动设计。

3.1 轮速传感器

轮速传感器和脉冲环即为ESC系统的“感知器”。脉冲环（齿圈）随车轮一起旋转，传感器测量车辆运动情况并产生与轮速相应的感应信号（电压），实时传送至控制单元（ECU）， ECU根据这些信号分别计算出车速和轮速。该车前后轮都采用80齿磁脉冲环，前轮采用主动式主动传感器、后轮采用被动传感器。装配后检测齿面的跳动公差应小于0.1mm，齿圈的旋转中心必须与轮毂的旋转轴心同心，其公差应小于0.1mm。传感器与齿面的间隙自然形成小于0.7mm。

无一例外的是，在上述三种情况下，入住公办的养护院是照料者的一致首选。尤其是对于照料者去世后的情形，高达四成多的照料者选择入住公办的养护院。在最理想的情境下，入住公办的养护院也依然最受照料者的青睐。值得一提的是，在第三种情况下，照料者表露出对心智障碍成员社会融入的渴求——近三分之一的照料者希望这些成员能主要依靠助残日托照料(综合照料体系)来实现未来安置，而不是进入公办的养护院简单了事。在三种情形中，心智障碍成员由亲朋负责照料是入住公办的养护院与还没有计划后的主要选择。

3.2 转向角度传感器

方向盘转向角度传感器安装在方向盘下方。采用的角度传感器角度测量范围：±780°、角度分辨率：0.0625°、角速度分辨率：4°/s。角度传感器将方向盘转动角度转换成数字信息通过CAN线实时传输，电子控制单元（ECU）采集这些信息计算出驾驶员所要求的方向。角度传感器安装设计需要保证角度传感器与周边相邻件必须保持3mm间距，不能出现运动干涉。

3.3 惯量传感器（IMU）

惯量传感器（IMU）集成了侧向加速度传感器和横摆角传感器，闭环信号处理，16位高精度数字信号输出。惯量传感器根据车辆绕其纵轴的旋转角度和侧向加速度输出相应的数字信号，通过专用的IMU CAN总线进行传输，计算出车辆的实际行驶状态。惯量传感器安装在车辆空载时重心位置。

3.4 液压调节器

液压调节器内部集成了阀体、电机、液压泵、4个常开电磁阀、4个常闭电磁阀、低压蓄油器，外部两路输入油路接口、四路输出油路接口。该系统采用四通道设计，四个车轮单独控制。汽车在正常行驶时无信号输入调节器电磁阀，此时调节器处于常通状态（常规制动）。紧急情况时，调节器电磁阀会根据电子控制单元所发出的信号进行闭合、开启，自动调节制动轮缸的压力使之增压、减压、保压状态，进而实现制动压力的保持、释放、增加，最终实现对各个车轮制动力控制。制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间。

电子控制单元（ECU）通过CAN线、IMU CAN线、车轮轮速等线路连接，采集信号、处理信号、输出控制信号，是ESC的控制中心。它与液压控制单元集成在一起构成一个总成。

4 整车ESC系统标定

该车安装、调试好，对ESC系统进行初步静态和动态标定，然后分别在试验场进行冬季和夏季标定。由于ESC是在极限行驶工况下控制车辆稳定性，测试是非常危险的过程，因此要在测试前加装防护梁。按国标GB13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》要求进行ABS试验，同时进行 雪面ESC双变道、单变道试验、S型绕障碍、直线ESC试验、30米环道ESC试验、操稳ESC试验、蛇形绕桩ESC试验、变线ESC试验，各项试验都做了ESC工作和不工作对比，并进行录像。ESC工作时操稳性能更好。

如该车在有ESC控制时，30m环道试验发动机扭矩受到抑制，车速稳定在42km/h，方向盘转角恒定不变，车辆极其稳定的沿着30m半径的圆周运动，轮胎没有受到明显的磨损。没有ESC控制时，发动机扭矩不受抑制，车速在45～50km/h之间变动，方向盘转角随着路面的起伏而不停的调整，车辆不稳定的沿着30米半径的圆周运动，轮胎受到非常严重的磨损，乘员感到很不舒服。ESC工作时，蛇形绕桩、变线能顺利完成，否则不能完成。

结语

通过该车的ESC系统匹配、搭载、试验，达到了预期效果，整车控制能力有较大提升，能够使车辆在特殊工况（湿滑路面、冰雪路面、急转弯、不同附着系统路面等）保持稳定行驶。它是一种主动安全系统，能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，最大限度地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻，减轻了驾驶员负担。ESC系统在客车使用将是趋势，欧盟ECE-R13标准要求从2014年11月1日开始，所有在欧盟范围内销售的新车都必须配置车身电子稳定系统。ESC系统法规、技术标准、认证体系需要相关部门制定，为批量采用ESC系统提供法律依据。

参考文献

[1]张绍梅.汽车电子稳定系统（ESC）标准测试与发展趋势[J].汽车与安全，2011 （04）.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]赵宇.汽车安全与舒适系统检修[M].北京：人民邮电出版社，2013.

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[5]关文达.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2004.

[6]凌永成.汽车电子控制技术（第2版）[M].北京：北京大学出版社，2011.

中图分类号：U461.1

文献标识码：A