基于ESP电子稳定程序的主动安全功能
辛登岭
上海大众汽车有限公司
【摘要】介绍了基于电子稳定程序（ESP）的重要主动安全功能，如液压辅助制动、防侧翻保护系统、前方安全辅助系统、碰撞后制动等。
关键词：主动安全 电子稳定系统 汽车
0 引言
防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统（ASR）和电子稳定程序（ESP）分别在1978年、1987年和1995年被装备在批量生产的汽车上。这些主动安全系统大大提高了车辆的安全性能、减少了车辆事故和伤亡人数，ESP的应用尤其如此。
ESP电子稳定程序被成熟应用后，基于ESP的主动建压原理，电子制动系统的功能被不断扩充，比如，液压制动辅助（HBA），防侧翻功能（ROP），前方安全辅助系统（Front Assistant）、碰撞后制动（MCB）等。本文简要介绍上述重要的扩展功能及其应用。
1 道路交通安全面临的挑战
全球的道路交通安全依然面临严峻的形势。2010年，全球近130万人死于道路交通碰撞事故，2000～5000万人因被碰撞受到非致命伤害，道路交通伤害已成为15～29岁年龄组人群的首要死亡原因。若不采取相关行动，预计到2020年，全球道路交通事故将造成每年约190万人死亡。
联合国把2011～2020年定义为“全球道路安全十年行动”，我国也是参与者之一。10年行动的总体目标是，到2020年稳定并随后降低预计的世界各地道路交通死亡率水平。鼓励各国开展5大支柱活动（表1）。其中增强车辆安全被列为第3大支柱：通过综合协调相关全球标准、消费者信息计划和旨在加速采用新技术的激励措施，鼓励普遍采用能够增强车辆被动和主动安全性能的技术。
不能提供紧急制动所需要的制动力。博世公司调查结果显示，在所有的追尾事故中，驾驶员及时实施制动但踩制动踏板力不足的占到49%。欧盟强制性要求从2009年11月起所有新车必须装备制动辅助系统。
制动辅助系统的应用开始于1996年。制动辅助系统分为机械式、液压（气压）式和电子式制动辅助制动系统。机械式制动辅助系统的零部件为1个双拐点的真空助力器，电子式为电子控制的真空助力器。目前应用最广泛的是液压辅助制动系统。
与机械和电子制动辅助系统相比，对于装备ESP的车辆，液压制动辅助系统没有增加额外的硬件和传感器，只是软件的扩展。随着车辆ESP装备率的提高，液压辅助制动功能也得到普遍的应用。
在紧急或慌乱情况下制动，不熟练或足部力量小的驾驶员踩制动踏板的速度很快，但制动力又不足时，系统通过监测制动踏板压力和制动压力建立的梯度，识别出紧急制动工况。HBA功能便会工作，系统会主动建压，直到ABS介入工作。
从图5可以看出，HBA工作时轮缸制动压力曲线与熟练驾驶员紧急制动时的压力曲线基本一致，制动距离显著缩短。试验结果表明，100 km/h制动时，制动距离可以缩短7.6 m。
HBA功能工作时分为两个阶段，阶段1是识别出紧急制动工况后的主动建压，阶段2是降低制动压力的功能退出。表2列出了HBA工作的功能逻辑。
HBA功能需要在整车上进行匹配试验，检验HBA功能的介入和退出是否符合要求。需要用特定的试验测试设备和EBS控制器，用以查看阀、电机和泵的动作以及主缸制动压力建立梯度、轮缸制动压力等系统设定值是否符合实际要求。试验需要在各种速度下进行。图6为一个试验结果的例子，可以明显地看出，在主缸的制动压力梯度和制动压力超过门限值后，HBA功能开始工作，经过主动建压，前轮轮缸的制动压力超出主缸的制动压力，直到车轮滑移率超过门限值而导致ABS介入。
5 ROP防侧翻功能
SUV/厢式车/皮卡这类重心高的车辆发生侧
乘用车的ROP功能只是利用已有的ESP系统的硬件和传感器，也只是软件的扩展，对于已装备ESP系统的重心高的车辆，建议开发或开启ROP功能。
6 前方安全辅助（Front Assistant）
车辆追尾占所有车辆事故的第一位，并且是导致死亡和伤害的第二大事故。博世公司调查结果显示，在所有的追尾事故中，驾驶者未及时实施制动的占20%，没有来得及实施制动的占31%。通过对德国1999～2003年发生的243起行人碰撞事故的深入分析，奥托立夫公司认为，40%的死亡和74%的重伤的碰撞事故发生前，驾驶员未看到险情；60%的死亡案例和26%的重伤的碰撞事故发生前，驾驶员看到险情，但是却没有踩制动，或者踩了制动但力度不够。
为减少和避免上述情况下的碰撞事故和与前方行人的碰撞，前方安全辅助系统被开发和应用。
根据戴姆勒-克莱斯勒公司的研究，如果驾驶员有0.5 s的额外警告时间，大约60%的后端碰撞事故是可以避免的，而提前1 s的警告则会避免90%的后端碰撞事故。前方安全辅助系统的开发和应用可以追溯到2001年，但成熟的应用开始于2005年。欧盟要求自2013年11月起，所有商用车和客车必须装备前方安全辅助系统。
6.1 系统架构
如图9所示，前方安全辅助系统利用ACC系统已有的Radar传感器，整个系统主要由Radar及控制器、多功能摄像头及控制器和ESP控制器组成。参与的控制器还有：发动机控制器、变速器控制器、换档杆控制器、主动悬挂控制器、安全气囊控制器。它们之间通过高速CAN-Bus进行通信。通过网关与组合仪表、BCM、门控制器、天窗控制器通信。该系统可以通过一个按键或菜单关闭或开启。
Radar及其控制器是该系统的核心组成部件。用于测量与前方车辆或物体的相对距离、相对车速等信息。目前普遍采用毫米波Radar，毫米波雷达具有稳定的探测性能、环境适应性好、相对速度
识别到一次碰撞后，安全气囊控制器向CAN上发送碰撞信息的报文，ESP收到后主动建压，施加一次制动；同时，点亮制动灯、转向灯闪烁、后视镜处的转向灯闪烁、紧急制动灯闪烁和仪表里的ESP工作灯闪烁，给后面车辆以警告，防止后续的碰撞或者减小后续碰撞的速度。该功能可以实现的最大制动减速度为0.6g。
如果通过驾驶员踩制动踏板产生的制动减速度超过0.6 g或者驾驶员踩油门踏板，MCB功能必须能退出。MCB功能必须能通过对油门踏板的位置和油门踏板的梯度的判断，识别出驾驶员的误操作（紧急情况下误把油门踏板当做制动踏板）。
8 结语
现代汽车朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化方向发展，电子制动系统是其中的重点之一。电子制动系统的发展有如下趋势：小型化，系统体积减小到1300 cm
2；轻量化，ESP控制器的重量减小到1.6 kg；高质量和可靠性，零公里故障率小于10ppm；多功能化，包含和支持更多的功能；模块化，采用模块化设计，以减少开发成本、缩短开发周期和提高产品质量。
电子制动系统是其它主动安全系统和驾驶员辅助系统的重要组成部件，比如，已得到批量应用的自适应巡航系统和正在开发中的自动驾驶系统。博世公司的远期愿景是，到2020年能实现自动驾驶和行车无伤害（零事故）。
