ESC系统在智能驾驶浪潮中的进化（中）

驾驶哥 2021年8月16日浏览：1721

编辑 | 一骥绝尘

前言

在上期文章《ESC系统在智能驾驶浪潮中的进化（上）》中介绍了ESC系统的三个基础稳定性控制功能。同时，由于ESC有主动控制四个轮子制动力的能力，使得ESC本身有非常多的控制潜力可以挖掘，在不需要增加系统部件的情况下创造出更多的辅助功能，最典型的是自动驻车功能；另一方面，随着辅助驾驶功能ACC、AEB等的迅速普及，ESP作为这些功能的制动执行机构也扮演着重要角色。

本文将对ESC衍生出的典型辅助功能以及在典型的辅助驾驶功能中的作用进行介绍。

1. ESC衍生出的典型辅助功能

ESC衍生出的辅助功能让ESC有了“买一送多”的附加值，主机厂花一个ESC产品的钱可以在车辆配置表中增加好几栏。实际上能出现在宣传栏里的功能都是驾驶员能直接体验到的功能，ESC的衍生功能数量不止如此，不过有些功能工作“低调”，驾驶员不容易察觉，因此不会着力宣传。通常出现在宣传栏的有：

上坡辅助功能 (Hill-start Assist Control，HAC)
陡坡缓降功能(Hill Decent Control, HDC)
自动驻车功能 Auto Hold

接下来对这三个功能进行介绍。

某搭载博世ESP系统的车型的车辆功能配置表

1.1. 上坡辅助功能 (Hill-start Assist Control，HAC)

开过手动挡的朋友或多多少都会坡道起步有点紧张，在右脚从刹车踏板移到油门踏板的短暂时间内，制动力消失但驱动力没有建立起来，会造成车辆在坡道上后溜，不仅驾驶体验差，严重地还可能撞到后面紧跟的车。

上坡起步示意图

HAC功能的作用是在右脚松开刹车踏板后的一段时间内继续将制动液压保存在轮缸内，给驾驶员充分的时间踩油门来建立驱动力，使驾驶员更加从容应对坡道起步。

HAC功能的激活取决于对坡道的判断，而坡道的判断依赖惯性传感器中探测的纵向加速度传感器。当探测到的坡道超过HAC激活门限时，整个控制过程可以概括如下：

① 驾驶员踩制动刹车到车辆静止

② 驾驶员松开制动踏板准备起步

③ HAC功能激活，控制液压控制单元的出液阀关闭，将第一步中踩进四个轮缸中的压力保持在轮缸内

④ 判定驱动力超过起步门限或者达到HAC激活时间门限(不超过2s)时控制出液阀打开，释放制动力

HAC功能控制过程示意图

1.2. 陡坡缓降功能 HDC (Hill Descent Control)

HDC功能是高性能越野车的标配。可以认为是低速的“定速巡航”，它使驾驶员在不踩制动踏板的情况下，平稳地通过陡峭的下坡坡段。在这个过程中驾驶员可完全专注于控制方向盘，无需控制制动踏板和油门踏板。

陡坡缓降示意图

HDC功能的激活取决于对坡道的判断，而坡道的判断依赖惯性传感器中探测的纵向加速度传感器。HDC的控制要点可归纳为以下几点：

驾驶员通过HDC激活按钮开启HDC，并输入目标车速（通常不超过15kph）
如果当前HDC功能状态正常（如没有刹车片过热报警等），将会通过PID控制，结合当前轮速和目标车速计算目标制动力，并将目标制动力转化为目标压力令发送给液压控制单元，从而实现定速控制
如果在这个过程中某个车轮的滑移率超过了ABS设置的门限，ABS介入对目标压力进行修正

1.3. 自动驻车功能 Auto Hold

目前自动变速箱越来越普及，大大减轻了驾驶员的负荷。不过由于自动变速箱的液力特性，在D挡下通过制动将车辆刹停后（如等红灯），如果驾驶员松开制动踏板，车辆会以很低的速度蠕行；但是等红灯一般停车时间短暂，驾驶又不想每次静止后手动拉起电子手刹。Auto Hold功能的目的就是当车辆由驾驶员刹停后，自动将轮缸内压力保持住从而让液压制动力使车辆保持静止，既避免了蠕行，又省去了拉电子手刹的麻烦。

电子手刹与自动驻车Auto Hold

Auto Hold的工作原理听起来和HAC相似，但是相比后者，Auto Hold的应用场景更广，同时控制也相对更加复杂。两者对比如下表所示：

	HAC	Auto Hold
坡道探测	均通过惯性传感器中的纵向加速度传感器
应用场景	坡道起步	任意车辆静止场景
驻车时间	不超过2s	不超过10mins
主动建压	只保压而不主动建压	检测到压力不够驻车时会主动建压
激活方式	没有激活按钮，满足条件主动激活	有功能激活按钮，由驾驶员选择是否开启

Auto Hold整个控制过程可以概括如下：

① 驾驶员踩制动刹车到车辆静止；

② 车辆静止后控制液压控制单元的出液阀关闭，将第一步中踩进四个轮缸中的压力保持在轮缸内（如果压力不足控制主动增压）；

③ 如果Auto Hold工作时长超过设定门限（10mins），主动请求自动驻车系统EPB拉起卡钳，同时释放液压力；

④ 如果检测到驾驶员踩油门，当驱动力超过一定门限时Auto Hold释放液压力。

Auto Hold功能控制过程示意图

2. ESC支持辅助驾驶功能

虽然目前市场上还没有真正实现高速过程中的自动驾驶，但是一些成熟的辅助驾驶功能已经得到了广泛的运用和用户的认可，最典型的代表即为自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control , ACC)和紧急制动系统(Automatic Emergency Brake, AEB)。

ACC系统在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号, 并通过与制动单元和驱动单元协调工作，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。ACC系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。

ACC系统架构示意图

AEB系统采用雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，AEB系统会主动控制制动系统使车辆即使刹车。

AEB系统架构示意图

目前市场上的ACC和AEB的制动请求的执行机构都是ESC系统。更进一步地：

如果是ESC+真空助力器制动组合，制动请求则有ESC系统主动增压实现
如果是ESC+电助力系统eBooster制动组合，制动请求由ESC系统转化为对eBooster的液压请求，由eBooster系统建压实现

随着混合动力系统的发展，后一种制动系统的配置越来越流行起来，ESC系统和eBooster系统协调工作大致原理如下：

eBooster和ESC共用一套制动油壶、制动主缸和制动管路。
eBooster内的助力电机产生驱动力推动主缸活塞运动，使油壶中的制动液流入主缸管路并进入ESC进液阀，经ESC中的调压阀和进液阀流入4个轮缸，从而建立起制动力。
当eBooster不工作时，ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸，从而建立制动力。