汽车电子稳定控制系统的必要性

汽车在带给人们出行便利的同时，也造成了大量的交通事故。随着消费者安全意识的日益提高，ESC系统已经受到越来越多消费者的重视。因此，我们有必要了解清楚“什么是ESC？”“为什么要装备ESC？”等更加深入的一系列问题。

越来越多的交通事故数据表明，驾驶人的决策和操纵失误是导致汽车交通事故的重要原因。而这其中，由于极端行驶工况下驾驶人难以驾驭车辆而引起的交通事故又占了相当大的比例，如图1-1所示。

图1-1 交通事故中的影响因素

在通常的驾驶情况下，汽车能够以近似线性的比例关系将驾驶人的转向盘操作转化为车辆的转弯行驶行为，因此，驾驶人可以很容易地驾驶车辆完成自己预想的行驶轨迹。然而，当汽车车速过快、转向盘操作过于激烈或者路面过于湿滑的情况下，汽车将难以准确按照驾驶人的意图行驶，严重时甚至会出现“激转失控”，大多数驾驶人不能够应付此类情况，常常会导致汽车失去控制，造成交通事故，引起人员和车辆的损害。德国奥迪公司的统计数据表明，车速在80km/h到100km/h时发生的交通事故中，大约40%的事故与车辆失去稳定性有关，车速越高所占的比例越大，当车速超过160km/h时，几乎所有的事故都与车辆失稳有关。(https://www.xing528.com)

因此，为了解决这种极端工况下汽车的安全行驶和稳定控制问题，汽车电子稳定控制（Electronic Stability Control，简称ESC）系统应运而生，其主要功能就是通过对车轮制动力和对发动机输出转矩进行调整，限制车辆的侧偏角防止其激转，并保证车辆的侧偏角始终处于一定范围内，以获得足够的横摆力矩增益。

1995年博世公司提出了电子稳定控制程序（Electronic Stability Pro-gram，简称ESP）的概念，1998年梅赛德斯-奔驰公司率先在A级轿车上批量装备了ESP系统。自此，电子稳定控制系统迅速受到世界各大汽车公司的重视，在博世公司和奔驰公司，该系统被称为ESP；在宝马公司称为动力学稳定控制系统（Dynamics Stability Control，简称DSC）；在丰田公司称为汽车稳定控制系统（Vehicle Stability Control，简称VSC），而美国联邦道路安全管理局和欧洲NCAP官方机构则称之为电子稳定控制系统（Electronic Stability Control，简称ESC）。但本质上，这些系统都是基于相似的控制原理及手段来达到相同目的的主动安全控制系统。

丰田公司的研究指出，车辆失控而导致的大部分事故是由侧滑运动失去控制而造成的，而ESC可以通过主动控制侧滑运动提高操纵稳定性，从而提高车辆安全性。根据梅赛德斯-奔驰公司对150万起交通事故的分析，配备ESC车辆的事故率下降了15%。美国国家公路安全管理局（NHTSA）的研究结果也表明，配备ESC的乘用车的单车碰撞事故率减少35%，SUV单车事故率降低67%。车辆的主动安全性日益受到各国政府的重视，尤其在欧洲和北美，相关政府和机构经过大量的调查和研究，对ESC在改善车辆安全性能方面的作用予以很高的评价，认为它是继汽车安全带之后最重要、最有效的汽车安全技术，可以明显地降低碰撞、侧翻等事故的发生率。因此，很多国家都在大力推动ESC系统的广泛应用，欧洲早在2000年就已开始推广电子安全系统的应用来降低交通事故率。

为了能够使读者更加清晰、深刻地理解ESC系统在车辆高速转弯工况下的控制目的和机理，我们首先对车辆操纵稳定性的动力学基础概念进行分析。