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為車輛主動安全把關、因應法令即將上路─ARTC建立ESC系統驗證模式!

Carstuff/李承儒 2014.11.07 00:00

日前網路再度流傳一段因小客車於國道上不當變換車道,造成後方車輛迴避失控撞上護欄的影片,如何減少類似事件發生,再度引發各界討論,其中,如果事故車輛若能配置相關電子輔助系統,將有機會讓失控機率減小。

ARTC全新落成的動態平台操安測試道。

就在這段影片公布之前,ARTC財團法人車輛研究測試中心趁著三條全新測試道落成,並且因應台灣將在2018年起強制小客車裝配ESC電子車身穩定系統,邀請媒體前往ARTC參訪,除介紹三條全新測試道,同時也首度公開對應ESC電子車身穩定系統之相關驗證方式,以期讓更多人了解ESC電子車身穩定系統的重要性。

根據民國100~102年台灣高速公路事故統計資料,在174件造成傷亡事故中,肇事原因為未注意前車狀態與變換車道/方向不當的共佔了43.68%,可見車輛在進行緊急迴避、高速換道時最容易發生失控,也因此進而發展出ESC電子車身穩定控制系統,以利降低車輛失控的機率,根據國外研究機構統計,配備ESC電子車身穩定控制系統的車輛,將可降低車輛事故比率達34~59%。

ESC電子車身穩定控制系統最初是由德國知名汽車零配件商Bosch與M-Benz於1990年代初期合作開發,最初定名為ESP〈Electronic Stability Program,電子穩定程式〉,自1995年M-Benz首度在S-Class採用該系統後,該系統開始逐漸普及,但各家命名則略有不同,但無論各家系統以何為名,都依循著車身穩定控制為主要訴求,而在ESP系統發展至今超過20年後,目前各國法規陸續將此類系統稱為ESC〈Electronic Stability Control〉。同時,也因為該系統可有效降低車輛事故發生率,因此,世界主要地區、國家皆已陸續強制規定新車必須配置ESC系統,其中,美國在2011年9月起強制車重於1萬磅〈約4.5噸〉以下車輛配置ESC系統,歐盟與澳洲則是在2011年11月起強制規定,日本部分則於2014年10月起;台灣部分,則已通過法案,預計在2018年1月1日起強制小客車配置ESC系統,2019年1月1日起商用車亦得強制配備。雖然台灣距離強制配置的時間還有三年時間,但ARTC車測中心則率先建立相關檢測機制,以因應未來所需。

而在介紹ESC系統檢測程序之前,先簡單介紹ESC系統做動原理,ESC系統一般會結合ABS防鎖死煞車系統、EBD電子煞車力分配系統、TCS循跡控制系統等,利用輪速感知器〈Wheel speed sensor〉、方向盤角度感知器〈Steering angle sensor〉、橫擺角速度感知器〈Yaw rate sensor〉、減速度感知器〈Decelerationsensor〉等動態感知器來預測駕駛者期望與量測車輛實際的運動情況,當系統感測到車輛瀕臨失控,就會透過電子控制單元〈ECU〉即透過控制車輛的動力及煞車單元〈如節氣門、煞車電磁閥、繼電器等〉,抑制車輛動態過度改變,將車輛導回原有路線,降低失控風險。以車輛進行左彎為例,若車輛發生轉向不足時,系統即會介入降低引擎輸出,並在左後輪施以煞車力,使車輛產生逆時針的補償力矩,使車輛可以順利過彎,反之,若發生轉向過度,系統則會於右前輪施以煞車,讓車輛產生順時針補償力矩,使車輛導正路線。

車輛繞行定圓車道展示ESC系統開啟與關閉路線之差異影片:

ESC系統開啟:

ESC系統關閉:

定圓繞行車內影片:

在測試車輛上必須裝置自動轉向裝置與車姿動態量測儀〈含六軸向陀螺儀〉等設備。

至於ARTC全新建置的ESC系統檢測程序部分,基本程序如下:

1.ESC狀態確認•識別標誌燈泡檢查/ESC OFF控制裝置確認 2.煞車及輪胎調節程序•使煞車系統及輪胎進入適當工作溫度3.緩慢增加轉向程序•量測轉向幅度角A4.正弦定頻試驗•模擬緊急閃避試驗 Sine with Dwell5.ESC失效偵測確認•系統失效時應提供燈號指示予駕駛者之相關規定

在上述程序中,最重要的兩個程序為緩慢增加轉向程序與正弦定頻試驗,也是本次ARTC主要示範的項目。

其中第三項緩慢增加轉向程序,為整個ESC系統動態檢測的基礎,由於進行第四項正弦定頻試驗〈ESC實際介入做動功效測試〉時,必須以連續左右轉動方向盤、改變車輛動態來驗證ESC是否做動正常,以及是否能確實修正車輛動態,因此,必須先取得一個轉動方向盤的基本角度數值A,再依此A值為基礎逐步以等比倍數加大轉動幅度,讓車輛失控,測試ESC做動狀態。由於每一部車輛的轉向系統比例皆不同,所以所有測試車輛都必須重新取得A值後,才能進行正弦定頻試驗。

而取得A值的方式為

1. 車速 80±2 km/h,轉向速率13.5 ゜/s,每次當側向加速度達0.5g時停止

2. 6次測試線性回歸取得側向加速度0.3 g之方向盤轉角A值

正弦定頻試驗影片:

在取得A值後,即可進行最重要的正弦定頻試驗,所謂正弦定頻試驗,就是以規律的左右轉動方向盤,破壞車輛行進動態,讓車輛失控,藉此測試ESC系統功效,而測試的方式如下:

 測試前車速:80 km/h1. 依序加大轉動方向盤波形轉向測試,類似緊急閃避動作2. 轉動方向盤角度從150%的A開始,每次增加50%A,直到方向盤角度達300°或650%的A時為止。 左轉右轉須分別執行 最後測得車輛之橫擺角速度(Yaw rate)及重心側向位移量應符合法規規定值

簡單解釋操作方式,也就是以80km/h的車速進入測試道,並先將方向盤快速轉向至1.5 A值角度〈左右皆須測試,分開進行一系列〉後,再迅速向反向轉動方向盤相對位置停頓0.5秒,再將方向盤回正,整個左右轉動方向盤的時間必須在1.9秒內完成,分別為第一次轉向0.7秒、停頓0.5秒、再轉向0.7秒,必須非常規律與準確的操作,因此所有測試都是由機械來代替駕駛負責轉向,而每一次的測試,自1.5A開始進行,依序增加0.5A,直到方向盤單方向轉向角度超過300度,或超過6.5A為止,再由測試過程中取得車輛擺動角度等數據,判斷ESC系統功效。

ESC系統開啟時車輛動態影片:

最後一個階段,就是依據上述測試所獲得數值,判斷ESC系統功效是否正常,而判斷的數值有兩項,第一項為橫擺腳速度,第二項為車輛側向移量,兩項數值通過法令規定,即代表該車配置之ESC系統通過檢測。

其中橫擺腳速度部分,指的是在每一次正弦定頻試驗中,當方向盤連續左右轉動後,自方向盤回正時,計算1秒與1.75秒兩個時間點車身橫擺的角速,分別不得超過35%與20%,車身橫擺的角速就是在以上述正弦定頻試驗操作方式,以機器人轉動方向盤讓車輛開始產生轉向位移,再將方向盤回正後,車輛因慣性所產生的擺動速度,然後與該次測試中,車輛開始擺動時的最大速度做對比,若在方向盤回正後1秒車輛擺動角速仍高過最大角速的35%,或1.75秒時車輛車輛擺動角速仍高過最大角速的20%,即代表該車輛未通過檢測。

至於車輛側向移量部分,則是判定ESC系統在介入後,除了穩定車輛動態外,是否還能夠提供足夠的位移量讓車輛可以閃避危險,該數值是以每一系列正弦定頻試驗中,在振幅為5A時之轉向測試,以其開始轉向後之1.07秒所計算而得之車輛重心側向位移亦必須符合以下要求:≧1.83 m,總重≦3.5噸≧1.52 m,總重>3.5噸

ESC系統關閉車輛動態影片:

也就是說若在振幅為5A之大幅度轉向擺動時,車重在3.5噸以下的車輛,位移量達不到1.83m,即表示該系統無法提供足夠位移能力閃避危險,即判為不合格,相同的車重達3.5噸以上車輛,則必須有大於1.52m的位移才算通過。

綜合上述測試與數值判斷方式,ESC系統並非只提供車輛動態修正之功能,在第一時間還必須維持一定的位移能力以閃避危險之後,才可完全介入修正車輛動態,讓車輛回歸穩定。

但是ESC系統絕非阻止車輛失控的萬靈丹,雖然有了ESC系統,會依據車輛動態狀況連續介入直至車輛恢復穩定,但車輛動態仍有一定的物理極限,若車輛動態反應瞬間超過物理極限,ESC系統仍無法完全修正車輛動態,還是會有失控的危險,所以,並不可以完全依賴電子系統,而忽略基本的安全觀念與操駕。

而台灣預計在2018年1月1日起強制小客車配置ESC系統,2019年1月1日起商用車亦得強制配備,也就是說還需要等待至少三年,販售新車才會全數配置ESC系統,這段期間等於是給與車商的緩衝期,陸續調整販售車型導入ESC系統的時程,但其實多數台灣販售車型在國外之同型車都已有配置ESC系統,在台灣導入並不困難,強制執行時間卻得拖這麼久,這也顯露出台灣無論是消費者、車商與相關單位對於車輛主動安全的漠視程度,至於ARTC的部分,它僅扮演了驗證與檢測的角色,相關法令仍是由交通部等單位研擬頒布,ARTC僅是執行單位,對於ESC系統強制配置時程,並無法做決定,同時,關於日後開時實施強制配置ESC系統後,是否對外公布相關測試數據,ARTC則表示,基本上會如同先前的撞擊測試般,僅會公布該車型是否通過驗證,並不會公布詳細數據,另一方面,ARTC其實就像是健診中心,建置各種不同的測試與驗證設備,提供不同單位針對各自需求提供測試與驗證服務,但除非法令規定須將驗證結果公布,否則就像一般醫院與健診中心不會公布檢測者的檢驗結果。

文=李承儒 攝影=李旭/李承儒 資料提供=ARTC

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