ESP是英文Electronic Stability Program,即电子稳定程序的英文缩写。它是由德国博世和戴姆勒公司共同开发的一个基于制动系统的电子控制系统,其功能主要包含三大块:负责制动的ABS防抱死系统、负责驱动的TCS牵引力控制系统、负责车辆动态稳定的VDC车辆动态控制器。
首先明确一点:问题中的这些英文缩写都可以归为ESP,即电子稳定系统的范畴。下面我来简单介绍一下ESP,并对问题中涉及的每个概念逐一简述一下。
ESP三大模块关系
ABS
ABS最早诞生于航空领域,此后被博世应用在了汽车上。其主要原理是,根据对轮胎极限制动时的测试,人们发现轮胎在直线制动饱和时无法提供侧向抓地力,此时车辆会难以完成任何侧向控制,车辆会发生不可控的横摆(打转)。
同时,哪怕仅仅是为了达到最好的直线制动效果,轮胎的滑移率也需要控制在一定的区间(通常为10%-20%之间)而非抱死状态。所以,根据对轮速的测量和车速的估算,ABS控制单元能够实时监测每个车轮的滑移率,并对每个车轮的制动轮缸压力进行快速而高效的控制,让车能够随时随地进行最优的极限制动,最大程度保持极限制动的转向能力和稳定性,并保证接近极限的直线制动性能。
EBD
制动时,车辆由于惯性会在前后轴之间转移载荷
EBD是一个很少有人提及却很重要的ABS的子功能。从某种程度上说,EBD其实是一个“预ABS”。在直线制动时,如果制动力不足以让车轮进入过大的滑移,触发ABS,但足够造成一定的载荷转移,此时车辆后轮由于载荷变轻而更容易抱死,此时EBD会主动控制后轴两轮的制动压力,仅保留足够的制动力,在制动力和稳定性之间取得一个平衡。如果此时驾驶者进一步踩刹车,即增加制动压力,ABS将触发;而如果驾驶者只是保持刹车踏板,ABS将不触发,EBD会一直稳定着后轮制动压力直至车辆刹停。从驾驶感受上说,ABS会给驾驶者“弹脚感”,并发出较为急促和剧烈的阀体作动的噪音,而EBD并不会有任何类似表现。所以未经培训的驾驶者并不会察觉EBD的存在,这也是该功能的魅力——把制动带来的失控风险控制于无形之中。
TCS
湿滑路面没有TCS会造成车辆横向失控
TCS是和ABS直接相反的功能,它专门用来管理踩油门时轮胎纵向力饱和带来的失控。在日常行驶中,遇到冰雪路面或湿滑路面,油门过大会造成车轮打滑,此时的纵向力达到饱和,和极限制动一样,轮胎无法提供足够的侧向力,车辆失控。为此,TCS通过使用和前面ABS部分中提到的轮速监测和滑移估算进行打滑判断。而与ABS不同的是,TCS通过或限制动力输出(限扭),或对单轮进行制动(主动刹车)来将牵引力维持在一个可控且有效的范围内,让车辆在保持稳定的前提下继续前进。这里的限扭是一个较为温和地控制,驾驶者只能感觉到“踩油门不走”,而主动刹车则需要通过泵的主动工作来完成,驾驶者会听到并感受到车轮的制动,较为剧烈。
为了把握稳定性和加速性之间的平衡,工程师需要在多种路况上完成多次全油门加速试验,直到找到最佳的平衡。而有趣的是,博世的TCS工程师们还通过对该功能的“反用”,来故意为一些专门为了烧胎而生的特殊车款(比如福特野马、道奇挑战者SRT)提供烧胎模式,让前轴主动增压,而后轴取消TCS控制,以达到故意烧胎的目的。千万不要以为这群保证驾驶安全的工程师不懂乐趣,他们手中的参数和程序可以随时搞出有趣的花样。
雪天陷车是TCS最常见的工况
道奇挑战者SRT的烧胎模式其实是TCS功能的反用
ESP(或VDC)
这里的ESP是大多数公司在对外宣传时使用的词汇,而从功能内部称谓上,VDC更常用。说完了ABS和TCS,轮胎纵向力达到饱和的工况就都说完了。但如果轮胎的横向力达到饱和怎么办呢?VDC此时就发挥了作用。著名的麋鹿测试就是测试车辆在侧向力达到极限时的表现。由于车辆的底盘特性和瞬间的载荷分配的不同,车辆可能出现转向不足或转向过度的动态表现。
在车辆出现转向不足时,VDC能够对车辆内侧后轮进行额外的制动,以增加车辆横摆,让车头向弯内方向摆动。在车辆出现转向过度时,VDC能够对车辆外侧前轮进行额外的制动,以减少车辆横摆,让车头向弯外方向摆动。
VDC工作原理
当然,VDC并不仅限于不踩油门不踩刹车的工况。通过和上面提到的ABS和TCS两个纵向功能的联合控制,VDC同样可以在极限制动和极限驱动时保证横向的稳定。比如一个很有趣的测试是全油门绕桩,虽然没有任何汽车测评会以这样的方式驾驶,但在ESP的标定中,TCS和VDC的标定工程师会进行这样的测试,车辆虽然“没长眼”,但却可以根据驾驶者打方向的输入,结合车辆当时的横摆状态,来控制发动机的输出,以保证稳定的通过一个又一个桩筒。
早在70年代,奔驰就进行绕桩测试
HDC
HDC(Hill Descent Control)是陡坡缓降控制的英文缩写。在车辆行至陡坡时,为了让驾驶者专注于方向盘的操作,按下陡坡缓降按钮后,车辆的行驶速度将会被该功能接管,发动机输出和四个车轮的轮缸制动压力会得到ESP的控制。该功能是一个舒适性的附加功能,它仅通过使用已有的ESP传感器和执行器就能满足特殊工况的需求。ESP在保证硬件不增加的情况下增加越来越多的附加功能是近年来的一个大趋势。
HDC陡坡缓降控制
HHC(Hill Hold Control)是坡道保持控制的英文缩写。它和HDC正好相对,负责上坡时维持车辆不下溜。通过对驾驶员松刹车、踩油门的动作进行监控,在两个动作之间提供短暂的制动压力保持,一旦驾驶员的油门踩到可以驱动车辆的程度,制动压力立即解除。因此,这个功能的实现难点在于把握制动和不制动之间的平衡——既不能在油门够了的时候拽着不走,又不能在还没踩油门时就早早松掉刹车而后溜。为了让驾驶能力一般的广大群众能够轻轻松松开车,ESP的工程师们可真的是绞尽脑汁、倾尽全力。
大众高尔夫的HHC广告
以上就是我对问题中几个英文缩写的简单介绍。ESP作为一个至关重要的安全配置已经存在了超过20年了。美国早在2007年便强制要求新车标配ESP,欧洲也在2009年出台了同样的法规。二者分别于2011年和2014年完成了ESP的全面普及。很遗憾,作为新兴市场的中国,始终未能出台该法规。2017年,9家中国车企宣布全系标配ESP曾引发了一时的轰动,不过两年过去了,很遗憾并没有任何媒体对此进行任何追踪报道。事实上,曾经参与该宣誓的车企中,仍在销售着数款并未标配ESP的车型,我这里仅通过随便在汽车之家网站上搜索配置列表便找到了几款:2019款 1.6L 手动奔腾B50、东风富康ES500、东风御风P16、长城C30新能源、吉利帝豪GL、吉利缤瑞。作为近几十年来最重要的车辆安全配置,ESP的作用在我国仍缺乏认知。