車輛中心 研究發展處 魏嘉樂

車輛產業持續朝向電動車、自駕車、先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System, ADAS）發展，而要實現自駕車或ADAS中與煞車相關的功能都需仰賴與電控煞車系統配合作動才能實現，例如車身動態穩定（Electronic Stability Control, ESC）、防鎖死煞車系統（Anti-lock Brake System, ABS）、自動緊急煞車（Automatic Emergency Braking, AEB）、電子煞車力分配（Electric Brakeforce Distribution, EBD）、斜坡維持輔助（Hill Hold Assist, HHA）、電動倍力器（electric brake booster, ebooster）等系統或功能，因此電控煞車系統技術成為自駕車及ADAS功能之重要基礎，由此可知，電控煞車系統及其中軟體、硬體等控制技術日趨重要，國內電控煞車系統廠商已具備ABS製造和控制能力，透過技術升級可再進階至ESC等較先進控制系統，未來落地自主供應後可降低國內車輛生產成本，掌握關鍵線控煞車技術亦有利於發展ADAS功能及自駕車。

車輛中心（ARTC）於2016年開始投入電控煞車系統相關控制技術，陸續完成ABS、EBD及HHA等功能開發並推廣至國內產業，而於2023年持續朝向ESC及電動倍力器等高階技術發展。本文中將先針對ESC進行介紹，當車輛在彎道時可能因車速過快、轉向操作過度或路面濕滑等綜效情境，發生轉向不足或轉向過度的情況，此時若具備ESC之車輛將會對特定車輪進行主動煞車控制來避免車輛失控，如圖1所示。

(左) 無配備ESC之車輛軌跡                                                   (右) 配備ESC之車輛軌跡

圖1、有／無配備ESC車輛行駛軌跡比較

ESC控制技術細部解析

ESC透過主動對於單輪進行煞車，對於車輛重心產生旋轉力矩使車輛回復穩定，圖2所示為ESC系統控制架構，其中包含電子控制單元與作動器單元，電子控制單元連接12V電源、鑰匙開關、方向轉角感測器、車輛動態感測器、輪速感測器、車身通訊（CAN）等介面接收訊號，負責電氣訊號處理相關電路以及主要運算功能，如駕駛者意圖評估、車輛動態監視、車速估測、ESC啟動機制、ESC控制量演算法等，並將控制命令傳遞給作動器單元；作動器單元則連接煞車總泵與四輪煞車分泵，其根據電子控制單元所傳遞的控制命令驅動有刷馬達、電磁閥等，達到對四輪煞車分泵獨立控制煞車壓力，使車輛達到車身穩定避免失控的功能。

圖2、ESC系統控制架構

如前文所敘述，ESC在軟體層面包含駕駛者意圖評估、車輛動態監視、車速估測、ESC啟動機制、ESC控制量演算法等，其中各項功能的重點如下說明：

1. 駕駛者意圖評估

ESC需適時介入煞車控制避免車輛失控，因此須了解駕駛者意圖，藉由方向盤轉角感測器量測的轉角訊號與車速預估駕駛者的轉向需求。

2. 車輛動態監視

ESC需適時介入煞車控制避免車輛失控，因此須不斷接收車輛動態訊號，藉由偏航角速率（yaw rate）的數值表現了解車輛的動態與其對應的變化趨勢。

3. 車速估測

若ESC在車速與輪速不一致的情況下介入控制，為了有準確的車速作為ESC系統的計算參考，故需發展車速估測技術，確保ESC系統運算時有準確的車速可參考。

4. ESC啟動機制

根據駕駛者意圖評估結果可獲得駕駛者的轉向需求，由駕駛者的轉向需求與車輛動態偏航角速率的差異量設計ESC啟動機制，並設定為調校參數，藉以調整至ESC於合適的時機點啟動控制，避免ESC控制過於敏感或過於遲鈍，使ESC介入後車輛的偏航角速率響應能快速收斂。

5. ESC控制量演算法

將車速估測結果、輪速、駕駛者意圖評估結果、車輛動態等訊號作為ESC控制量演算法的參考訊號，計算各車輪在此狀態下對應的壓力控制命令，並驅動作動器單元進行各車輪的煞車壓力建立與調節，使車輛動態與駕駛者意圖相符且幫助車輛恢復穩定。

小結

車輛中心所發展的ESC控制演算法將先透過模擬環境進行驗證，對照法規與廠規要求設定模擬測試情境，同時建置實車測試環境（等效於冬季測試），協助國內電控煞車系統廠商完備相關研發和驗證能量，建構在地化參數調校能力。