本文作者目前從事國內自主電助力,ESC開發,底盤域控方面工作,今天上班劃了半天水,寫了這篇帖子,應該可以對這個問題有一點專業解答,友情提示本文分成5個Part,大約2700字,關注結論的可以直接看黑體字。
Tesla碰撞前運動數據
首先這是Tesla在事故發生前的數據,各大網站都有轉發了
雖然這份數據存在諸多問題被吐槽,例如數據采樣頻率嚴重不足,關鍵數據丟失(駕駛員踩制動踏板行程等),但是仍然可以從中找到很多本次事故發生的原因
使用6:14:22.35秒作為本次事故的起始時間,車輛在6:14:27.65秒發生了碰撞,整個事故持續時間共計5.3秒。在同一張圖內畫出速度v和減速度a隨時間的關系,由于關鍵的減速度在日志中未發送,使用dv/dt來計算每兩個速度采樣點之間的平均減速度,得到了這次事故的車速與減速度曲線:
事故還原:整個5.3秒的事故過程中,第0.8秒時,駕駛員踩下制動踏板,車輛開始減速;在前3.5秒內,制動減速度上升,車速一直保持下降;在3.5秒時,車速下降到約85kph,此時車輛減速度約0.55g,然后前后軸ABS均被激活;0.5秒后,車速為75kph時,AEB被激活,此時車輛減速度約0.62g;又在1.2秒之后,車輛發生碰撞,碰撞時速約48kph,碰撞前車輛瞬時減速度約為0.7g,整個制動過程的平均減速度約為0.4g,ABS觸發后的平均減速度約為0.57g。
同時Tesla也上傳了主缸壓力信號,我們也畫出了主缸壓力與對應的減速度曲線(這對后續基礎制動的分析非常重要)
Tesla Model3基礎制動計算
Tesla Model3的基礎制動采用了前輪固定卡鉗*2,后輪浮動卡鉗的設計,卡鉗參數如下:
前卡鉗:2*D42,有效制動半徑133.8mm,后卡鉗:D43,有效制動半徑142.5mm,前后剎車片的摩擦系數0.38。
Tesla Model3在空載和滿載時,質量在1600kg至2100kg之間,前軸與后軸的載荷比約保持在0.82,本次事故的計算中,取前軸質量820kg,后軸質量1000kg。Model3的車輪半徑335mm,軸距2875mm。最后,Tesla Models采用的是博世公司提供的ibooster Gen2電子助力器,這是一個非解耦式的電子助力器,通過解析駕駛員踩下踏板的制動行程,來驅動ibooster內部電機給主缸加壓。
當Model3主缸壓力為P時,可以建立起來的整車減速度為
將主缸壓力P的單位改寫成bar,則a=0.144P,當在正常高附著系數路面前后軸均抱死時,a=10m/s2,此時主缸壓力約為69.4bar
在實際的駕駛過程中,Tesla Model3在60bar附近觸發了前后軸ABS,這個主缸壓力值與Model3基礎制動的設計值也是基本相吻合的,但在前后軸同時觸發ABS的時候,我們注意到最關乎核心安全的車輛減速度卻嚴重不足,大約只有0.55g,此后ABS持續工作直到碰撞發生,但是車輛的減速度也持續嚴重低于良好路面條件下ABS功能觸發時整車應當具備的減速度(正常車輛通??梢赃_到0.9~1.1g),最終導致了碰撞的發生。分析到這里基本可以排除本次事故是車輛制動助力失效所導致的,在駕駛員和電子助力器ibooster提供了充分大的主缸壓力之后,整車也觸發了ABS,但是減速度仍然不足,問題可能主要來源于電子助力器的后端。
ABS功能與踏板變硬
在本次事故和其他多次Tesla用戶抱怨的事故中,都出現了踏板變硬踩不下去這種現象,這種現象的來源是ibooster與ESC在ABS工況下共同導致的。其中ABS功能是通過ESC進行電磁閥的調制來實現的,首先來看ibooster+ESC的原理圖
ibooster建立起來的壓力,通過TMC的兩個通道入口對ESC加壓,正常制動情況下ESC不會工作,高壓制動液直接通過電磁閥進入輪缸進行制動,而當ABS觸發后,ESC會關閉ibooster的進液閥,在極端情況下,ESC的電機還會把液體抽回ibooster主缸。在此過程中,會出現ibooster主缸異常高壓的情況(類似本次制動后期主缸壓力達到了140bar)。同時,由于主缸的壓力非常大,ibooster電機無法繼續推動主缸,并且ibooster是一個非解耦的助力器,所以與ibooster電機剛性連接的駕駛員制動踏板和推桿也會出現無法推動,即踏板變硬的現象。在博世對ibooster的軟件架構VDA360中,對此提出了一系列軟件模塊功能劃分,Tesla Model3有沒有對ibooster和ESC的軟件進行大規模重改,目前不得而知。
AEB介入與結果
本次制動過程中,觸發了AEB信號,那么AEB在本次事故中起到了什么作用呢?可以看到,在第4秒時觸發AEB信號,車輛速度為75kph=20.83m/s,在碰撞發生的第5.3秒時,車輛速度為48kph=13.33m/s,可以估算出,AEB觸發時,距離事故點的距離約為0.5*(20.83+13.33)*1.3=22.2m,按照通常的AEB觸發要求,這個警報發出的時候,距離前車距離已經過近了,假設在觸發AEB后始終以0.9g減速度直至靜止,制動距離也需要24.1m,換句話說,按照Tesla AEB觸發的時間點和前車距離,即使制動性能完好,碰撞也是不可避免的,這一部分主要是ADAS攝像頭算法的問題,和本次制動力不足分析關聯不大。
目前L4和L5遠未普及,普遍的共識是駕駛員請求的優先級要優于ADAS行車電腦的優先級,因此大部分OEM的AEB邏輯觸發是有門檻的,在駕駛員一定強度的制動壓力請求下,AEB功能是不會被激活的。在本次制動過程中,ABS已被激活的前提下,整車減速度已達到最大值,無論Tesla的邏輯是人優先還是行車電腦優先,AEB的激活都不會進一步提高整車的減速度,進而對整車縮短制動距離有改善行為。
另外AEB激活后,對AEB的功能檢測在ENCAP,CNCAP中都有對應的要求,不同的時速下觸發AEB后,對車速的降低值有具體的測試標準,通常的要求是1秒鐘之內車速的相對下降值達到40kph或者45kph,本次AEB觸發后直到碰撞的1.3秒內,車速的下降值僅有37kph,這是一個很糟糕的AEB效果。
事故責任分析與小結
本次事故的原因是多方面的,在觸發ABS的瞬間,車輛距離前車的距離約33m,此時車速85kph,即使ABS正常工作,這也是一個相對來說比較短的制動距離了,車主對車速和前車的預判存在一定的高估。
Tesla Model3的問題則更加明顯,最核心的安全失效問題來自于主缸壓力,ABS,減速度三者數據之間存在相互矛盾,其中主缸壓力和ABS信號比較一致,但是與車輛車速或者減速度的偏差非常明顯,我們把主缸壓力按照基礎制動數據對應換算成整車減速度后,額外再加上0.1g能量回收的減速度,與車輛的實測減速度進行對比,可以得到本次分析最關鍵的一張圖:
可以看出,在制動前2.5s內,兩者的一致性是很好的,整車的減速度能夠體現駕駛員的制動請求(主缸壓力),在2.5秒之后,主缸壓力迅速上升,而整車的減速度則被限制在了一個很低的上升幅度內,最終在ABS觸發后最關鍵的1.8秒時間內,駕駛員和ibooster已經提供了遠遠超過車輛最大減速度所需要的制動壓力,但Tesla的ABS對外輸出了一個峰值甚至還達不到常規ABS觸發門檻的減速度,最終導致了碰撞的發生。目前而言,并未發現任何當時路面客觀條件的異常現象??紤]到Tesla大規模重新改寫了博世關于ibooster和ESC的底層和上層控制軟件算法,這一部分的軟件,尤其是ABS控制,電磁閥控制,ESC與ibooster和驅動電機能量回收交互之間的控制算法,恐怕要牢牢背上本次事故最大的鍋。
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文 | Tifosi
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