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特斯拉的刹车竟能意外变“油门”?专家66页报告深挖真相

特斯拉的意外加速,或许跟博世ESP和刹车灯有关。作者 |  James编辑 |  晓寒在电动汽车领域,特斯拉可谓是当红车型,从销量上看,特斯拉今年第三季度共交付汽车13.95万台,得到了美、中、欧三大汽车消费市场的高度认同。特斯拉红遍全球为其带来了巨大的营销助力,但同时也放大了负面新闻,国内外多家媒体都曾报道特斯拉出现“意外加速”事故。但特斯拉一直坚称,车没问题,驾驶员可能把油门当刹车踩了。

▲特斯拉官方对“意外加速”的回应

一位在电子行业拥有40多年从业经历的美国工程师Ronald A. Belt博士自2011年从霍尼韦尔退休之后,一直在研究车辆的意外加速,先后发表十余篇报告,找到了丰田、三菱部分车型意外加速可能的原因。近日,Belt博士针对特斯拉Model 3“意外加速”情况进行调查并形成了一篇长达66页的调查报告,得出特斯拉Model 3意外加速可能的原因。在Belt博士的论文中,一共罗列了102起特斯拉“意外加速”造成的事故,其中70起在停车减速或低速转弯时发生,静止时发生有27起,高速路上发生共有5起。这些事故都是因为驾驶员把油门当刹车了吗?带着这个疑问,Belt博士采集了车辆的EDR数据(Event Data Recorder,相当于车辆的黑匣子)、驾驶员证词、特斯拉的事故报告,发现了事故中的诸多矛盾之处,根据特斯拉的电机、制动系统的详细剖析,最终推测出停车减速或低速转弯时发生“意外加速”现象的可能原因。不过,这一结论暂时没有得到特斯拉官方或其他机构的证实,但也为外界提供了一种分析这一现象的方法。本文福利:Belt博士的66调查报告我们已经帮你下载好啦!公众号对话框回复【车东西0117】下载。01.三种数据对不上号 特斯拉真的意外加速了?

2019年,一位特斯拉Model 3驾驶员在进入车库前踩下刹车停车,等待车库门完全打开。但就在这时,她所驾驶的特斯拉Model 3突然启动,并向左行驶。虽然驾驶员再次踩下制动踏板,但最终车辆还是撞上两个车库之间的墙壁,造车车辆部分损坏。这就是人们之前所看到的“意外加速”现象。实际上,特斯拉“意外加速”现象不止这一次,无论在中国还是海外地区,都曾发生过类似事件。但特斯拉坚称,这不是车辆的问题,那么问题究竟在哪呢?这辆特斯拉Model 3为2019年制造,发生事故时行驶还不到一年,为单电机后驱动力系统。整个事件发生过程中,这辆Model 3都处于标准驾驶模式下,且处于HOLD状态。在调查过程中,当事驾驶员否认自己油门、制动踏板踩错导致车辆加速,加上特斯拉坚称没有问题,此时只有借助车辆的EDR数据说话(Event Data Recorder)。EDR相当于是特斯拉的“黑匣子”,当系统检测到碰撞或类似碰撞的情况时,EDR会记录下车辆动力学与安全系统有关的数据,这些数据存储在车辆的限制控制模块(Restraints Control Module,即RCM)当中。EDR数据可以由用户自行读取,满足一定条件就能从车中导出数据进行分析。Ronald A. Belt就导出了涉事车辆的EDR数据,并进行了分析。他收集了事故发生前5秒钟的车辆的加速踏板使用率(%)、后电机转速(RPM)、车辆速度(MPH)、横向加速度(g)、纵向加速度(g)、方向盘角度(deg)、横摆角速度(deg/s)、横滚角速度(deg/s),并以这些数据,还原出了事故发生时车辆的行驶轨迹。

▲根据现场情况和EDR数据总结的车辆行驶轨迹

在研究过程中,Belt博士发现了一个奇怪的现象,EDR数据和特斯拉官方发布的事故报告、当事驾驶员口述三者之间互相矛盾。

▲三方数据互相矛盾

1、碰撞前制动确定启用 但EDR数据恰好相反具体来说,Belt首先发现,在碰撞前5秒的时间内,EDR数据显示加速踏板启动,在碰撞前1秒达到最大值,加速踏板大约踩下80%,电动机转速与车速的变化稍有延迟,电机转速在碰撞前0.8秒达到最大1700转/分,速度在碰撞前0.4秒达到最大14MPH(约合22.5km/h),意外加速前,驾驶员一直保持6MPH(约合9.6km/h)的速度前进。

▲碰撞前5秒的速度变化数据(来自EDR)

如果只看加速阶段,基本反映了事实,驾驶员感受到车辆加速,EDR数据也记录了车辆加速。在减速阶段,车辆的加速度大约是4m/s²。此时,加速踏板显示使用率为0,且电机转速也逐渐降下降。车辆EDR数据中,纵向加速度数据证明了这一点。

▲事故发生前5秒车辆纵向加速度

按照驾驶员的驾驶模式设置,车辆此时应该进行能量回收,车辆速度表现为减速,且能量回收时的加速度为0.2g(大约1.96m/s²),通过2018年10月的2018.42 v9软件更新后,能量回收的加速度提升至0.3g(大约2.94m/s²),皆低于车辆实际表现的加速度。另外,事发地路面平坦,并非因为上坡或有其他障碍物造成车辆减速。同时,加速、制动踏板同时被踩下也不太可能,因为特斯拉的操作逻辑中制动等级更高,如果踏板同时踩下,制动优先介入。由此推断,车辆在减速阶段,制动系统已经介入,EDR数据自相矛盾。将时间倒推,在碰撞前4.4秒到碰撞前1.4秒间的3秒时间内,车辆都以6MPH(约合9.6km/h)的速度匀速行驶,且在此期间加速踏板的使用率始终为0(加速踏板踩下后,延迟0.2秒电机启动,延迟0.6秒速度变化)。由此可以推断,在碰撞前4.4秒到碰撞前1.4秒,以及碰撞前0.2秒,在加速踏板未使用、车辆速度不为0的情况下,车辆能量回收系统没有工作。2、ABS系统是否介入?EDR数据再次自相矛盾从车辆横向运行数据来看,EDR数据也有自相矛盾之处。根据方向盘角度变化数据,车辆加速开始后,方向盘向右最多旋转了76°,随后向左回正。同时,EDR数据中的横摆角速度与方向盘转动基本重合。但是,在方向盘转动趋于平稳以及向左回正的过程中,横摆角速度仍在快速增加。这表明车辆出现了转向过度的状况,此时ABS系统应该介入。一旦ABS系统介入,就会在转向较快外侧车轮采取主动制动措施,扭转转向过度的情况。事实也是如此,当车辆突然加速前进,驾驶员向右转向避免撞墙,但车辆检测到向右转向过度,因此ABS介入,左前轮制动,驾驶员在车内感受到车辆向左转,最终撞向两个车库之间的墙壁。由此推断,碰撞前ABS系统确实有介入车辆控制,这一点和特斯拉官方事故报告相同。但EDR数据显示,ABS系统未介入,与现象不符,还是自相矛盾。基于以上事实和矛盾之处,Belt一共提出了8个问题:1、为什么能量回收系统失灵?驾驶员自述在HOLD模式下且未踩下加速踏板,车辆为何会突然加速?2、为什么在刹车踩下的同时,电机转速开始升高?3、驾驶员踩下制动踏板,为什么车辆仍在加速?如果加速、制动踏板同时踩下时制动的优先级更高,是否意味着车辆确实存在意外加速?4、EDR数据中,当加速踏板读数为0,为何电机仍在加速?5、为什么驾驶员向右转向,车辆会向左偏移?6、在驾驶员证词、特斯拉高精度日志数据都显示,驾驶员当时踩下了刹车,但为何EDR数据没有记录?7、如果驾驶员没有踩下加速踏板,为何EDR数据会有加速踏板被踩下的记录?8、加速度数据和特斯拉高精度日志数据都能证明当时ABS系统已经启用,为何EDR数据没有记录?02.“意外加速”可能是错觉 但不会失控

要回答以上8个问题,就要搞清楚特斯拉的加速、制动系统究竟是如何运作的,首先是特斯拉的加速模式。特斯拉设计了“单踏板驾驶模式”(即OPD,One Pedal Driving)。根据车辆的速度、加速踏板的使用率,仅用加速踏板就能让车辆加速、匀速滑行、减速停止,以此达到更加充分的能量回收。这样一来既节省了能源,又能延长续航。

▲特斯拉单踏板模式解读

此时,车辆的制动踏板只有两种情况能用上:第一,让车辆完全停下来。第二,让车辆以0.3g以上的加速度紧急制动。说到这里,其实大多数人应该都认为能量回收是个特别简单的过程,人们的感受也只有车辆在减速。如果在平坦的柏油路上,情况可能确实如此。但在雨、雪、坡度较大的路段、颠簸路段,情况不太一样。在雨雪天气条件下,路面变得湿滑,摩擦系数更小,表现为车辆容易打滑。当车辆在高速运行中,能量回收系统介入,以恒定加速度控制车辆。这样一来,很可能车轮速度低于车辆速度,即车轮并非滚动前行,而是滑动前行,也就是出现了轮胎抱死。前轮抱死导致车辆失去转向,后轮抱死车辆会侧滑,非常危险。特斯拉采用的车身稳定系统是博世的车身电子稳定系统ESP hev II,这是博世ESP 9.0 ABS调节器的特殊版本,专用于电动汽车。从拆解图来看,博世ESP hev II包含12个电动电磁阀、2个液压泵、包含PID反馈控制和高功率驱动的晶体管、蓄电池、压力传感器、全局电子控制模组。其作用共有两个:一是为前后轮分配正确的制动,二是提供车身稳定功能。

▲博世ESP hev II

车身稳定系统主要包括7个:ABS防抱死制动系统、DTC动态牵引力控制、DBC动态制动控制、AEB自动紧急制动、CBC转弯制动控制、ESC电子稳定控制系统、EDC发动机(电动机)阻力扭矩控制。为前后轮分配正确的制动力这一过程稍显复杂,简单来说是这样的:首先控制模组通过高速串行CAN总线接收来自智能助力器iBooster的指令,响应速度为1ms,确保紧急情况下不会有延迟。从运行流程图中可以看到,智能助力器iBooster将电信号指令传输给博世ESP hev II(图中绿色线条),经过一系列的处理,就能将制动信号传递给每个车轮,实现制动。

▲博世ESP hev II运行流程图

同时,除了驾驶员踩下踏板这一个操作之外,系统还允许关闭智能助力器iBooster液压缸的隔离阀,启动压力泵向车轮传递制动信号(图中红色线条),独立于制动踏板激活制动。这里可以对日常行驶的特殊场景进行简单区分,在转弯、颠簸路段,为避免对车辆稳定系统造成干扰,车辆会主动关闭能量回收。在湿滑路面直线行驶时,如果车辆正在进行能量回收,车辆稳定系统会主动调节回收力度,向车轮施加正向扭矩。1、转弯、颠簸路段能量回收主动关闭造成错觉在日常行驶过程中,车辆进行较大转弯、颠簸行进的过程中,能量回收不会启用。如果车辆检测到轮胎可能出现抱死,也会关闭能量回收,车辆稳定系统对前后轮的扭矩重新分配,让车辆平稳前进。也就是说,在能量回收突然消失时,人们会感受到从负向0.3g的加速度减小到0,会有“突然加速”的感觉,但此时车辆只是没有继续减速。2、湿滑路段主动减弱或抵消能量回收造成错觉通过博世ESP hev II,在其控制的后轮处就能产生必要的能量回收制动,与道路摩擦力混合,最大可以达到0.3g。也就是说,如果在正常行驶过程中产生打滑的现象,车辆为取消能量回收让车身稳定系统介入,会让电机加速,以抵消能量回收产生的制动。这里可以得出另一个结论,即便电机为控制制动产生一定的加速度,最大也就0.3g,此时车辆由减速变为匀速,车内乘员出现加速的错觉。并且在以上两个现象中,如果驾驶员踩下刹车,车辆速度会降低,并不会出现踩下刹车后速度加快的现象。这里还要说明,博世ESP hev II的算法由博世提供,出厂即写死,整车厂无法修改。并且,这种能量回收取消时“突然加速”的错觉发生在所有使用博世ESP hev II的电动汽车上。03.有种特殊情况:刹车=油门

前文得出的结论并不能还原整个事故,因此还需要进一步深入分析。从车辆纵向加速度数据中可以发现有一段负向加速度,可以判断,此时发动机(电动机)阻力扭矩控制(EDC)被激活。但是,EDC并不知道制动究竟是来自驾驶员踩下刹车还是能量回收。因此,EDC检查制动灯是否开启,判断车辆的制动来源。Belt假设,在这起事件中,特斯拉Model 3的刹车灯开关可能出现了故障,当驾驶员踩下制动踏板产生0.5g的负向加速度时,制动灯开关并没有显示制动踏板被踩下。此外,由于系统已经知道能量回收已经在转弯前消失,因此得出错误结论:电机应该产生正向0.5g的加速度平衡后轮扭矩。更加危险的是,驾驶员踩下制动踏板越深,车辆产生的负向加速度越大,EDC判断需要平衡的加速度越大,相当于此时的刹车就是油门。04.还原事故发生过程 解释三者数据为何自相矛盾

基于“刹车灯坏了”这一假设,我们基本能还原当天事故发生的全过程。在进入车库前,车辆保持6MPH(约合9.6km/h)的速度前进,由于车辆正在转弯,博世ESP hev II将能量回收关闭。在驾驶员向右转向时,车辆识别到车辆出现转向过度,导致博世ESP hev II的ESC电子稳定控制功能启用。此时,左前轮减速,随着后轮的加速,车辆向左偏移。此时驾驶员意识到车辆实际转向不足,因此向右转向,并踩下制动踏板。由于车辆刹车灯开关损坏,最终导致意外加速撞墙。驾驶员证词、特斯拉日志都显示驾驶员确实踩下了刹车,但EDR数据没有显示,这恰好印证了假设:制动灯开关存在故障。但是,还不能解释为何EDR数据显示加速踏板被踩下,另外也不能解释为何ABS没有启动。1、加速踏板数据收集位置不恰当导致数据有误根据此前的分析基本已经可以确定,驾驶员踩下了制动踏板,即便此时再踩下加速踏板,由于制动踏板权限更高,加速踏板也不会起作用。显然这里又出现了一个矛盾。如果为整个事件画一个流程图就能发现,加速踏板数据获取可以在图中1、2两处进行。在1处进行时,驾驶员踩下踏板才会被记录,但是在2处进行则不相同,EDC传递正向扭矩信息,在此次事件中,采集的读数不是0。

▲整个事件的流程图

这也就能解释为什么EDR数据会有加速踏板被踩下的记录。2、ABS指代不明确EDR数据中的“ABS系统”系统实际上有两种理解方式,广义上讲,它指博世ESP hev II的所有功能,包括ABS、DTC、DBC等。狭义上来讲,它仅指代ABS一项功能。如果EDR数据中“ABS系统”仅指代ABS一项功能,在整个事件过程中,由于ABS未启用,因此EDR数据是正确的。但是,在整个事件发生过程中博世ESP hev II中有三个模块功能确定被激活。需要说明的是,以上8个问题的推理基于同一个假设:刹车灯开关缺陷。因为开关出现问题,博世ESP hev II中的EDC作出错误判断,导致电动机产生正向扭矩,最后车辆加速前进。这一假设得到两个观点的支持:第一,驾驶员证词、特斯拉的调查报告都显示,驾驶员踩下了踏板,EDR数据恰好相反。第二,在过去的十年中,确实有不少汽车制造商因为刹车灯开关的缺陷召回车辆。回到最初的102起特斯拉意外加速事故的记录,在停车减速或转弯离开车位时发生的事故共有70起,其实都能用前文的分析来解释,这些意外加速事故的占比达到70%。而另外30%的意外加速可能还需要进一步研究。05.统计结果:其他车辆也有类似情况

既然特斯拉意外加速和博世ESP以及刹车灯可能有一定关系,那么使用博世智能助力器iBooster的其他车型有没有出现这样的情况呢?从统计结果来看,全球电动汽车基本都采用了带有博世ESP hev II与智能助力器iBooster制动模块,与特斯拉所使用的制动模块完全相同。

▲全球主要汽车制造商电动车制动组件供应商一览

统计结果是令人震惊的。只有后轮驱动的电动汽车、前轮驱动的混动汽车出现过意外加速,而前轮驱动的纯电动车没有发生过意外加速。并且,其中前轮驱动的混动汽车可以证明其燃油发动机导致意外加速,与制动系统无关。Belt博士得出结论:电动汽车都有可能出现意外加速的现象,以下三个前提同时满足会让意外加速概率更高:采用了博世的制动系统、采用后轮驱动或全轮驱动且制动灯开关有缺陷。从宝马i3的一次事故中也能证明这一点。2019年8月,一辆宝马i3在美国檀香山的Kiamuki购物中心停车时突然加速撞进了墙内。

▲2019年8月宝马i3意外加速事故

这辆宝马i3的三电系统与特斯拉完全不同,但二者采用了相同的博世制动系统。这起事故在一定程度上也能证明意外加速和博世ESP hev II可能存在关联,同时两款车的刹车灯可能也存在缺陷。

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