esp的技術(shù)解析和發(fā)展

1、電子穩(wěn)定程序控制,Electronic Stability Program（ESP）,,ESP,ESP概述ESP工作原理ESP的組成結(jié)構(gòu)ESP的用途ESP的發(fā)展方向,1.1防抱死系統(tǒng)（ABS） 防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是根據(jù)不同滑移率下所對應(yīng)的輪胎－地面的附著特性來調(diào)節(jié)制動壓力來防止汽車制動時的車輪抱死。通過充分利用地面附著系數(shù)而獲得較高的地面制動力和側(cè)向力，縮短汽車的制動距離，提高汽車制動的方向穩(wěn)定性，減

2、少輪胎磨損。即便是全力踩剎車，駕駛者也能夠控制車輛的躲避動作，或者是讓車輛在只有一側(cè)車輪有附著力的路面上安全地停車。使用ABS車輛的制動距離通常比車輪抱死時要短。 但是,由于ABS不能解決車輛在濕滑路面上起步和加速時出現(xiàn)的車輪打滑問題，更不能避免車輛發(fā)生側(cè)滑，因此，在ABS的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展出了牽引力控制系統(tǒng)(TCS)。,ESP概述,1.2牽引力控制系統(tǒng)(TCS) 牽

3、引力控制系統(tǒng)（Traction Control System——TCS),又稱為驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)（Anti Slip Regulation——ASR）, TCS解決車輛在光滑路面打滑的棘手難題。功能是防止汽車尤其是大馬力的車子在起步或加速時，如果某個車輪出現(xiàn)了打滑的趨勢(輪速傳感器不斷監(jiān)視著每個車輪)，TCS會通過對發(fā)動機和制動的立即干預(yù)避免車輪打滑。使車輛能夠安全地起步或加速。保持良好的操控性及盡可能利用車輪－路面間縱向附著能力，提供

4、最適當(dāng)?shù)尿?qū)動力，達到良好的行車安全。它還有助于避免車輛在急加速過彎時發(fā)生甩尾。,1.3電子穩(wěn)定程序控制(ESP) ESP的效能超越了兩個系統(tǒng)的功能結(jié)合：除了影響橫向動態(tài)性能外，而且還具有防止車輛在行駛時側(cè)滑的功能。它通過傳感器對車輛的動態(tài)進行監(jiān)測，必要時會對某一個車輪或者某幾個車輪進行制動．甚至發(fā)動機的動力輸出。能夠識別危險狀況，并無需駕駛者任何動作而自行采取行動。 ESP提高了所有駕駛工況下的

5、主動安全性。尤其是在轉(zhuǎn)彎工況下，即是在橫向力起作用的情況下，ESP能維持車輛穩(wěn)定和保持車輛在車道上正確行駛。ABS和TCS只在縱向起作用。ESP結(jié)合了側(cè)滑率傳感器，并集成橫向加速度傳感器及轉(zhuǎn)向角度傳感器。此外，ESP應(yīng)用了ABS/TCS的所有部件，并基于功能更強大的新一代電子控制單元。,1.4ESP的類型目前ESP有3種類型：a． 4通道或4輪系統(tǒng)。能自動地向4個車輪獨立施加制動力。b． 2通道系統(tǒng)。只能對2個前輪獨立施加制動力。

6、c． 3通道系統(tǒng)。能對2個前輪獨立施加制動力，而對后輪只能一同施加制動力。,實際上ESP是一套電腦程序，通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析，進而向ABS、TCS發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。ESP的電腦會計算出保持車身穩(wěn)定的理論數(shù)值，再比較由側(cè)滑率傳感器和加速度傳感器所測得的數(shù)據(jù)，發(fā)出平衡、糾偏指令。 主要控制偏航率。轉(zhuǎn)向不足，會產(chǎn)生向理想軌跡曲線外側(cè)的偏離傾向，而轉(zhuǎn)向過度則正好相反，向內(nèi)側(cè)偏離。,ESP的工作原理

7、,具體的糾偏工作是這樣實現(xiàn)的:ESP通過TCS裝置牽制發(fā)動機的動力輸出，同時指揮ABS對各個車輪進行有目的的剎車，產(chǎn)生一個反橫擺力矩，將車輛帶回到所希望的軌跡曲線上來。比如轉(zhuǎn)向不足時，剎車力會作用在曲線內(nèi)側(cè)的后輪上；而在嚴重轉(zhuǎn)向過度時會出現(xiàn)甩尾，這種傾向可以通過對曲線外側(cè)的前輪進行剎車得到糾正。,2．3不足轉(zhuǎn)向時的控制策略 ESP判別汽車具有較大的不足轉(zhuǎn)向傾向，控制系統(tǒng)會自動對位于彎道內(nèi)側(cè)的后輪實施瞬時制動，以產(chǎn)生預(yù)定的滑移率

8、，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動力迅速增大，于是產(chǎn)生了一個與橫擺方向相同的橫擺力矩。此外還獲得了兩個附帶的減少不足轉(zhuǎn)向傾向的因素。首先，由于制動而使車速降低；其次，由于差速器的作用，對內(nèi)側(cè)后輪制動從而導(dǎo)致外側(cè)后輪被加速，即外側(cè)后輪受到的驅(qū)動力增加而側(cè)向力減少，于是產(chǎn)生了又一個所期望的橫擺力矩。,2．4過度轉(zhuǎn)向時的控制策略 在出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向時，驅(qū)動力分配系統(tǒng)就會降低驅(qū)動力矩，以提高后軸的側(cè)向附著力。地面作用于后軸的側(cè)

9、向力相應(yīng)會提高，從而產(chǎn)生一個與過度轉(zhuǎn)向相反的橫擺力矩。位于彎道外側(cè)的非驅(qū)動前輪開始時幾乎不滑動，若僅依靠動力分配系統(tǒng)還不能制止開始發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，控制系統(tǒng)將自動對該前輪實施瞬時制動，使它產(chǎn)生較高的滑移率，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動力迅速增大，于是也產(chǎn)生一個與橫擺方向相反的橫擺力矩。由于對一個前輪制動，車速也會降低，從而獲得了一個附帶產(chǎn)生的有利于穩(wěn)定性的因素。,ESP 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),1、帶有ECU液壓調(diào)節(jié)器2、輪速傳感器3、

10、轉(zhuǎn)角傳感器4、側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器5、與發(fā)動機管理系統(tǒng)的通信,ESP系統(tǒng)由傳統(tǒng)制動系統(tǒng)、傳感器、液壓調(diào)節(jié)器、汽車穩(wěn)定性控制電子控制單元和輔助系統(tǒng)組成，在電腦實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下，對發(fā)動機及控制系統(tǒng)進行干預(yù)和調(diào)控。 在汽車行駛過程中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度，車速傳感器監(jiān)測車速、節(jié)氣門開度，制動主缸壓力傳感器監(jiān)測制動力，而側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器則監(jiān)測汽車的橫擺和側(cè)傾速

11、度。ECU根據(jù)這些信息，通過計算后判斷汽車要正常安全行駛和駕駛者操縱汽車意圖的差距，然后由ECU發(fā)出指令，調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動力，如果實際行駛軌跡與期望的行駛軌跡發(fā)生偏差，則ESP系統(tǒng)自動控制對某一車輪施加制動，從而修正汽車的過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向，以避免汽車打滑、轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足和抱死，從而保證汽車的行駛安全。,3.1 附ECU的液壓模塊,液壓模塊執(zhí)行ECU指令，并通過電磁閥調(diào)整各車輪制動缸的制動力。它位于發(fā)動機艙，布置在制動

12、主缸與車輪制動分缸之間，因此，確保了制動主缸與車輪制動分缸之間的制動管路能得以縮短。如同擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)控制功能一樣，ECU也接管了系統(tǒng)所有電氣和電子的控制職能。,3.2 輪速傳感器,ECU根據(jù)來自輪速傳感器的信號計算車輪的轉(zhuǎn)速。有兩種不同工作原理的傳感器：被動式（感應(yīng)）和主動式（霍爾）速度傳感器。主動式傳感器正變得越來越為普及。它們應(yīng)用磁場對輪速進行非接觸式檢測，同時還具備識別車輪旋轉(zhuǎn)方向和停轉(zhuǎn)的能力。,3.3轉(zhuǎn)向角度傳感器,它監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)

13、的角度，幫助確定汽車行駛方向是否正確。結(jié)合來自輪速傳感器和轉(zhuǎn)向角度傳感器的輸入信息，ECU計算出車輛的目標動作。轉(zhuǎn)向角度傳感器的工作范圍（量程）為720°。在方向盤滿舵轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，其誤差在5°之內(nèi)。,3.4側(cè)滑率和加速度傳感器,側(cè)滑率傳感器記錄汽車繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)，確定汽車側(cè)滑與否。旋轉(zhuǎn)的角度取決于由ECU測得的橫向加速值，并且監(jiān)測車輛轉(zhuǎn)向的數(shù)據(jù)。并將從其它傳感器傳來的信號整合，判定駕駛者的意圖與實際車輛動態(tài)，進而取

14、用修正后的參數(shù)，以示毒殺剎車力或減低動力的方式調(diào)整。,3.5 與發(fā)動機管理系統(tǒng)的通訊,發(fā)動機管理系統(tǒng)集成： ECU、加速踏板傳感器、節(jié)氣門執(zhí)行器、燃油噴射器、點火模塊 電子控制單元是ESP控制系統(tǒng)的核心部件，它一般具有兩個微處理器，一個用來計算控制邏輯，一個用于故障診斷和處理，兩個微處理器通過內(nèi)部總線相互交換信息。除了微處理器以外，ＥＣＵ還包括電源管理模塊、傳感器信號輸入模塊、液壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動模塊、各種指示燈接口以及Ｃ

15、ＡＮ總線通訊接口等。現(xiàn)在的ＥＣＵ大多與液壓調(diào)節(jié)器安裝在一起，通過電磁線圈與電磁閥閥芯之間的電磁耦合連接，這樣不僅減少了連線的長度，又結(jié)構(gòu)緊湊。,3.6液壓調(diào)節(jié)器,液壓調(diào)節(jié)器是ESP控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)與ABS/TCS液壓調(diào)節(jié)器相似，只是為了提高響應(yīng)速度，ESP控制系統(tǒng)的液壓調(diào)節(jié)器比ABS/TCS液壓調(diào)節(jié)器多了預(yù)壓泵（PCP： Precharge Pump ）和壓力生成器（PGA： Pressure Generator

16、 Assembly）。,博世液壓調(diào)節(jié)器HU5．0的結(jié)構(gòu)圖,ESP的用途,ESP系統(tǒng)的出現(xiàn)，極大地改善了汽車在行駛過程中的安全性和操縱性，特別是在路況很差，路面被雨水和冰雪覆蓋時，ESP控制系統(tǒng)在車輛行駛過程中，始終監(jiān)測車的運動狀態(tài)，尤其是與轉(zhuǎn)向相關(guān)的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定的預(yù)兆，ESP控制系統(tǒng)便實時予以修正，從而使汽車的行駛安全性大大提高，駕車人員感覺更靈活，更快捷，更安全。ESP系統(tǒng)使汽車在極限狀況下更容易操縱，它可以降低汽車突然轉(zhuǎn)

17、向時的危險，提高方向穩(wěn)定性。ESP系統(tǒng)可以辯識汽車的趨向，并且做出反應(yīng)，它可在單個車輪上施加制動力，從而產(chǎn)生附加橫擺調(diào)節(jié)力矩，幫助汽車回到正確的方向上來。,ESP降低事故風(fēng)險 當(dāng)不得不采取緊急避讓動作時，也許彎道比預(yù)料的還要急拐，或者路面狀況突然發(fā)生變化時。德國保險公司協(xié)會推薦所有尺寸規(guī)格的乘用車都將ESP作為標準裝置．　4.2 ESP避免打滑　 德國保險公司協(xié)會通過對受調(diào)查事件碰撞之前情況的研究，顯示25%導(dǎo)致嚴

18、重人員傷害事故的車輛發(fā)生了打滑。ESP極大地提高對車輛的操控機會。,ESP避免側(cè)面碰撞 研究也證實了碰撞死亡事故中有60%因側(cè)面碰撞所致。ESP意識到打滑的危險，并在車道上穩(wěn)定車輛，因此能幫助駕駛者保持操縱，以避免危險。 4.4 ESP增強被動駕駛安全性 德國保險公司協(xié)會事故分析得出結(jié)論：裝備ESP后發(fā)生打滑的風(fēng)險很小，車輛能夠保持循跡及前向行駛。如果安裝了ESP的車輛發(fā)生了碰撞事故，它常常也是由車輛前端吸能區(qū)

19、的潰變來吸收碰撞能量，而不是自身安全防護措施較少的車身側(cè)面（車輛發(fā)生打滑碰撞時，所有的沖擊能量都集中在車身側(cè)面上了）。ESP因此能大大降低碰撞風(fēng)險和保障車內(nèi)乘員的安全。,(1)避讓始料不及的障礙物 在悠長平整的路面上交替進行著超車和變道。突然出現(xiàn)一個障礙物。,(2)路程的錯誤估計 行駛于蜿蜒曲折的山路。下一彎道始料不及地出現(xiàn)。,(3)始料不及的新狀況 冰雪路面、彎道上的濕樹葉或者鵝卵石路旁的鐵軌。,無論是在彎道或緊急避讓狀

20、態(tài)，還是在制動、加速過程中。或是車輪打滑時。一旦實際狀態(tài)變得危急，ESP都能利用之前講過的原理來增加車輛行駛的方向穩(wěn)定性，同時ESP還能縮短ABS在彎道上和對開路面(車輛的一側(cè)為光滑路面）上的制動距離。 不管什么樣的電子穩(wěn)定系統(tǒng)不是萬能的。ESP只有在輪胎與地面之間還有附著力時，才能控制使車輛保持穩(wěn)定。如果車速超過了一定值，ESP系統(tǒng)也會不起作用。,ESP系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù),ESP 系統(tǒng)的開發(fā)有賴于以下幾個關(guān)鍵技術(shù)的

21、突破： 4.1傳感技術(shù)的改進 在 ESP 系統(tǒng)中使用的傳感器有汽車橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、制動壓力傳感器及節(jié)氣門開度傳感器等，它們都是 ESP 系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。提高他們的可靠性并降低成本一直是這方面的開發(fā)人員追求的目標。,4.2體積小、重量輕、低成本液壓制動作動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 這方面BOSCH公司在ESP系統(tǒng)中采用的結(jié)構(gòu)有一定的代表性，其液壓作動系統(tǒng)由預(yù)加

22、壓泵(Precharge Pump，簡稱為PCP)+壓力產(chǎn)生裝置(Pressure Generator Assembly)+液壓單元HU5．0所構(gòu)成,4.3ECU的軟、硬件設(shè)計 由于 ESP 的 ECU需要估計車輛運行的狀態(tài)變量和計算相應(yīng)的運動控制量，所以計算處理能力和程序容量要比 ABS 系統(tǒng)大數(shù)倍。一般采用多 CPU 結(jié)構(gòu)。而 ECU 軟計算的研究則是研究的重中之重，基于模型的現(xiàn)代控制理論已經(jīng)很難適應(yīng) ESP 這樣一個復(fù)雜

23、系統(tǒng)的控制，必須尋求魯棒性較強的非線性控制算法。,4.4通過 CAN 完善控制功能 ESP 的 ECU與發(fā)動機、傳動系的 ECU通過 CAN互聯(lián)，使其能更好地發(fā)揮控制功能。例如自動變速器將當(dāng)前的機械傳動比、液力變矩器變矩比和所在檔位等信息傳給 ESP，以估算驅(qū)動輪上的驅(qū)動力。當(dāng) ESP 識別出是在低附著系數(shù)路面時，它會禁止駕駛員掛低檔。在這種路面上起步時，ESP會告知傳動系 ECU應(yīng)事先掛入二檔，這將顯著改善大功率轎車的起步舒適