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(dòng)系統(tǒng)(ABS)是根據(jù)不同滑移率下所對(duì)應(yīng)的輪胎－地面的附著特性來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力來(lái)防止汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的車(chē)輪抱死。通過(guò)充分利用地面附著系數(shù)而獲得較高的地面制動(dòng)力和側(cè)向力，縮短汽車(chē)的制動(dòng)距離，提高汽車(chē)制動(dòng)的方向穩(wěn)定性，減

2、少輪胎磨損。即便是全力踩剎車(chē)，駕駛者也能夠控制車(chē)輛的躲避動(dòng)作，或者是讓車(chē)輛在只有一側(cè)車(chē)輪有附著力的路面上安全地停車(chē)。使用ABS車(chē)輛的制動(dòng)距離通常比車(chē)輪抱死時(shí)要短。 但是,由于ABS不能解決車(chē)輛在濕滑路面上起步和加速時(shí)出現(xiàn)的車(chē)輪打滑問(wèn)題，更不能避免車(chē)輛發(fā)生側(cè)滑，因此，在ABS的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(dòng)防滑控制系統(tǒng)（Anti Slip Regulation——ASR）, TCS解決車(chē)輛在光滑路面打滑的棘手難題。功能是防止汽車(chē)尤其是大馬力的車(chē)子在起步或加速時(shí)，如果某個(gè)車(chē)輪出現(xiàn)了打滑的趨勢(shì)(輪速傳感器不斷監(jiān)視著每個(gè)車(chē)輪)，TCS會(huì)通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)的立即干預(yù)避免車(chē)輪打滑。使車(chē)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(chē)輪－路面間縱向附著能力，提供

4、最適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)力，達(dá)到良好的行車(chē)安全。它還有助于避免車(chē)輛在急加速過(guò)彎時(shí)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(gè)系統(tǒng)的功能結(jié)合：除了影響橫向動(dòng)態(tài)性能外，而且還具有防止車(chē)輛在行駛時(shí)側(cè)滑的功能。它通過(guò)傳感器對(duì)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必要時(shí)會(huì)對(duì)某一個(gè)車(chē)輪或者某幾個(gè)車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)．甚至發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。能夠識(shí)別危險(xiǎn)狀況，并無(wú)需駕駛者任何動(dòng)作而自行采取行動(dòng)。 ESP提高了所有駕駛工況下的

5、主動(dòng)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(chē)輛穩(wěn)定和保持車(chē)輛在車(chē)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(qiáng)大的新一代電子控制單元。,1.4ESP的類(lèi)型目前ESP有3種類(lèi)型：a． 4通道或4輪系統(tǒng)。能自動(dòng)地向4個(gè)車(chē)輪獨(dú)立施加制動(dòng)力。b． 2通道系統(tǒng)。只能對(duì)2個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力。

6、c． 3通道系統(tǒng)。能對(duì)2個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力，而對(duì)后輪只能一同施加制動(dòng)力。,實(shí)際上ESP是一套電腦程序，通過(guò)對(duì)從各傳感器傳來(lái)的車(chē)輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，進(jìn)而向ABS、TCS發(fā)出糾偏指令，來(lái)幫助車(chē)輛維持動(dòng)態(tài)平衡。ESP的電腦會(huì)計(jì)算出保持車(chē)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(cè)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(huì)產(chǎn)生向理想軌跡曲線外側(cè)的偏離傾向，而轉(zhuǎn)向過(guò)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(shí)現(xiàn)的:ESP通過(guò)TCS裝置牽制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，同時(shí)指揮ABS對(duì)各個(gè)車(chē)輪進(jìn)行有目的的剎車(chē)，產(chǎn)生一個(gè)反橫擺力矩，將車(chē)輛帶回到所希望的軌跡曲線上來(lái)。比如轉(zhuǎn)向不足時(shí)，剎車(chē)力會(huì)作用在曲線內(nèi)側(cè)的后輪上；而在嚴(yán)重轉(zhuǎn)向過(guò)度時(shí)會(huì)出現(xiàn)甩尾，這種傾向可以通過(guò)對(duì)曲線外側(cè)的前輪進(jìn)行剎車(chē)得到糾正。,2．3不足轉(zhuǎn)向時(shí)的控制策略 ESP判別汽車(chē)具有較大的不足轉(zhuǎn)向傾向，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)位于彎道內(nèi)側(cè)的后輪實(shí)施瞬時(shí)制動(dòng)，以產(chǎn)生預(yù)定的滑移率

8、，導(dǎo)致該車(chē)輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動(dòng)力迅速增大，于是產(chǎn)生了一個(gè)與橫擺方向相同的橫擺力矩。此外還獲得了兩個(gè)附帶的減少不足轉(zhuǎn)向傾向的因素。首先，由于制動(dòng)而使車(chē)速降低；其次，由于差速器的作用，對(duì)內(nèi)側(cè)后輪制動(dòng)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(dòng)力增加而側(cè)向力減少，于是產(chǎn)生了又一個(gè)所期望的橫擺力矩。,2．4過(guò)度轉(zhuǎn)向時(shí)的控制策略 在出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向時(shí)，驅(qū)動(dòng)力分配系統(tǒng)就會(huì)降低驅(qū)動(dòng)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(huì)提高，從而產(chǎn)生一個(gè)與過(guò)度轉(zhuǎn)向相反的橫擺力矩。位于彎道外側(cè)的非驅(qū)動(dòng)前輪開(kāi)始時(shí)幾乎不滑動(dòng)，若僅依靠動(dòng)力分配系統(tǒng)還不能制止開(kāi)始發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)該前輪實(shí)施瞬時(shí)制動(dòng)，使它產(chǎn)生較高的滑移率，導(dǎo)致該車(chē)輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動(dòng)力迅速增大，于是也產(chǎn)生一個(gè)與橫擺方向相反的橫擺力矩。由于對(duì)一個(gè)前輪制動(dòng)，車(chē)速也會(huì)降低，從而獲得了一個(gè)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(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的通信,ESP系統(tǒng)由傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)、傳感器、液壓調(diào)節(jié)器、汽車(chē)穩(wěn)定性控制電子控制單元和輔助系統(tǒng)組成，在電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的前提下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控。 在汽車(chē)行駛過(guò)程中，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測(cè)駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度，車(chē)速傳感器監(jiān)測(cè)車(chē)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，制動(dòng)主缸壓力傳感器監(jiān)測(cè)制動(dòng)力，而側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器則監(jiān)測(cè)汽車(chē)的橫擺和側(cè)傾速

11、度。ECU根據(jù)這些信息，通過(guò)計(jì)算后判斷汽車(chē)要正常安全行駛和駕駛者操縱汽車(chē)意圖的差距，然后由ECU發(fā)出指令，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車(chē)輪上的制動(dòng)力，如果實(shí)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(dòng)控制對(duì)某一車(chē)輪施加制動(dòng)，從而修正汽車(chē)的過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向，以避免汽車(chē)打滑、轉(zhuǎn)向過(guò)度、轉(zhuǎn)向不足和抱死，從而保證汽車(chē)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(guò)電磁閥調(diào)整各車(chē)輪制動(dòng)缸的制動(dòng)力。它位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，布置在制動(dòng)

12、主缸與車(chē)輪制動(dòng)分缸之間，因此，確保了制動(dòng)主缸與車(chē)輪制動(dòng)分缸之間的制動(dòng)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(lái)自輪速傳感器的信號(hào)計(jì)算車(chē)輪的轉(zhuǎn)速。有兩種不同工作原理的傳感器：被動(dòng)式（感應(yīng)）和主動(dòng)式（霍爾）速度傳感器。主動(dòng)式傳感器正變得越來(lái)越為普及。它們應(yīng)用磁場(chǎng)對(duì)輪速進(jìn)行非接觸式檢測(cè)，同時(shí)還具備識(shí)別車(chē)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(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)旋轉(zhuǎn)

13、的角度，幫助確定汽車(chē)行駛方向是否正確。結(jié)合來(lái)自輪速傳感器和轉(zhuǎn)向角度傳感器的輸入信息，ECU計(jì)算出車(chē)輛的目標(biāo)動(dòng)作。轉(zhuǎn)向角度傳感器的工作范圍（量程）為720°。在方向盤(pán)滿舵轉(zhuǎn)動(dòng)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(chē)?yán)@垂直軸線的旋轉(zhuǎn)，確定汽車(chē)側(cè)滑與否。旋轉(zhuǎn)的角度取決于由ECU測(cè)得的橫向加速值，并且監(jiān)測(cè)車(chē)輛轉(zhuǎn)向的數(shù)據(jù)。并將從其它傳感器傳來(lái)的信號(hào)整合，判定駕駛者的意圖與實(shí)際車(chē)輛動(dòng)態(tài)，進(jìn)而取

14、用修正后的參數(shù)，以示毒殺剎車(chē)力或減低動(dòng)力的方式調(diào)整。,3.5 與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的通訊,發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)集成： ECU、加速踏板傳感器、節(jié)氣門(mén)執(zhí)行器、燃油噴射器、點(diǎn)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(gè)微處理器，一個(gè)用來(lái)計(jì)算控制邏輯，一個(gè)用于故障診斷和處理，兩個(gè)微處理器通過(guò)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(hào)輸入模塊、液壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)模塊、各種指示燈接口以及Ｃ

15、ＡＮ總線通訊接口等?，F(xiàn)在的ＥＣＵ大多與液壓調(diào)節(jié)器安裝在一起，通過(guò)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(zhǎng)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(jī)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(chē)在行駛過(guò)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(shí)，ESP控制系統(tǒng)在車(chē)輛行駛過(guò)程中，始終監(jiān)測(cè)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，尤其是與轉(zhuǎn)向相關(guān)的運(yùn)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(shí)時(shí)予以修正，從而使汽車(chē)的行駛安全性大大提高，駕車(chē)人員感覺(jué)更靈活，更快捷，更安全。ESP系統(tǒng)使汽車(chē)在極限狀況下更容易操縱，它可以降低汽車(chē)突然轉(zhuǎn)

17、向時(shí)的危險(xiǎn)，提高方向穩(wěn)定性。ESP系統(tǒng)可以辯識(shí)汽車(chē)的趨向，并且做出反應(yīng)，它可在單個(gè)車(chē)輪上施加制動(dòng)力，從而產(chǎn)生附加橫擺調(diào)節(jié)力矩，幫助汽車(chē)回到正確的方向上來(lái)。,ESP降低事故風(fēng)險(xiǎn) 當(dāng)不得不采取緊急避讓動(dòng)作時(shí)，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(shí)。德國(guó)保險(xiǎn)公司協(xié)會(huì)推薦所有尺寸規(guī)格的乘用車(chē)都將ESP作為標(biāo)準(zhǔn)裝置．　4.2 ESP避免打滑　 德國(guó)保險(xiǎn)公司協(xié)會(huì)通過(guò)對(duì)受調(diào)查事件碰撞之前情況的研究，顯示25%導(dǎo)致嚴(yán)

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

19、的潰變來(lái)吸收碰撞能量，而不是自身安全防護(hù)措施較少的車(chē)身側(cè)面（車(chē)輛發(fā)生打滑碰撞時(shí)，所有的沖擊能量都集中在車(chē)身側(cè)面上了）。ESP因此能大大降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)和保障車(chē)內(nèi)乘員的安全。,(1)避讓始料不及的障礙物 在悠長(zhǎng)平整的路面上交替進(jìn)行著超車(chē)和變道。突然出現(xiàn)一個(gè)障礙物。,(2)路程的錯(cuò)誤估計(jì) 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?tīng)顩r 冰雪路面、彎道上的濕樹(shù)葉或者鵝卵石路旁的鐵軌。,無(wú)論是在彎道或緊急避讓狀

20、態(tài)，還是在制動(dòng)、加速過(guò)程中?；蚴擒?chē)輪打滑時(shí)。一旦實(shí)際狀態(tài)變得危急，ESP都能利用之前講過(guò)的原理來(lái)增加車(chē)輛行駛的方向穩(wěn)定性，同時(shí)ESP還能縮短ABS在彎道上和對(duì)開(kāi)路面(車(chē)輛的一側(cè)為光滑路面）上的制動(dòng)距離。 不管什么樣的電子穩(wěn)定系統(tǒng)不是萬(wàn)能的。ESP只有在輪胎與地面之間還有附著力時(shí)，才能控制使車(chē)輛保持穩(wěn)定。如果車(chē)速超過(guò)了一定值，ESP系統(tǒng)也會(huì)不起作用。,ESP系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù),ESP 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有賴于以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的

21、突破： 4.1傳感技術(shù)的改進(jìn) 在 ESP 系統(tǒng)中使用的傳感器有汽車(chē)橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、制動(dòng)壓力傳感器及節(jié)氣門(mén)開(kāi)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(kāi)發(fā)人員追求的目標(biāo)。,4.2體積小、重量輕、低成本液壓制動(dòng)作動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(dòng)系統(tǒng)由預(yù)加

22、壓泵(Precharge Pump，簡(jiǎn)稱為PCP)+壓力產(chǎn)生裝置(Pressure Generator Assembly)+液壓?jiǎn)卧狧U5．0所構(gòu)成,4.3ECU的軟、硬件設(shè)計(jì) 由于 ESP 的 ECU需要估計(jì)車(chē)輛運(yùn)行的狀態(tài)變量和計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制量，所以計(jì)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(jì)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(gè)復(fù)雜

23、系統(tǒng)的控制，必須尋求魯棒性較強(qiáng)的非線性控制算法。,4.4通過(guò) CAN 完善控制功能 ESP 的 ECU與發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系的 ECU通過(guò) CAN互聯(lián)，使其能更好地發(fā)揮控制功能。例如自動(dòng)變速器將當(dāng)前的機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng) ESP 識(shí)別出是在低附著系數(shù)路面時(shí)，它會(huì)禁止駕駛員掛低檔。在這種路面上起步時(shí)，ESP會(huì)告知傳動(dòng)系 ECU應(yīng)事先掛入二檔，這將顯著改善大功率轎車(chē)的起步舒適