汽車電子穩(wěn)定程序esp系統(tǒng)論文

本科生畢業(yè)論文本科生畢業(yè)論文題題 目目: :汽車電子穩(wěn)定程序控制汽車電子穩(wěn)定程序控制 ESPESP 系統(tǒng)系統(tǒng)學(xué)生姓名學(xué)生姓名: : 專專 業(yè)業(yè): : 班班 級級: : 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: : 2011 年 01月摘摘 要要汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)或動態(tài)偏航穩(wěn)定控制系統(tǒng)(Electronic Stability Program，ESP)是防抱死制動系統(tǒng)ABS、驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)ASR、電子制動力分配系統(tǒng)EBD、牽引力控制系統(tǒng)TCS和主動車身橫擺控制系統(tǒng)AYC(Active Yaw Contr01)等基本功能的組合，是一種汽車新型主動安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)是德國博世公司(BOSCH)和梅塞德斯一奔馳(MERCEDESBENZ)公司聯(lián)合開發(fā)的汽車底盤電子控制系統(tǒng)。汽車電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)除了具有ABS和TCS的功能之外，更是一種智能的主動安全系統(tǒng)，它通過高度靈敏的傳感器時刻監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)，并通過計算分析判定車輛行駛方向是否偏離駕駛員的操作意圖，識別出危險情況，并提前裁決出可行的干預(yù)措施使車輛恢復(fù)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)。汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）能夠糾正汽車的各種不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，提高汽車線內(nèi)行駛的穩(wěn)定性，縮短在彎道或濕滑路面上緊急制動時的制動距離。為了提高車輛的動力學(xué)性能，還可以在ESP轉(zhuǎn)向功能的基礎(chǔ)上繼續(xù)引入諸如可調(diào)減震器、主動穩(wěn)定性控制和可調(diào)彈簧等的電子底盤控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：ESPESP 主動安全系統(tǒng)主動安全系統(tǒng) ABSABS 電子控制電子控制 目目 錄錄緒 論.1第一章 ESP 電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡介 .31.1 ESP 電子穩(wěn)定系統(tǒng)概念 .31.2 ESP 的功能與組成 .31.3 ESP 工作原理與工作過程 .6第二章 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)分析.92.1 ESP 系統(tǒng)的控制原理 .92.2 ESP 系統(tǒng)特點和性能 .92.3 ESP 系統(tǒng)的應(yīng)用 .102.4 ESP 系統(tǒng)的可靠性 .112.5 汽車底盤電子控制系統(tǒng)的發(fā)展 .112.6 新一代 ESP .12第三章 第二代汽車電子穩(wěn)定程序 ESPII .133.1 ESPII 的系統(tǒng)及組件 .133.2 ESP轉(zhuǎn)向控制功能 .143.3 系統(tǒng)集成控制 .16結(jié) 束 語.18參考文獻.19致 謝.20緒緒 論論20世紀80年代，日本鈴木公司首次開發(fā)出電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electrical Power Steering，簡稱EPS)，在此之后，日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司及本田汽車公司均研制出適合各自車型的EPS。日本精工已成為世界最大的EPS生產(chǎn)廠，占全球的30%，日本光洋2006年已達到800萬套，日本豐田從2003年開始批量生產(chǎn)P-EPS，年產(chǎn)已上100萬套，美國的Delphi公司、TRW公司已經(jīng)成功開發(fā)出EPS系統(tǒng)，大大促進了EPS技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過近20年的發(fā)展，EPS技術(shù)日趨完善，其應(yīng)用范圍從最初的微型轎車配套向負荷較大的中、高檔型轎車配套發(fā)展。國外生產(chǎn)的中低檔小型、微型汽車大都備配了電動助力轉(zhuǎn)向器，在部分中檔轎車和高級轎車上已經(jīng)得到應(yīng)用，在中型車輛和重型車輛的應(yīng)用也已處于研究階段。2006年EPS的市場占有率已達到30。2006年，國內(nèi)汽車產(chǎn)銷均超過500萬，目前國內(nèi)開發(fā)的EPS主要針對16排量以下的中小型汽車，而16排量以下的汽車約占70左右，因此市場潛力巨大。當(dāng)前國內(nèi)實際安裝EPS的汽車已達到15，主要是昌河北斗星、哈飛路寶等，轎車有廣州本田飛渡、上海大眾途安、長安雨燕、一汽天津花冠30、一汽大眾開迪及鄭州日產(chǎn)MPV旅行車，這些廠家都在尋求國產(chǎn)化合作伙伴。批量安裝國產(chǎn)EPS的車型有：愛迪爾車、新雅圖轎車及吉利轎車；小批安裝國產(chǎn)EPS的車型有天津夏利、雙環(huán)S6“小貴族”汽車；正在試裝EPS的車型有：天津夏利X121轎車、福瑞達面包車、奇瑞QQ轎車及楊子皮卡等車型。一汽轎車也準備安裝國產(chǎn)電動轉(zhuǎn)向器，正在尋求有實力的合作伙伴。重慶長安鈴木、長安福特準備在其生產(chǎn)的新車型中試裝電動轉(zhuǎn)向器。研制EPS的廠家和科研院所已有好幾十家，其中科研院所有清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、天津大學(xué)、吉林大學(xué)及重慶大學(xué)等。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向器廠家有湖北恒隆、南京標準件廠、杭州萬向集團、重慶馳騁、天津津豐、浙江萬達、浙江雙輝劍、杭州世寶、躍進汽車轉(zhuǎn)向器公司及豫北光洋等廠家。但由于EPS為機電一體的高科技產(chǎn)品，傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向器廠家缺乏控制器開發(fā)方面的電子專家；而科研院所重于理論研究，缺乏實際經(jīng)驗和批生產(chǎn)建線的能力，因而EPS研制進展較慢。第一章第一章 ESP 電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡介電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡介1.11.1 ESPESP 電子穩(wěn)定系統(tǒng)概念電子穩(wěn)定系統(tǒng)概念ESP是電子穩(wěn)定程序(Electronic Stability Programme)的簡稱。屬于車輛的主動安全，人們也可稱之為動態(tài)駕駛控制系統(tǒng)。ESP以ABS制動防抱死系統(tǒng)與ASR牽引力控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、側(cè)向加速度傳感器等信息，通過對車輪制動器和發(fā)動機動力的控制，實現(xiàn)對側(cè)滑的糾正。因此，ESP整合了ABS和ASR的功能，并大大拓展了其功能范圍。1.21.2 ESPESP 的功能與組成的功能與組成1.2.1 ESP 的功能的功能ESP能保證在轉(zhuǎn)向狀態(tài)下車輛的穩(wěn)定性(橫向)，避免車輛產(chǎn)生側(cè)滑。ESP能以25次秒的頻率對駕駛員的行駛意圖和實際行駛情況進行檢測，在轉(zhuǎn)向狀態(tài)下，能自動根據(jù)車輛的狀態(tài)，有針對性地單獨制動各個車輪，或控制發(fā)動機、自動變速器的狀態(tài)使車輛保持穩(wěn)定行駛。ABS是在制動的狀態(tài)下保持車輛的穩(wěn)定性，避免車輪抱死；TCS(ASR)是在起步或加速的狀態(tài)下保持車輛的穩(wěn)定性,避免車輪打滑。1躲避前方突然出現(xiàn)的障礙物緊急制動，猛打方向盤，車輛有轉(zhuǎn)向不足傾向。ESP工作，增加左后輪制動壓力，車輛按照轉(zhuǎn)向意圖行駛。恢復(fù)正常的行駛路線，車輛有轉(zhuǎn)向過度的傾向，在左前輪施加制動力。車輛保持穩(wěn)定。2在急轉(zhuǎn)彎車道上高速行駛車輛有甩尾傾向。自動在右前輪上施加制動力。車輛保持穩(wěn)定。車輛有甩尾傾向。自動在左前輪上施加制動力。車輛保持穩(wěn)定。3在地面附著力不同路面行駛車輛表現(xiàn)出轉(zhuǎn)向不足的趨勢，即將跑偏。ESP發(fā)揮作用，增加后右輪制動力的同時，降低發(fā)動機輸出扭矩。從濕滑路面駛?cè)敫稍锫范?，車輛保持穩(wěn)定。1.22 ESP 的組成的組成BOSCH和IrI-r為兩個ESP的生產(chǎn)廠家，他們ESP的設(shè)計原理和基本結(jié)構(gòu)是相同的，不同的是組成元件，在備件使用上應(yīng)注意其對應(yīng)系統(tǒng)。1 1 ESP組成(見圖1)：2 2ESP主要部件(見圖2)：圖2 ESP主要部件(1)ESP控制單元：為保障系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)中有兩個處理器，兩個處理器用同樣的軟件處理信號數(shù)據(jù)。并相互監(jiān)控比較?？刂茊卧霈F(xiàn)故障，駕駛者仍可做一般的制動操作，但ABSEBSASRESP功能失效。(2)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器：G85位于轉(zhuǎn)向燈開關(guān)和方向盤之間。向控制單元傳送方向盤轉(zhuǎn)動角度，測量的角度為正負720度，對應(yīng)方向盤轉(zhuǎn)4圈。無該傳感信號車輛無法確定行駛方向，ESP失效。(3)組合傳感器：組合傳感器包括橫向加速度傳感器G200和偏轉(zhuǎn)率傳感器G202，集中在一個艙盒內(nèi)，位于副儀表臺內(nèi)煙灰缸下方，此處為整車的重心位置。a橫向加速度傳感器：確定車輛是否受到使車輛發(fā)生滑移作用的側(cè)向力以及側(cè)向力的大小。無該信號控制單元將無法計算出車輛的實際行駛狀態(tài)ESP功能失效。b偏轉(zhuǎn)率傳感器：確定車輛是否沿垂直軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，并提供轉(zhuǎn)動速率。沒有橫擺率測量值，控制單元無法確定車輛是否發(fā)生轉(zhuǎn)向ESP功能失效。(4)制動壓力傳感器：通知控制單元制動系統(tǒng)的實際壓力，控制單元相應(yīng)算出作用在車輪上的制動力和整車的縱向力大小。如果ESP正在對不穩(wěn)定狀態(tài)進行調(diào)整，控制單元將這一數(shù)值包含在側(cè)向力計算范圍之內(nèi)。沒有制動力壓力信號系統(tǒng)無法計算出正確的側(cè)向力，故ESP失效。(5)ASRESP按鈕開關(guān)：按下該按鈕，ESP功能關(guān)閉。通過再次按該按鈕，ESP功能重新激活。重新啟動發(fā)動機該系統(tǒng)也可自動激活。當(dāng)ESP調(diào)整工作正在進行或在超過一定的車速。系統(tǒng)將不能被關(guān)閉。為從深雪或松軟地面前后擺動駛出，有意讓驅(qū)動輪打滑以擺脫被陷狀態(tài)；帶防滑鏈行駛；在車輛處于功率測試狀態(tài)下行駛。出現(xiàn)故障后ESP無法關(guān)閉，組合儀表上的ESP警報燈有警報顯示。(6)動態(tài)調(diào)節(jié)液壓泵：由于液壓控制單元回油泵設(shè)計的改進，已能滿足工作需要，所以現(xiàn)已取消動態(tài)調(diào)節(jié)液壓泵。(7)回油泵：單級、雙級。(8)液壓控制單元：制動分泵通過液壓控制單元的電磁閻控制，通過制動分泵的人口閥和出口閥的控制，建立了三個工作狀態(tài)：建壓；保壓；卸壓。當(dāng)電磁閥功能出現(xiàn)不可靠故障，整體系統(tǒng)關(guān)閉。1.31.3 ESPESP 工作原理與工作過程工作原理與工作過程1ESP工作原理：ABSTCS系統(tǒng)就是要防止在車輛加速或制動時出現(xiàn)我們所不期望的縱向滑移。而ESP就是要控制橫向滑移。他是各種工況下的一個主動安全系統(tǒng)，處理各種異常情況，減輕駕駛員的精神緊張及身體疲勞。只要ESP識別出駕駛員的輸入與車輛的實際運動不一致，它就馬上通過有選擇的制動發(fā)動機干預(yù)來穩(wěn)定車輛。ESP首先通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器及各車輪轉(zhuǎn)速傳感器識別駕駛員轉(zhuǎn)彎方向(駕駛員意愿)。ESP通過橫擺角速度傳感器，識別車輛繞垂直于地面軸線方向的旋轉(zhuǎn)角度及側(cè)向加速度傳感器識別車輛實際運動方向。ESP對危急駕駛情況作出反應(yīng)前，必須獲得兩個問題的應(yīng)答(見圖3)圖3 ESP動作程序圖4 ESP工作過程工作過程 車輛轉(zhuǎn)向 行駛狀態(tài) 受制動車輪 目的 第一階段 制動/向左 不足轉(zhuǎn)向 左后輪 前輪保留側(cè)向力有效保證車輛的轉(zhuǎn)向第二階段 向右 不足轉(zhuǎn)向 右前輪 保證后軸的最佳側(cè)向力，后軸車輪自由轉(zhuǎn)動第三階段 向左 過度轉(zhuǎn)向 左前輪 為防止車輛出現(xiàn)甩尾，為限制前軸側(cè)向力的建立，在特殊危險情形下這個車輪將強烈制動第四階段 中間 穩(wěn)定 無 在所有不穩(wěn)定行駛狀態(tài)被校正后，ESP結(jié)束調(diào)整工作2ESPESP制動油路控制過程(見圖5)調(diào)節(jié)控制閥 制動分泵（e）調(diào)節(jié)高壓閥 回油泵（f）部件組成：入口閥（c） 動態(tài)液壓泵（g）出口閥（d） 制動助力器（h）建壓： ESP進行控制凋整動態(tài)液壓泵(g)開始從制動液儲液罐中向制動管路輸送制動液在制動分泵和回油泵內(nèi)很快建立制動壓力，回油泵開始輸送制動液使制動壓力進一步提高。保壓： 入口閥關(guān)閉，出口閥也保持關(guān)閉。制動壓力不能卸壓?；赜捅猛Ｖ构ぷ鳎邏洪y關(guān)閉。卸壓： 控制閥反向打開在出13閥打開時，入13閥保持關(guān)閉。制動液通過制動主缸返回儲液罐.圖5 ESPESP制動油路控制過程第二章第二章 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)分析汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)分析2.12.1 ESPESP 系統(tǒng)的控制原理系統(tǒng)的控制原理由汽車行駛理論可知，控制汽車的力（牽引力、制動力及轉(zhuǎn)向力等）來自于地面的反作用力，此反作用力的極限值等于車輪與地面間的附著力，若行駛中汽車所需的控制力大于該附著力，則汽車將失去控制。汽車行駛在一定的路面上，車輪與路面間的附著系數(shù)一定，其與路面間的附著力也一定。車輛的牽引力（或制動力）與側(cè)向力的合力不得大于附著力，否則車輛將失去穩(wěn)定性。顯然，牽引力（或制動力）若增大，則路面可提供的側(cè)向力減小。當(dāng)滑移率A=0時，車輪與路面間不打滑，側(cè)向附著狀態(tài)最佳；而A=1時，車輪與地面間純滑動，側(cè)向附著狀況最差，不能控制車輛轉(zhuǎn)向。ESP系統(tǒng)通過直接控制作用在4個車輪上的制動力或牽引力，間接改變車輪受到的側(cè)向力及汽車受到的橫擺力矩，使汽車的運動方向得到修正。2.22.2 ESPESP 系統(tǒng)特點和性能系統(tǒng)特點和性能2.2.1 ESP 系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點（1）實時監(jiān)控。ESP是一個實時監(jiān)控系統(tǒng)，它每時每刻都在監(jiān)控駕駛者的操控、路面反應(yīng)和汽車運動狀態(tài)，并不斷向發(fā)動機和制動系統(tǒng)發(fā)出指令。( 2 ) 主動干預(yù)。ABS/EBD等系統(tǒng)在起作用時，系統(tǒng)對駕駛者的操控起一定干預(yù)作用,但它不能調(diào)控發(fā)動機,而ESP則是主動調(diào)控發(fā)動機的轉(zhuǎn)速并可調(diào)整每個車輪的制動力（四通道系統(tǒng)），以修正汽車的過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足。（3）事先提醒。ESP具有實時警示功能，當(dāng)駕駛者操作不當(dāng)和路面異常時，它會在主動干預(yù)的同時用警告燈警示駕駛者。2.2.2 ESP 系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能奔馳公司關(guān)于ESP系統(tǒng)適用性和可靠性檢測試驗結(jié)果表明,ESP系統(tǒng)在汽車行駛的各種工況下都能起到良好效果,如彎道行駛、急速繞過障礙等。ESP系統(tǒng)不僅可提高汽車在干燥路面上行駛時的穩(wěn)定性，還可以在路面附著性較差（如結(jié)冰、濕滑及碎石等）時起作用。在上述不利狀況下，車輪與路面之間的附著力降低，汽車容易發(fā)生側(cè)滑和跑偏，失去方向穩(wěn)定性，甚至在急轉(zhuǎn)彎時發(fā)生翻車事故。這時ESP系統(tǒng)干預(yù)駕駛操作，精確控制各車輪的受力以穩(wěn)定車輛。在過去幾年中，多家世界著名汽車廠商和研究機構(gòu)對ESP的有效性進行了科學(xué)研究。結(jié)果表明，裝備ESP系統(tǒng)的汽車可以減少80%由側(cè)滑引起的交通事故，而且可有效降低42%的行車事故（并非因駕駛員受其他路人的影響而失去對車輛控制而引起的交通事故）。雖然ESP系統(tǒng)是汽車主動安全技術(shù)中堪稱里程碑式的突破,但它并不是車輛自動駕駛系統(tǒng),不能因為使用了ESP系統(tǒng),駕駛員就粗心大意,ESP系統(tǒng)并不能在任何情況下都能保持汽車的行駛穩(wěn)定性。2.32.3 ESPESP 系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用奔馳公司是第一個在其轎車上使用ESP系統(tǒng)的汽車制造商，該系統(tǒng)的首次亮相是在1995年，目前，德國已有超過70% 的新注冊車輛配備了ESP。博世公司的研究表明，2005年，歐洲大約40%的新注冊車輛配備了ESP。在高檔車上，ESP已成為標準配置，在中檔車上的裝配率也迅速提高，在緊湊型車上裝配率稍低。在美國和日本，ESP的裝配率也迅速提高。美國政府要求所有汽車必須在2011年9月前配備防止傾翻的電子穩(wěn)定控制裝置。這將是繼安全帶之后的又一項重大強制性措施。在中國，ESP的裝配率還較低，目前，僅在高檔豪華車上較常見，而中高檔的幾款銷量領(lǐng)先的車型（如帕薩特、 馬自達6等）都沒有配置ESP，甚至連寶馬3系和5系、奧迪A4和A6都未將ESP作為其標準配置。2.42.4 ESPESP 系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)的可靠性梅塞德斯一奔馳公司從1994年起就對ESP系統(tǒng)進行了適用性和可靠性的全面驗證試驗。在微機控制系統(tǒng)的ROM中，預(yù)先儲存的控制程序中的標準技術(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)該來源于大量的實車測試數(shù)據(jù)。但由于在沒有安全保障的情況下的實車試驗，有可能造成無法彌補的安全事故后果，因此標準技術(shù)數(shù)據(jù)的取得，采用了模擬器。模擬器內(nèi)輸入了大量的通過實驗采集的數(shù)據(jù)，可以仿真出很多復(fù)雜的路面狀況和駕駛過程。再通過80位梅塞德斯轎車車主用模擬器進行時速為100kmh的模擬路面駕駛試驗，得到各種不同性能的汽車在各種駕駛過程中的響應(yīng)。模擬器檢測手段既安全，又可以得到很多實車試驗無法測量的數(shù)據(jù)。比如，在試驗場的4個轉(zhuǎn)彎處，用模擬器模擬路面突然結(jié)冰的情況，這將使車輪和路面之間的附著力在幾米的路程內(nèi)減少70以上。如果轎車沒有ESP系統(tǒng)，則78的駕駛員不能將他們的汽車穩(wěn)定在冰雪路面上，還可能遭受汽車連續(xù)3次翻轉(zhuǎn)造成的傷害。有了ESP系統(tǒng)，所有參加過模擬測試的駕駛員都能避免汽車翻轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。2.52.5 汽車底盤電子控制系統(tǒng)的發(fā)展汽車底盤電子控制系統(tǒng)的發(fā)展2.5.1 集成底盤管理系統(tǒng)集成底盤管理系統(tǒng)隨著電子技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路和微型電子計算機技術(shù)的高速發(fā)展，汽車的電子化程度越來越高。汽車的底盤系統(tǒng)也改變了以往那種完全依靠液壓或氣壓執(zhí)行機構(gòu)來傳遞力的機械式結(jié)構(gòu)，開始步入電子伺服控制(By-wke，操縱裝置與執(zhí)行器之間靠電信號聯(lián)系而非機械的連接)階段，底盤綜合控制系統(tǒng)也已開始出現(xiàn)。先進的底盤電子控制系統(tǒng)優(yōu)化了車輪與地l面之間的附著狀況，顯著地改善了汽車的動力性、安全性和舒適性。汽車底盤電子控制系統(tǒng)將逐步形成一個集成底盤管理(ICM)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將集成所有的底盤電控子系統(tǒng)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)問硬件、能量和信息的共享，以最大限度地獲取系統(tǒng)集成帶來的增效作用，提高汽車的安全性、舒適性和經(jīng)濟性。2.5.22.5.2 動力車身控制系統(tǒng)動力車身控制系統(tǒng)(Dynamic(Dynamic BodyBody Control)Control)對于多用途運動車(SUV)和其他質(zhì)心較高的汽車，動力車身控制系統(tǒng)町最大程度地提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定能力，同時汽車行駛舒適感增強。在汽車越野行駛時，車橋通過相互配合來獲得更好的牽引性能。動力車身控制系統(tǒng)使用12個主動式平衡桿模塊，通過對平衡桿施加可調(diào)節(jié)的預(yù)加載荷來防止汽車轉(zhuǎn)彎時發(fā)生左右搖晃。當(dāng)汽車車身要發(fā)生傾斜時，加速度計監(jiān)測到汽車側(cè)滑傾向，將信號傳到控制系統(tǒng)ECU，ECU指令向平衡桿執(zhí)行器通入壓力油，壓力油產(chǎn)生力的大小根據(jù)加速度計監(jiān)測到的汽車橫向加速度大小和汽車產(chǎn)生搖晃的時間來確定。2.62.6 新一代新一代 ESPESP新一代汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)將主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(Activesteefing Control。ASC)和可選擇懸架模式的主動懸架控制系統(tǒng)(Active Damping Control，ADC)和ESP集成在一起，使汽車的動態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)更加完善，提高了汽車在任何情況下的行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性。在非危險行駛狀況下，主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)使駕駛更靈活，以增加駕駛樂趣。在危險行駛狀況下，主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與制動系統(tǒng)、發(fā)動機管理系統(tǒng)共同控制汽車的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。第三章第三章 第二代汽車電子穩(wěn)定程序第二代汽車電子穩(wěn)定程序 ESPII3.13.1 ESPIIESPII 的系統(tǒng)及組件的系統(tǒng)及組件ESP系統(tǒng)由制動、轉(zhuǎn)向和優(yōu)化懸架等子系統(tǒng)組成，當(dāng)然還包括各種傳感器。3.1.1 制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)作為電控制動，系統(tǒng)主要采用了Mk60E5/Mk25E5或電液制動。2套系統(tǒng)共同使用內(nèi)部壓力傳感器，確保四輪壓力和駕駛員意圖的冗余度。3.1.2 主動轉(zhuǎn)向主動轉(zhuǎn)向主動轉(zhuǎn)向體現(xiàn)出ESP系統(tǒng)中最先進的技術(shù)。在方向盤轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向柱上的1個集成電機，經(jīng)由1套兩級行星齒輪機構(gòu)在前輪上附加了1個疊加轉(zhuǎn)向角。因而，車輪的轉(zhuǎn)向角就是駕駛員操縱的轉(zhuǎn)角與行星機構(gòu)驅(qū)動的疊加轉(zhuǎn)角之和。根據(jù)電機調(diào)節(jié)的行星架旋轉(zhuǎn)方向可以控制車輪轉(zhuǎn)角的大小，也即體現(xiàn)轉(zhuǎn)向的“直接”和“間接”性。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者被切斷電源時，行星架即會被機構(gòu)鎖止，成為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡可能保留原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個構(gòu)件，同時在車輛急轉(zhuǎn)時給予良好的操控性能。通過一定的轉(zhuǎn)向疊加既可以使車輛操控靈活(傳動比1：12“直接”轉(zhuǎn)向疊加)，又可以保持車輛的舒適性(傳動比1：20“間接”轉(zhuǎn)向疊加)。如果車輛采用運動型的設(shè)計(即較小傳動比)，則在停車工況下可以顯著減少方向盤行程。在高速行駛時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靈敏很高，容易產(chǎn)生急轉(zhuǎn)的感覺，而當(dāng)車輛采用舒適性設(shè)計時(即較大傳動比)，轉(zhuǎn)向變得更“間接”，此時進行停車或側(cè)方移位所需的方向盤行程變得很大，也給駕駛員帶來不便。通過采用主動轉(zhuǎn)向，可以利用電子控制裝置影響轉(zhuǎn)向效果，前提是必須對附加的疊加轉(zhuǎn)角隨車速進行變化調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成過程中，除了能夠提供隨車速變化的轉(zhuǎn)向疊加之外還可以提供一系列其他潛在功能。主動轉(zhuǎn)向技術(shù)在底盤動力學(xué)控制系統(tǒng)中的集成，為車輛軟件技術(shù)的開發(fā)開辟了一塊新的領(lǐng)域。這主要是由于傳統(tǒng)的ESP制動干預(yù)會使駕駛員明顯感受到車速的放慢，這只能在危險工況下使用。與此相對的主動轉(zhuǎn)向干預(yù)就不易使駕駛員察覺，可以用于非危險工況。如可以對駕駛員感受到的自轉(zhuǎn)向特性給與干預(yù)。即使是在極限工況下，主動轉(zhuǎn)向技術(shù)還可以和制動干預(yù)共同使用，改善車輛的動力學(xué)性能。3.23.2 ESPESP轉(zhuǎn)向控制功能轉(zhuǎn)向控制功能3.2.1 輔助駕駛輔助駕駛“輔助駕駛”指的是提高駕駛安全性和駕駛舒適性。由于底盤元件如車輪和橡膠件的彈性變形，車輛在較快的轉(zhuǎn)向輸入下反應(yīng)會產(chǎn)生滯后。就轉(zhuǎn)向的靈活性而言，這樣會讓駕駛員感覺到車輛的反應(yīng)特性非常遲緩，對于駕駛樂趣產(chǎn)生負面的影響。這種車輛響應(yīng)中的相位滯后還會導(dǎo)致一些危險工況。例如，當(dāng)駕駛員需要快速避讓一個障礙物，而車輛的響應(yīng)又非常遲緩時，駕駛員很容易“過多轉(zhuǎn)向”。那么當(dāng)車輛真正響應(yīng)的時候，這時的轉(zhuǎn)向角要比預(yù)期的大得多，從而導(dǎo)致車輛失穩(wěn)。ESP系統(tǒng)根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角和側(cè)向加速度通過一個參考模型可以得出一個目標橫擺角速度，并且用軟件參數(shù)的形式儲存在ESP的控制器中。而實際的車輛性能在行駛過程中始終將由橫擺角速度傳感器進行檢測。根據(jù)目標橫擺角速度和實際橫擺角速度的偏差，ESP控制器將快速要求主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供一個附加轉(zhuǎn)角。通過對橫擺角速度的閉環(huán)控制，可以補償?shù)妆P上不同的承載狀態(tài)和磨損現(xiàn)象，從而加速車輛的響應(yīng)。3.2.2 橫擺力矩補償橫擺力矩補償對開路面上的制動過程是體現(xiàn)EsP效果的最好例證。在沒有電控制動系統(tǒng)的車輛上，兩側(cè)車輪所獲得的制動力不相等，車輛會產(chǎn)生一個朝向高附著系數(shù)路面的橫擺力矩，并朝這一方向滑轉(zhuǎn)。由于這時候抱死車輪完全喪失了側(cè)向力，車輛便會失穩(wěn)。目前電子制動系統(tǒng)能夠識別出不同的路面附著系數(shù)，緩慢地在前軸建立“壓力差”。這樣一來，駕駛員就不需要再進行轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)了?？紤]到穩(wěn)定性，還需要在后軸建立起較低的制動壓力。即使是在極限工況下，這兩項措施都可以使駕駛員輕松地駕馭車輛。同時由于需要緩慢建立制動壓力，制動距離會相應(yīng)變長。在ESP系統(tǒng)中引入一套電子轉(zhuǎn)向干預(yù)系統(tǒng)。不同制動力引起的橫擺力矩可以根據(jù)情況通過自動的快速轉(zhuǎn)向進行補償。與目前的ABS和ESP系統(tǒng)不同，通過調(diào)節(jié)方向盤轉(zhuǎn)角的方式，駕駛員可以不必不斷地修正轉(zhuǎn)向角，同時還可以按照理想的行駛路線前進。通過轉(zhuǎn)向產(chǎn)生橫擺力矩補償?shù)耐瑫r，前輪還可以建立起無滯后的制動壓力，同時后軸也可以進行制動壓力調(diào)節(jié)。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)不同的地面摩擦力，與傳統(tǒng)ABsESP相比可使制動距離減少多達15。即使是在驅(qū)動狀態(tài)，EsP仍然可以在不同附著系數(shù)的行駛道路上，通過轉(zhuǎn)向干預(yù)補償由車輪不同驅(qū)動力引起的干擾橫擺力矩。通過橫擺力矩補償可以大大提高行駛安全性和舒適性。3.2.3 橫擺角速度控制橫擺角速度控制通過在橫擺角速度控制中集成轉(zhuǎn)向功能，ESP與傳統(tǒng)EsP相比除了使用制動干預(yù)之外，還在車輛橫向動力學(xué)方面具有另一有效的干預(yù)方式，從而拓寬了車輛行駛的極限區(qū)域，也使得車輛更易于操縱(ESP在駕駛員轉(zhuǎn)向過多的情況下自動進行回調(diào))。由于轉(zhuǎn)向干預(yù)對于駕駛員來說不易被察覺，因而可以使他更早地采取措施，預(yù)先避免一些危險工況。在橫擺角速度控制中集成的轉(zhuǎn)向控制有以下優(yōu)點：提高車輛穩(wěn)定性，拓寬極限行駛區(qū)域的轉(zhuǎn)向幅度，較少產(chǎn)生由制動干預(yù)引起的急劇減速，進而通過ESP的橫擺角速度控制提高車輛的行駛安全性、舒適性以及駕駛樂趣。3.2.4 側(cè)傾及掛車穩(wěn)定性側(cè)傾及掛車穩(wěn)定性作為ESP系統(tǒng)的擴展，在目前ESP的“主動側(cè)傾保護”(ARP)和“拖車穩(wěn)定性控制”(隅P)中都集成了轉(zhuǎn)向技術(shù)。ARP主要是針對目前日益增長的運動型轎車和貨車設(shè)計的，這類車輛更易產(chǎn)生傾翻危險。ARP系統(tǒng)能夠識別出這些危險的行駛工況(例如在高速下需要急速轉(zhuǎn)向躲避障礙物)，并且通過制動降低外前輪的側(cè)向力減小橫向加速度，同時降低車速。在這些工況中可以顯著減少傾覆危險。而通過引入轉(zhuǎn)向功能使側(cè)向力快速降低也是對制動干預(yù)的有效支持。3.33.3 系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)集成控制ESP在開發(fā)時的主要目標就是實現(xiàn)對底盤進行全局控制。隨著底盤電控系統(tǒng)的增多，傳感器、執(zhí)行器、控制器的數(shù)量也急劇上升。這不僅導(dǎo)致整車成本的上升，而且使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而難以控制，并給可靠性和故障診斷帶來新的問題。為了解決上述問題，ESP提出了全局底盤控制概念。整個系統(tǒng)采用CAN總線連接所有執(zhí)行器和傳感器，達到共用的目的，節(jié)省了冗余的部件；通過采用狀態(tài)估計器進一步節(jié)約了一定數(shù)量的傳感器；通過采用協(xié)調(diào)控制算法，按照工況決定AFS和ESP的工作負荷，既提高了對車輛的控制效果，又延長了制動器、轉(zhuǎn)向器的工作壽命。整個系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖6所示。實現(xiàn)集成底盤控制將是未來底盤技術(shù)發(fā)展的方向。圖6 ESP對底盤系統(tǒng)全局控制的機構(gòu)圖結(jié)結(jié) 束束 語語本文首先介紹了ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)的概念、功能、組成以及它的工作原理與工作過程。并且重點介紹了ESP的關(guān)鍵技術(shù)，讓我們更加清楚的認識了ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)的重要性。汽車電子穩(wěn)定程序(ESP)包含ABS(防抱死制動系統(tǒng))和ASR(加速防滑控制系統(tǒng))，是這2種系統(tǒng)功能上的延伸，ESP稱得上是當(dāng)前汽車防滑裝置的最高級形式。ESP的出現(xiàn)是應(yīng)時代對汽車提出的一種新型的主動安全性要求，它是當(dāng)今的主動安全措施之一，其應(yīng)用使車輛的主動安全性大大提高。ESP是一種可在各種行駛條件下提高車輛行駛穩(wěn)定性的新型主動安全體系。ESP控制系統(tǒng)增強了制動防抱死系統(tǒng)(ESP)、牽引力控制系統(tǒng)(ASR或TCS)以及發(fā)動機扭矩控制系統(tǒng)的功能，其功能處于比ABS和ASR更高的控制層次。第二代ESP系統(tǒng)在原有ESP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入主動轉(zhuǎn)向技術(shù)，不僅提高了行駛安全性，而且還開啟了駕駛舒適性的新紀元。系統(tǒng)使車輛在極限工況下更易操縱，并且在駕駛上更具有靈活性。通