汽车的转向控制

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1、. 汽车的转向控制控制系统稳定性是针对提高驾驶安全性提出的一系列措施中最新的一个。这个系统能 够在 40 毫秒内实现从制动开始到制动恢复的过程，这个时间是人的反应时间得七倍。他 们通过调整汽车扭矩或者通过应用汽车左侧或右侧制动，如果需要甚至两者兼用，来实现 准确的行车路线。这个系统已被应用于奔驰 S600 汽车了。 稳定的机械自动系统能够在制动时发现肇端，并且在驾驶人员发现能够反应以前实现 车辆的减速。 安全玻璃，安全带，撞击缓冲区，安全气囊，ABS 系统，牵引力控制系统还有现在的 稳定调节系统。汽车安全系统的连续升级，已经产生了一种为保护汽车所有者安全的设计 模式。稳定调节系统帮助驾驶员从不

2、可控制的曲线制动中解脱出来，从而避免了汽车的摆 动滑行和交通事故。 利用计算机和一系列传感器，稳定调节系统能够检测到制动轮的打滑并且比人更快的 恢复对汽车的方向控制。系统每百万分之一秒作出一次快速捕捉，以及断断汽车是否在按 照驾驶员的路线行驶。如果检测到汽车行驶路线和驾驶员驾驶路线存在一个微小的偏差 ， 系统会在瞬间纠正发动机扭矩或者应用汽车左右制动。 过程的标准反应时间是 40 毫秒-人的平均反应时间的七分之一。 罗伯特博世工程系统负责人安东范桑特解释说：“一个稳定的控制系统能够感 觉到”驾驶员想要运动的方向，通过控制转向角度，油门踏板的位置，制动板的状态来确 定汽车实际运动路线的偏航比率（

3、汽车偏离方向轴的角度）和横向加速度”。项目负责人 阿明马勒领导着范桑特的工作小组和奔驰汽车公司的工程师发明了第一个完全有效的稳 定调节系统，该系统由发动机扭矩控制系统，制动系统，牵引控制系统组成以实现理想与 现实运动之间的最小差距。 汽车安全专家相信稳定调节系统能够减少交通事故的发生，至少是在伤亡严重的事故 方面。安全统计表明，多数的单车撞击事故伤亡（占伤亡事故发生的 4%），事故能够通过 应用这项新技术避免。这项新系统的额外费用主要用于一系列目前汽车日益普遍应用的制 动/牵引控制锁组件。稳定调节系统技术首次应用于欧洲的奔驰 S600 汽车，是由德国斯图加特市的罗伯特 博世公司和奔驰公司在过去

4、几年共同研制的。该系统在博世公司被称为汽车动力控制 （VDC），而默西迪称它为稳定电控系统（ESP），作用就是在任何状况下维持车辆的稳定 性。博世公司开发了这项系统，奔驰公司把它应用于车辆。工程师默西迪丝在柏林应用戴 姆勒奔驰汽车虚拟驾驶模拟器在极限情况下对系统进行评估，例如极强的侧风。然后他们 在瑞典的安杰普劳附近的后娜瓦安湖的冰面上进行性能测试。工作通常是在公路上进行以 适用于公共汽车和大卡车，例如避免的折合问题。 稳定调节系统将在 1995 年中应用于欧洲 S 系列产品上，随后会在 1996 年进入美国 市场（1995 年 11 月产品）。用户可以选择 750 美元的系统，就像应用于默西

5、迪丝的试验 用的 V8 发动机上的，也可以选择价格为 2400 美元的应用于六缸发动机汽车的系统。后者 的系统中差不多有 1650 美元是用于牵引控制系统，该系统是稳定性系统的先决条件。 并不是只有博世公司一家在开发这样的安全系统，美国密歇根州的 ITT（美国国际 电信公司）汽车公司的奥伯恩希尔，在 1995 年 1 月底特律北美国际汽车展览会上展示 了了？忣？ ？峂？悇管理系统（ASMS），“车辆控制器应该像空对地导弹的控制器那样，比较而言，事实上那已经实现了，不同的是两者的费用不同”，美国国际电信 公司驻欧洲空对地导弹控制工程负责人约翰尼斯格雷得说。北美 ITT 公司“汽车制动和 底盘工程

6、”主管汤姆麦兹指出，在未来十年美国国际电信公司的系统要首先出现在车辆 上。很多工程师正在六辆特殊制造的精密车辆模型上调试这种系统。 一个比较简单和较低效率的博世的稳定调节系统也在 1995 年出现在慕尼黑宝马公司 的 AG 系列 750iL 和 850Ci V-12 两款车上。宝马公司的稳定调节系统（DSC）运用的车轮 速度传感器同牵引控制系统和标准 ABS 防抱死系统一样能够识别外部情况，使车辆更容易 实现曲线行驶和转弯。为了检测出车辆转弯时潜在的危险，DSC 系统检测的是两前轮在转 弯时的速度差，DSC 系统添加了一个更高级的角度传感器利用现有的一个车辆速度，并且 引入了它自身带有的关于完

7、全抱死系统，牵引控制系统，稳定调节系统软件控制原理。 新的博世和 ITT 自动稳定调节系统得益于航空工业高级技术的发展，就像超音速发动 机，汽车的稳定调节单元运用一个基于计算机系统的传感器来调和人与系统之间的，还有 轮胎与地面之间差异。另外，系统采用了用于导弹制导系统的回旋传感器。 优于 ABS 防抱死系统和牵引控制系统之处根据范桑特和博世公司的瑞娜伊哈德，杰瑞帕夫在汽车工程师杂志所提到 的，稳定调节系统是 ABS 防抱死系统和牵引控制系统的合理扩展。但是 ABS 系统的作用发 生在制动时车轮转向将被锁死时，牵引控制是预防加速时的车轮滑动，稳定系统是当汽车 自由转向时能独立于驾驶员作出操作。依

8、靠不同的驾驶状况系统可以使每个车轮制动或者 迅速使四个轮转速适合于发动机的扭矩，从而使车辆稳定和减少由于制动失控带来的危 险。新系统不仅仅控制完全制动还可以作用与部分制动，行车路线，加速度，车轮与发动 机动作的滞后等，这些是 ABS 防抱死系统和牵引控制系统所远远不能达到的。 三种主动的安全系统的作用时刻是一致的，那就是一个车轮被锁死或者车轮渐渐失去 方向稳定性或者车轮使得行驶更加困难。如果一辆车必须在较低摩擦系数的路面制动，必 须避免车轮抱死以保持行驶稳定性和可驾驶性。 ABS 防抱死系统和牵引控制系统能够预防侧滑，而稳定性系统采取减少侧面受力的稳 定措施。如果行驶车辆的侧力不再适当的分配在

9、一个或者更多轮上，车辆就会失稳，尤其 是车辆沿曲线行驶时。驾驶员感觉到的“摇摆”起初是转弯或者与车的轴线形成一个纺锤 形时。一个独立的传感器必须能够识别这个“纺锤”，而 ABS 防抱死系统和牵引控制系统 通过车轮的转速不能检测车辆的横向运动。 转向操作 新系统通过对微小的汽车不足转向 （当车辆对于方向盘操作反应迟缓） 和方向盘的 “过 敏”反应（后轮发生来回摆动）。当车辆在转向时如果发生不足转向和过度转向运动时， 稳定调节系统能够通过后轮进行内部制动（针对曲线）纠正错误。这种情况是驾驶员不能 感觉类似于 ABS 防抱死系统接近于抱死极限，而使车辆不失去控制。稳定调节系统能够通 过发动机降速或者

10、单轮制动来减小推动力。 博世公司的研究员解释说：“侧面偏离角度表明此时车辆的偏航灵敏性，并反映为转 向角度，转向角度随着车辆偏离角度的增大而减小。一旦偏离角度超过某一限度，驾驶员 就很难重新进行操作。在干燥的路面偏离角度不能够超过 10 度，而在积雪路面上极限偏 离角度为 4 度。 多数司机没有从制动中恢复的经验。他们不知道轮胎和地面之间的摩擦系数，更不知 道他们的车的侧缘稳定边界。当极限被冲破时，驾驶员通常会很紧张以至于做出错误的反 应。ITT 的格雷柏解释说：“过度转向引起车辆摆尾，使汽车更快的失控。ASMS 传感器能 够快速的检测到制动开始时各个车轮的活动，从而使车辆恢复到稳定行驶轨道。

11、对于稳定调节系统界面的可操作性是很重要的，这样可以预示带有稳定系统的驾驶和 普通驾驶给人的感觉没有什么区别。 稳定系统最大的优点在于速度，它不仅可以对制动作出快速反应，还可以对车辆状况 （例如车重变化，轮胎磨损），路面质量作出快速反应统就能够通过改变侧面受力平横处 理，达到最好的驾驶稳定性。 稳定系统识别驾驶员想达到的（理想路线）和车辆实际行驶路线（实际路线）的不同， 目前的汽车需要一套高效的传感器和一台高效处理信息的处理器。 博世公司的 VDC/ESP 电子控制单元是一个由两个 48 兆的 ROM 组成的传统实验电路板。 范桑特说：“48KB 的内存容量是大量用以完成设计任务的智能的代表”。

12、他在 SAE 中 指出。ABS 防抱死系统是独立的，只提供四分之一的这样的容量，而 ABS 和牵引控制系统 组合在一起的容量只有这个软件容量的一半。 除了 ABS 防抱死系统和牵引控制系统所具有的关系传感器外，VDC/ESP 运用了偏航比 率传感器，横向加速度传感器，转向角传感器，制动压力传感器来获取汽车的加速，摇摆 或者刹车的信息。系统通过管理员获得所需的通常的路面信息。方向盘上的传感器由一组 安装在方向盘上的发光二极管和光敏二极管上组成。一只硅压力传感器通过控制前轮刹车 内压力油的压力控制制动压力（因为制车压力来源于驾驶员）。 确定车辆实际的行驶路线是一项非常复杂的工作。通过必须的纵向滑动

13、车轮速度传感 器提供给反向制动或者牵引控制系统的车轮转速信号，以对可能发生的动作作出精确的分 析， 无论如何侧向难预料的运动分析是必须的， 所以系统必须再拓展两个额外的传感器-偏航比率传感器和侧向加速度传感器。 横向加速度表检测沿曲线行驶时所带来的受力状况。这种类似的传感器通过一台直线 霍尔发电机把弹簧的直线运动转变成电信号来实现对弹簧机构的控制。这种传感器必须很 灵敏，它的控制角为1.4g。 偏航比率回转仪 最新的稳定调节系统的核心在于类似于陀螺仪的偏航比率回转仪。传感器测量车辆对 竖直轴的旋转。 这个测量原理来源于航空工业， 并且被博施公司大规模的应用于汽车工业。 现有的回转仪市场提供两种

14、选择，一种是应用与航空航天业的价值 6000 美元（由位于英 国罗彻斯特的美国通用电器公司航空股份有限公司提供） 另一种是用于照相机的价值 160 ， 美元。由 SAE 报得知博施公司采取一种圆柱形设计方案以实现低成本下的高性能。这种传感器需要一项更大的投资以应对汽车所处的极端环境状态。同时偏航比率回转仪的价格必 须降低，这样才能充分应用与汽车。 偏航比率回转仪有一个复杂的内部结构，其内部是有一个很小的圆柱形钢管伺服测量 元件。圆柱的薄壁上有压电元件能够在 15 千赫兹的频率下震动。四对这样的感应器安放 在圆柱体的周围，一对元件的位置与另一对的位置相对。其中的一对通过应用正弦电压引 起柱体在其

15、固有频率下产生共振，并将振动传送给变频器。在每一对传感器之间，振颤节 点绕着汽车的垂直轴作细微的运动。这时如果没有偏航输入，震动曲线就是一条稳定的曲 线。如果有信号输入，节点的位置和曲线的波谷就会在相对的防线绕着圆筒壁做旋转运动 （科里奥利加速度）。这个轻微的位移就会成为汽车偏航比率的度量标准。 许多司机都相互宣传他们的车辆在光滑转弯处，车尾部将要被甩出去的时候，新系统 会把车辆“推”回到正确的轨迹上方面的经验。 许多观察员指出，稳定调节系统可能会使司机在较低摩擦力的路面上过分自信，尽管 他们占少数。或许需要指导司机怎样来恰当的使用车辆稳定调节系统。就像当初让司机学 习不能向防抱死制动系统里泵

16、油一样。 虽然只介绍了很少的关于为未来汽车研制的新一代主动安全系统（远远超过了雷达扫 描仪类似的系统），但避免交通事故仍然是汽车安全工程的主题。美国国际电信公司负责 人指出“当稳定调节技术伴随着汽车结构全面性能稳步提高的时候，多数可避免的事故将 不再发生了”。新一代的安全系统也会起到同样的效果。 Spin control for carsStability control systems are the latest in a string of technologies focusing on improved diriving safety. Such systems detect the initial phases of a skid and restore directional control in 40 milliseconds,