《ESP的技术解析和发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ESP的技术解析和发展（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子稳定程序控制电子稳定程序控制Electronic Stability Program（ESP）ESPESPESP概述ESP工作原理ESP的组成结构ESP的用途ESP的发展方向 1.11.1防抱死系统（防抱死系统（防抱死系统（防抱死系统（ABSABS） 防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS)(ABS)是根据不同滑移率下所对是根据不同滑移率下所对应的轮胎地面的附着特性来调节制动压力来防止汽应的轮胎地面的附着特性来调节制动压力来防止汽车制动时的车轮抱死。通过充分利用地面附着系数而车制动时的车轮抱死。通过充分利用地面附着系数而获得较高的地面制动力和侧向力，缩短汽车的制动距获得较高的地面制动力和侧向
2、力，缩短汽车的制动距离，提高汽车制动的方向稳定性，减少轮胎磨损。即离，提高汽车制动的方向稳定性，减少轮胎磨损。即便是全力踩刹车，驾驶者也能够控制车辆的躲避动作，便是全力踩刹车，驾驶者也能够控制车辆的躲避动作，或者是让车辆在只有一侧车轮有附着力的路面上安全或者是让车辆在只有一侧车轮有附着力的路面上安全地停车。使用地停车。使用ABSABS车辆的制动距离通常比车轮抱死时车辆的制动距离通常比车轮抱死时要短。要短。 但是但是, ,由于由于ABSABS不能解决车辆在湿滑路面上起步和不能解决车辆在湿滑路面上起步和加速时出现的车轮打滑问题，更不能避免车辆发生侧加速时出现的车轮打滑问题，更不能避免车辆发生侧滑，
3、因此，在滑，因此，在ABSABS的基础上，进一步发展出了牵引力的基础上，进一步发展出了牵引力控制系统控制系统(TCS)(TCS)。ESP概述 1.21.2牵引力控制系统牵引力控制系统牵引力控制系统牵引力控制系统(TCS)(TCS) 牵引力控制系统（牵引力控制系统（Traction Control SystemTraction Control SystemTCS),TCS),又称为驱动防滑控制系统（又称为驱动防滑控制系统（Anti Slip Anti Slip RegulationASRRegulationASR）, TCS, TCS解决车辆在光滑路面打解决车辆在光滑路面打滑的棘手难题。功能是防
4、止汽车尤其是大马力的车滑的棘手难题。功能是防止汽车尤其是大马力的车子在起步或加速时，如果某个车轮出现了打滑的趋子在起步或加速时，如果某个车轮出现了打滑的趋势势( (轮速传感器不断监视着每个车轮轮速传感器不断监视着每个车轮) )，TCSTCS会通过会通过对发动机和制动的立即干预避免车轮打滑。使车辆对发动机和制动的立即干预避免车轮打滑。使车辆能够安全地起步或加速。保持良好的操控性及尽可能够安全地起步或加速。保持良好的操控性及尽可能利用车轮路面间纵向附着能力，提供最适当的能利用车轮路面间纵向附着能力，提供最适当的驱动力，达到良好的行车安全。它还有助于避免车驱动力，达到良好的行车安全。它还有助于避免车
5、辆在急加速过弯时发生甩尾。辆在急加速过弯时发生甩尾。 1.31.3电子稳定程序控制电子稳定程序控制电子稳定程序控制电子稳定程序控制(ESP)(ESP) ESP ESP的效能超越了两个系统的功能结合：除了影响横的效能超越了两个系统的功能结合：除了影响横向动态性能外，而且还具有防止车辆在行驶时侧滑的功能。向动态性能外，而且还具有防止车辆在行驶时侧滑的功能。它通过传感器对车辆的动态进行监测，必要时会对某一个它通过传感器对车辆的动态进行监测，必要时会对某一个车轮或者某几个车轮进行制动甚至发动机的动力输出。车轮或者某几个车轮进行制动甚至发动机的动力输出。能够识别危险状况，并无需驾驶者任何动作而自行采取行
6、能够识别危险状况，并无需驾驶者任何动作而自行采取行动。动。 ESPESP提高了所有驾驶工况下的主动安全性。尤其是在提高了所有驾驶工况下的主动安全性。尤其是在转弯工况下，即是在横向力起作用的情况下，转弯工况下，即是在横向力起作用的情况下，ESPESP能维持能维持车辆稳定和保持车辆在车道上正确行驶。车辆稳定和保持车辆在车道上正确行驶。ABSABS和和TCSTCS只在只在纵向起作用。纵向起作用。ESPESP结合了侧滑率传感器，并集成横向加速结合了侧滑率传感器，并集成横向加速度传感器及转向角度传感器。此外，度传感器及转向角度传感器。此外，ESPESP应用了应用了ABS/TCSABS/TCS的所有部件，
7、并基于功能更强大的新一代电子控制单元。的所有部件，并基于功能更强大的新一代电子控制单元。1.4ESP1.4ESP的类型的类型的类型的类型目前目前ESPESP有有3 3种类型：种类型：a a 4 4通道或通道或4 4轮系统。能自动地向轮系统。能自动地向4 4个车轮独立施加个车轮独立施加制动力。制动力。b b 2 2通道系统。只能对通道系统。只能对2 2个前轮独立施加制动力。个前轮独立施加制动力。c c 3 3通道系统。能对通道系统。能对2 2个前轮独立施加制动力，而个前轮独立施加制动力，而对后轮只能一同施加制动力。对后轮只能一同施加制动力。 实际上实际上ESPESP是一套电脑程序，通过对从各传感
8、器传是一套电脑程序，通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向ABSABS、TCSTCS发发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESPESP的电脑的电脑会计算出保持车身稳定的理论数值，再比较由侧滑率会计算出保持车身稳定的理论数值，再比较由侧滑率传感器和加速度传感器所测得的数据，发出平衡、纠传感器和加速度传感器所测得的数据，发出平衡、纠偏指令。偏指令。 主要控制偏航率。转向不足，会产生向理主要控制偏航率。转向不足，会产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，而转向过度则正好相反，想轨迹曲线外侧的偏离倾向，而转向过度则正好
9、相反，向内侧偏离。向内侧偏离。 ESPESP的工作原理的工作原理 具体的纠偏工作是这样实现的具体的纠偏工作是这样实现的:ESP:ESP通过通过TCSTCS装装置牵制发动机的动力输出，同时指挥置牵制发动机的动力输出，同时指挥ABSABS对各个车对各个车轮进行有目的的刹车，产生一个反横摆力矩，将轮进行有目的的刹车，产生一个反横摆力矩，将车辆带回到所希望的轨迹曲线上来。比如转向不车辆带回到所希望的轨迹曲线上来。比如转向不足时，刹车力会作用在曲线内侧的后轮上；而在足时，刹车力会作用在曲线内侧的后轮上；而在严重转向过度时会出现甩尾，这种倾向可以通过严重转向过度时会出现甩尾，这种倾向可以通过对曲线外侧的前
10、轮进行刹车得到纠正。对曲线外侧的前轮进行刹车得到纠正。 2 23 3不足转向时的控制策略不足转向时的控制策略不足转向时的控制策略不足转向时的控制策略 ESPESP判别汽车具有较大的不足转向倾向，控制系统会自动对位于弯道内判别汽车具有较大的不足转向倾向，控制系统会自动对位于弯道内侧的后轮实施瞬时制动，以产生预定的滑移率，导致该车轮受到的侧向侧的后轮实施瞬时制动，以产生预定的滑移率，导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大，于是产生了一个与横摆方向相同的力迅速减少而纵向制动力迅速增大，于是产生了一个与横摆方向相同的横摆力矩。此外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素。首先，横摆力矩。此
11、外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素。首先，由于制动而使车速降低；其次，由于差速器的作用，对内侧后轮制动从由于制动而使车速降低；其次，由于差速器的作用，对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速，即外侧后轮受到的驱动力增加而侧向力减少，而导致外侧后轮被加速，即外侧后轮受到的驱动力增加而侧向力减少，于是产生了又一个所期望的横摆力矩。于是产生了又一个所期望的横摆力矩。 24过度转向时的控制策略过度转向时的控制策略 在出现过度转向时，驱动力分配系统就会降低驱动力矩，以提高后轴的侧向附着力。地面作用于后轴的侧向力相应会提高，从而产生一个与过度转向相反的横摆力矩。位于弯道外侧的非驱动前轮开始时几乎不滑动
12、，若仅依靠动力分配系统还不能制止开始发生的不稳定状态，控制系统将自动对该前轮实施瞬时制动，使它产生较高的滑移率，导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大，于是也产生一个与横摆方向相反的横摆力矩。由于对一个前轮制动，车速也会降低，从而获得了一个附带产生的有利于稳定性的因素。ESP ESP 系统的结构系统的结构1 1、带有、带有ECUECU液压调节器液压调节器2 2、轮速传感器、轮速传感器3 3、转角传感器、转角传感器4 4、侧向加速度传感器和横摆角速、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器度传感器5 5、与发动机管理系统的通信、与发动机管理系统的通信 ESP ESP系统由传统制动系统、传感
13、器、液压调节器、系统由传统制动系统、传感器、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统组成，在电脑汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统组成，在电脑实时监控汽车运行状态的前提下，对发动机及控制系统实时监控汽车运行状态的前提下，对发动机及控制系统进行干预和调控。进行干预和调控。 在汽车行驶过程中，方向盘转角传感器监测驾驶者转在汽车行驶过程中，方向盘转角传感器监测驾驶者转弯方向和角度，车速传感器监测车速、节气门开度，制弯方向和角度，车速传感器监测车速、节气门开度，制动主缸压力传感器监测制动力，而侧向加速度传感器和动主缸压力传感器监测制动力，而侧向加速度传感器和横摆角速度传感器则监测汽车的横摆和
14、侧倾速度。横摆角速度传感器则监测汽车的横摆和侧倾速度。ECUECU根据这些信息，通过计算后判断汽车要正常安全行驶和根据这些信息，通过计算后判断汽车要正常安全行驶和驾驶者操纵汽车意图的差距，然后由驾驶者操纵汽车意图的差距，然后由ECUECU发出指令，调发出指令，调整发动机的转速和车轮上的制动力，如果实际行驶轨迹整发动机的转速和车轮上的制动力，如果实际行驶轨迹与期望的行驶轨迹发生偏差，则与期望的行驶轨迹发生偏差，则ESPESP系统自动控制对某系统自动控制对某一车轮施加制动，从而修正汽车的过度转向或不足转向，一车轮施加制动，从而修正汽车的过度转向或不足转向，以避免汽车打滑、转向过度、转向不足和抱死，
15、从而保以避免汽车打滑、转向过度、转向不足和抱死，从而保证汽车的行驶安全。证汽车的行驶安全。3.1 附ECU的液压模块液压模块执行液压模块执行ECUECU指指令，并通过电磁阀调令，并通过电磁阀调整各车轮制动缸的制整各车轮制动缸的制动力。它位于发动机动力。它位于发动机舱，布置在制动主缸舱，布置在制动主缸与车轮制动分缸之间，与车轮制动分缸之间，因此，确保了制动主因此，确保了制动主缸与车轮制动分缸之缸与车轮制动分缸之间的制动管路能得以间的制动管路能得以缩短。如同担当系统缩短。如同担当系统控制功能一样，控制功能一样，ECUECU也接管了系统所有电也接管了系统所有电气和电子的控制职能。气和电子的控制职能。
16、 3.2 轮速传感器 ECU ECU根据来自轮速传根据来自轮速传感器的信号计算车轮感器的信号计算车轮的转速。有两种不同的转速。有两种不同工作原理的传感器：工作原理的传感器：被动式（感应）和主被动式（感应）和主动式（霍尔）速度传动式（霍尔）速度传感器。主动式传感器感器。主动式传感器正变得越来越为普及。正变得越来越为普及。它们应用磁场对轮速它们应用磁场对轮速进行非接触式检测，进行非接触式检测，同时还具备识别车轮同时还具备识别车轮旋转方向和停转的能旋转方向和停转的能力。力。3.3转向角度传感器 它监测转向盘旋转它监测转向盘旋转的角度，帮助确定的角度，帮助确定汽车行驶方向是否汽车行驶方向是否正确。正确
17、。结合来自轮速结合来自轮速传感器和转向角度传传感器和转向角度传感器的输入信息，感器的输入信息，ECUECU计算出车辆的目计算出车辆的目标动作。转向角度传标动作。转向角度传感器的工作范围（量感器的工作范围（量程）为程）为720720。在方向。在方向盘满舵转动范围内，盘满舵转动范围内，其误差在其误差在55之内。之内。 3.4侧滑率和加速度传感器侧滑率传感器记录汽车侧滑率传感器记录汽车绕垂直轴线的旋转，确绕垂直轴线的旋转，确定汽车侧滑与否。旋转定汽车侧滑与否。旋转的角度取决于由的角度取决于由ECUECU测测得的横向加速值，并且得的横向加速值，并且监测车辆转向的数据。监测车辆转向的数据。并将从其它传感
18、器传来并将从其它传感器传来的信号整合，判定驾驶的信号整合，判定驾驶者的意图与实际车辆动者的意图与实际车辆动态，进而取用修正后的态，进而取用修正后的参数，以示毒杀刹车力参数，以示毒杀刹车力或减低动力的方式调整。或减低动力的方式调整。3.5 与发动机管理系统的通讯 发动机管理系统集成：发动机管理系统集成： ECUECU、加速踏板传感器、节气门执行器、燃油喷射、加速踏板传感器、节气门执行器、燃油喷射器、点火模块器、点火模块 电子控制单元是电子控制单元是ESPESP控制系统的核心部件，它一般控制系统的核心部件，它一般具有两个微处理器，一个用来计算控制逻辑，一个具有两个微处理器，一个用来计算控制逻辑，一
19、个用于故障诊断和处理，两个微处理器通过内部总线用于故障诊断和处理，两个微处理器通过内部总线相互交换信息。除了微处理器以外，还包括相互交换信息。除了微处理器以外，还包括电源管理模块、传感器信号输入模块、液压调节器电源管理模块、传感器信号输入模块、液压调节器驱动模块、各种指示灯接口以及总线通讯接驱动模块、各种指示灯接口以及总线通讯接口等。现在的大多与液压调节器安装在一起，口等。现在的大多与液压调节器安装在一起，通过电磁线圈与电磁阀阀芯之间的电磁耦合连接，通过电磁线圈与电磁阀阀芯之间的电磁耦合连接，这样不仅减少了连线的长度，又结构紧凑。这样不仅减少了连线的长度，又结构紧凑。3.6液压调节器液压调节器
20、是液压调节器是ESPESP控制系统的主要执行机构，其基本结构与控制系统的主要执行机构，其基本结构与ABS/TCSABS/TCS液压调节器相似，只是为了提高响应速度，液压调节器相似，只是为了提高响应速度，ESPESP控制系统的液压调节器比控制系统的液压调节器比ABS/TCSABS/TCS液压调节器多了预压泵液压调节器多了预压泵（PCPPCP： Precharge Pump Precharge Pump ）和压力生成器（）和压力生成器（PGAPGA： Pressure Generator AssemblyPressure Generator Assembly）。）。博世液压调节器博世液压调节器HU
21、5HU50 0的结构图的结构图 ESP的用途 ESPESP系统的出现，极大地改善了汽车在行驶过程系统的出现，极大地改善了汽车在行驶过程中的安全性和操纵性，特别是在路况很差，路面被中的安全性和操纵性，特别是在路况很差，路面被雨水和冰雪覆盖时，雨水和冰雪覆盖时，ESPESP控制系统在车辆行驶过程中，控制系统在车辆行驶过程中，始终监测车的运动状态，尤其是与转向相关的运行始终监测车的运动状态，尤其是与转向相关的运行状态，一旦出现不稳定的预兆，状态，一旦出现不稳定的预兆，ESPESP控制系统便实时控制系统便实时予以修正，从而使汽车的行驶安全性大大提高，驾予以修正，从而使汽车的行驶安全性大大提高，驾车人员
22、感觉更灵活，更快捷，更安全。车人员感觉更灵活，更快捷，更安全。ESPESP系统使汽系统使汽车在极限状况下更容易操纵，它可以降低汽车突然车在极限状况下更容易操纵，它可以降低汽车突然转向时的危险，提高方向稳定性。转向时的危险，提高方向稳定性。ESPESP系统可以辩识系统可以辩识汽车的趋向，并且做出反应，它可在单个车轮上施汽车的趋向，并且做出反应，它可在单个车轮上施加制动力，从而产生附加横摆调节力矩，帮助汽车加制动力，从而产生附加横摆调节力矩，帮助汽车回到正确的方向上来。回到正确的方向上来。 ESPESP降低事故风险降低事故风险 当不得不采取紧急避让动作时，也许弯道比预当不得不采取紧急避让动作时，也
23、许弯道比预料的还要急拐，或者路面状况突然发生变化时。料的还要急拐，或者路面状况突然发生变化时。德国保险公司协会推荐所有尺寸规格的乘用车都德国保险公司协会推荐所有尺寸规格的乘用车都将将ESPESP作为标准装置作为标准装置4.2 ESP4.2 ESP4.2 ESP4.2 ESP避免打滑避免打滑避免打滑避免打滑 德国保险公司协会通过对受调查事件碰撞之前德国保险公司协会通过对受调查事件碰撞之前情况的研究，显示情况的研究，显示25%25%导致严重人员伤害事故的车导致严重人员伤害事故的车辆发生了打滑。辆发生了打滑。ESPESP极大地提高对车辆的操控机会。极大地提高对车辆的操控机会。ESPESP避免侧面碰撞
24、避免侧面碰撞 研究也证实了碰撞死亡事故中有研究也证实了碰撞死亡事故中有60%60%因侧面碰撞所因侧面碰撞所致。致。ESPESP意识到打滑的危险，并在车道上稳定车辆，意识到打滑的危险，并在车道上稳定车辆，因此能帮助驾驶者保持操纵，以避免危险。因此能帮助驾驶者保持操纵，以避免危险。 4.4 ESP4.4 ESP增强被动驾驶安全性增强被动驾驶安全性增强被动驾驶安全性增强被动驾驶安全性 德国保险公司协会事故分析得出结论：装备德国保险公司协会事故分析得出结论：装备ESPESP后后发生打滑的风险很小，车辆能够保持循迹及前向行发生打滑的风险很小，车辆能够保持循迹及前向行驶。如果安装了驶。如果安装了ESPES
25、P的车辆发生了碰撞事故，它常的车辆发生了碰撞事故，它常常也是由车辆前端吸能区的溃变来吸收碰撞能量，常也是由车辆前端吸能区的溃变来吸收碰撞能量，而不是自身安全防护措施较少的车身侧面（车辆发而不是自身安全防护措施较少的车身侧面（车辆发生打滑碰撞时，所有的冲击能量都集中在车身侧面生打滑碰撞时，所有的冲击能量都集中在车身侧面上了）。上了）。ESPESP因此能大大降低碰撞风险和保障车内因此能大大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全。乘员的安全。(1)(1)避让始料不及的障碍物避让始料不及的障碍物避让始料不及的障碍物避让始料不及的障碍物 在悠长平整的路面上交替进行着超车和变道。突然出现在悠长平整的路面上交替进
26、行着超车和变道。突然出现一个障碍物。一个障碍物。 (2) (2)路程的错误估计路程的错误估计路程的错误估计路程的错误估计 行驶于蜿蜒曲折的山路。下一弯道始料不及地出现。行驶于蜿蜒曲折的山路。下一弯道始料不及地出现。 (3)始料不及的新状况始料不及的新状况 冰雪路面、弯道上的湿树叶或者鹅卵石路旁的铁轨。 无论是在弯道或紧急避让状态，还是在制动、加速过程中。或是车轮打滑时。一旦实际状态变得危急，ESP都能利用之前讲过的原理来增加车辆行驶的方向稳定性，同时ESP还能缩短ABS在弯道上和对开路面(车辆的一侧为光滑路面）上的制动距离。 不管什么样的电子稳定系统不是万能的。ESP只有在轮胎与地面之间还有附
27、着力时，才能控制使车辆保持稳定。如果车速超过了一定值，ESP系统也会不起作用。 ESPESP系统研究的关键技术系统研究的关键技术 ESP ESP 系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破：系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破： 4.14.1传感技术的改进传感技术的改进传感技术的改进传感技术的改进 在在 ESP ESP 系统中使用的传感器有汽车横摆角速度系统中使用的传感器有汽车横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、制传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是 ESP ESP 系统中不可缺少的重
28、要部件。提高他们的可靠系统中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。 4.24.2体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的结构设计结构设计 这方面这方面BOSCHBOSCH公司在公司在ESPESP系统中采用的结构有一系统中采用的结构有一定的代表性，其液压作动系统由预加压泵定的代表性，其液压作动系统由预加压泵(Precharge Pump(Precharge Pump，简称为，简称为PCP)+PCP)+压力产生装置压力产生装置(Pressure Generator Ass
29、embly)+(Pressure Generator Assembly)+液压单元液压单元HU5HU50 0所构成所构成 4.3ECU4.3ECU4.3ECU4.3ECU的软、硬件设计的软、硬件设计的软、硬件设计的软、硬件设计 由于由于 ESP ESP 的的 ECUECU需要估计车辆运行的状态变需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力和程序容量要比和程序容量要比 ABS ABS 系统大数倍。一般采用多系统大数倍。一般采用多 CPU CPU 结构。而结构。而 ECU ECU 软计算的研究则是研究的重软计算的研究则是研究的重中之重
30、，基于模型的现代控制理论已经很难适应中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应 ESP ESP 这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。较强的非线性控制算法。 4.44.4通过通过 CAN CAN 完善控制功能完善控制功能 ESP 的 ECU与发动机、传动系的 ECU通过 CAN互联，使其能更好地发挥控制功能。例如自动变速器将当前的机械传动比、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给 ESP，以估算驱动轮上的驱动力。当 ESP 识别出是在低附着系数路面时，它会禁止驾驶员挂低档。在这种路面上起步时，ESP会告知传动系 ECU应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。 ESPESP的发展方向的发展方向 随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控制是今后发展的方向，汽车稳定性控制将综合考虑制是今后发展的方向，汽车稳定性控制将综合考虑对制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制，并对制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制，并共享传感器信号，进一步提高汽车的稳定性。共享传感器信号，进一步提高汽车的稳定性。 3333 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！
