ESP电子稳定程序.ppt

汽车新技术 ESP,1102030208 张琦 1102030218蔡荣清 1102030228 杨超,1,2,ESP是什么 ESP概述 ESP的典型工况 ESP系统构成、基本工作原理 ESP是如何工作的 ESP未来发展,ESP电子稳定程序（ Electronic Stability Program),3,ESP是英语单词Electronic Stability Program缩写。意为电子稳定程序,在大众、奥迪、奔驰车型上使用此简称。在其它车型上，相同或相近功用的系统采用了不同的名字。如： Dynamic Stability Control (DSC)-BMW Vehicle Stability Control (VSC)-Toyota Vehicle Stability Assist (VSA)-Honda Dynamic Stability Traction Control System DSTC-Volvo ESP是一个主动安全系统。它是建立在其它牵引控制系统之上的一个非独立的系统。,ESP是什么,4,德国博世（BOSCH)公司将直接横摆力偶矩控制（Direct Yaw Control,DYC)跟ABS及TCS结合起来，开发了基于制动力横向分配的电子稳定程序ESP，形成了同时控制车轮滑移率和整车横摆运动的综合系统，该技术通过合理分配纵向和侧向轮胎力，精确控制极限附着情况下的汽车动力学行为，使汽车在物理极限内最大限度按照驾驶员的意愿行驶。ESP系统是ABS和TCS两种系统功能的 它们之间的差别在于ABS或ASR只能被动地作出反应，而ESP系统则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。,ESP概述,5,汽车电子稳定控制系统是车辆新型的主动安全系统，是汽车防抱死制动系统(ABS)和牵引力控制系统(TCS)功能的进一步扩展，并在此基础上,增加了车辆转向行驶时横摆率传感器、测向加速度传感器和方向盘转角传感器，通过ECU 控制前后、左右车轮的驱动力和制动力，确保车辆行驶的侧向稳定性。 在汽车行驶过程中，ESP系统通过不同传感器实时监控驾驶员转弯方向、车速、油门开度、制动力以及车身倾斜度和测倾速度，并以此判断汽车正常安全行驶和驾驶员操纵汽车意图的差距；然后通过调整发动机的转速和车轮上的制动力分布，修正过度转向或转向不足。,ESP概述,6,ESP的典型工况,(A)行驶工况：避让障碍物 装备有ESP： 1.紧急制动，猛打方向盘，车辆有转向不足的倾向。 2.增加左后车轮制动压力车辆按照转向意图行驶。 3.恢复正常的行驶路线，车辆有过度的倾向，在左前轮施加制动力。 4.车辆保持稳定。,7,(B)在地面附着力不同的工况下,(C)在急转弯车道上高速行驶工况,8,ABS ABS系统防止制动时车轮出现抱死，使车辆具有方向性和稳定性，并缩短制动距离。,EBD-Electronic Brake Pressure Distribution EBD 系统是防止ABS起作用以前，或者由于特定的故障导致ABS失效后，后轮出现过度制动。,EDL-Electronic Differential Lock 两驱动轮在附着系数不同的路面上，出现单侧车轮打滑时，制动打滑车轮。,TCS-Traction Control System 通过发动机管理系统干预及制动车轮，防止驱动轮打滑。例如在沙石及冰面上。,ESP- Electronic Stability Programe 通过有选择性的分缸制动及发动机管理系统干预，防止车辆滑移。,EBC-Engine Braking Control 防止在发动机制动时（突然收油门踏板或挂入低档）出现驱动轮抱死。,ESP的构成,9,ESP,ESP包含TCS,装备TCS的车型，将同时具有EDL、ABS功能,装备ESP的车型，将同时具有TCS （ASR)、EDL、ABS功能,ESP主要部件是：电控单元（ECU）、转向盘转角传感器、转速传感器、横向偏摆率传感器、横/纵向加速度传感器及液压系统等。典型组成部分如右图所示。,10,ESP的构成,（1）ESP控制单元1是控制核心，如左图，为确保高可靠性，采用冗余控制，用2个相同的处理器同时处理信号，并相互比较监控。接通点火开关后，系统进入自检，连续监控所有电器连接，并周期性检查电磁阀功能。若ECU出故障，仍可按常规制动，但ABS/EBC/ASR/ESP/功能失效。,（2）转向盘转角传感器7依据光栅原理测量转向盘转角，ECU以此获得预定的行驶方向。若无此信号则无法确定行驶方向，ESP失效。,（3）制动压力传感器3检测实际制动管路压力大小，ECU由此算出车轮上的制动力和整车的纵向力大小。如果ESP正在对不稳定状态进行调整，ECU将该数值包含在侧向力计算范围内。若无此信号则无法准确算出侧向力，ESP失效。,ESP各主要部件介绍,11,液压调节器,（4）横向偏摆率传感器5检测车辆绕其纵轴旋转角度和转动速率，ECU以此来获得车辆的实际行驶方向，使用音叉形振荡式陀螺仪原理工作。若无此信号则ECU无法确定车辆是否发生偏摆，ESP失效。,（5）纵向加速度传感器只安装在四驱车上。对于单轴驱动车辆，通过计算制动压力、车轮转速信号以及发动机管理系统信息，得出纵向加速度。,（6）侧向加速度传感器4检测车轮侧向力大小。若无该信号则ECU无法算出车辆的实际行驶状态，ESP失效。,ESP各主要部件介绍,12,13,ESP控制框图如下图，通过传感器收集转向盘转角、横摆角速度、侧向加速度等信息，输入电控单元，检测转向盘转角输入和实际行驶状态，一旦识别出车辆不稳定状态，立刻对制动系统、发动机管理系统和变速器管理系统等综合协调控制，来降低车辆横向滑移，防止在制动时车轮抱死、起步时打滑和车辆侧滑。一般情况下，如果单独制动某个或某几个车轮不足以稳定车辆，ESP将通过降低发动机转矩输出或其他方式来进一步控制。在不踩制动踏板时，制动预压力一般来源于ABS液压控制单元。,ESP控制过程,14,ESP控制框图,15,汽车技术进步的一个主要任务就是提高主动安全性以避免发生事故，并充分发挥车辆的动力性能。 在汽车行驶过程中，ESP系统通过不同传感器实时监控驾驶员转弯方向、车速、油门开度、制动力以及车身倾斜度和测倾速度，并以此判断汽车正常安全行驶和驾驶员操纵汽车意图的差距；然后通过调整发动机的转速和车轮上的制动力分布，修正过度转向或转向不足。 只要 ESP识别出驾驶员的输入与车辆的实际运动不一致，它就马上通过有选择的制动/发动机干预来稳定车辆。,ESP是如何工作的,16,ESP液压控制示意图,1.液压控制单元 2.隔离阀 3.起动阀 4.右前进口阀 5.液压泵 6.左前出口阀,1.液压控制单元 2.隔离阀 3.起动阀 4.右后进口阀 5.液压泵 6.左后出口阀,17,通过转向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向（驾驶员意愿） A。 由横摆角速度传感器识别车辆绕重心的旋转角度，侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向B。 若A B,ESP判定为出现转向不足，则制动内侧后轮，使车辆进一步增大转向。 若A B,ESP判定为出现转向过度，则制动外侧前轮，防止出现甩尾并减弱过度转向趋势。 若单独制动某个车轮不足以稳定车辆，ESP则进一步降低发动机转矩输出或制动其他车轮以达到要求。,ESP工作原理和控制措施,18,ESP首先通过方向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向（驾驶员意愿）a图 ESP通过横摆角速度传感器（英文原称为yaw rate sensor ）,识别车辆绕垂直于地面轴线方向的旋转角度及侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向 b图 若ab,ESP判定为出现不足转向，将制动内侧后轮，使车辆进一步沿驾驶员转弯方向偏转，从而稳定车辆。（图I） 若ab,ESP判定为出现过度转向，ESP将制动外侧前轮，防止出现甩尾，并减弱过度转向趋势，稳定车辆。（图II）,19,ESP工作过程,转向不足,20,当ECU检测到车辆转向不足时，控制液压调节器过程为：关闭前/后隔离阀打开前后/起动阀关闭右前/右后进口阀运行液压泵,转向过度,21,当ECU检测到车辆转向不足时，控制液压调节器过程为：关闭前/后隔离阀打开前后/起动阀关闭右前/右后进口阀运行液压泵,转向过度的响应操作与转向不足类似,22,23,紧急制动，猛打方向盘，车辆有转向不足的倾向 增加右后轮制动压力车辆按照转向意图行驶 恢复正常的行驶路线，车辆有转向过度的倾向，在左前轮上施加制动力 车辆保持稳定,装配ESP汽车躲避障碍物时的行驶状况,ESP绝对是车辆主动安全系统的终极设备，它替驾驶员完成很多不可能的动作，让车能够更加易于控制。但是什么东西都不是万能的，ESP也逃脱不了物理定律的束缚。当车身出现轻微失控的时候ESP可以通过制动系统修正车身姿态，这车要是过弯速度太快轮胎的抓地力抵不过离心力的时候，再高级的ESP也不能挽回这车冲出去的结局。,ESP存在问题,24,25,ESP未来发展,1：ESP未来发展方向,2：ESPII功用和组成部分,4：汽车底盘集成控制,5：底盘集成控制结构,3：ESPII控制结构,26,1：ESP未来发展方向,在汽车安全系统日益增多的情况下，如果分别独立的去考虑和设计在汽车安全系统各种汽车主动安全系统，然后再将它们融合起来，难免会出现某些控制功能不兼容甚至冲突的现象，这与汽车主动安全控制的目标是背道而驰的，而且造成了控制资源的浪费，使系统可靠性降低。所以在设计阶段就将各种汽车主动安全系统综合考虑，实现多层面集成式的全局优化控制，实现底盘一体化控制，这对汽车主动安全是十分重要且十分必要的。,27,德国大陆公司正在研发ESPII系统，ESPII系统体现了“集成控制”思想，革新点主要体现在在控制器及其功能的集成通讯上。 ESPII在开发时的主要目标就是实现对底盘进行全局控制。,28,2:ESPII功用和组成部分,Continental公司在ESP的基础上增加主动转向系统,开发了ESPII,其中集成了ABS、TCS、DYC(direct yaw moment control)和AFS等控制系统,主要组成部分如图所示。最基础的控制能力如制动防抱死、驱动防滑及转向功能依然由底层的ABS、TCS和AFS独立完成。汽车的转向稳定性功能则由ESPII控制层统一管理,ESPII通过网络获得AFS、ABS、TCS和ESP的所有信息,并通过网络向这些系统传达控制指令。,29,ESPII比ESP有着更好的性能,在附着系数分离路面上能缩短制动距离,减少驾驶员输入;在换道试验时也减小了驾驶员输入,提高了车辆的稳定性。,3：EXPII控制结构,ESPII在开发时的主要目标就是实现对底盘进行全局控制。整个系统采用CAN总线连接所有执行器和传感器，达到共用的目的，节省了冗余的部件：通过采用状态估计器进一步节约了一定数量的传感器；通过采用协调控制算法，按照工况决定AFS和ESP的工作负荷，既提高了对车辆的控制效果，,又延长了制动器、转向器的工作寿命。整个系统的控制结构如图所示。实现集成底盘控制将是未来底盘技术发展的方向。,31,4：汽车底盘集成控制,4.1特征,(1)各个控制系统的控制目标不一致,如主动悬架的主要控制目标是舒适性,四轮转向的主要控制目标是操纵稳定性,将两者集成时会由于控制目标不一致而冲突; (2)各个控制系统对执行器的控制存在干涉,如制动器同时受到驾驶员、防抱死系统ABS和电子稳定程序ESP等的控制;,32,(3)同一控制目标可以由多个控制系统完成,如转向时的操纵稳定性可以由主动前轮向AFS、主动后轮转向ARS和ESP等来实现。此外还存在基于反馈的控制存在时间相位的滞后,系统的冗余度较大,尤其是传感器冗余.,33,4.2优点,(1)消除各系统间的冲突如四轮转向可以改变汽车的横向运动,同样通过制动力控制也可以改变汽车的横向运动, 集成控制能实现两个系统各自以合适的幅度向同一个方向作用,消除可能存在的冲突。(2)改善车辆性能如在装有ABS的车辆上,若安装形式为“高选择”,则在分离附着系数路面上会产生横摆力矩,导致车辆失稳;若安装形式为“低选择”,又没有充分利用路面附着系数,导致制动距离延长。通过,34,ABS和4WS的集成控制既能充分利用路面附着系数,缩短制动距离,又能保证车辆稳定性。 (3)减少传感器很多控制系统所需要的传感器信号是相同的,可以通过集成实现传感器共享,还可以利用状态估计等方法来估计一些车辆的状态参数,减少传感器的数量,降低控制系统的成本。 (4)降低系统复杂性随着底盘电控系统数量的不断增加,控制器、传感器和执行器都大大增多,造成电子线路复杂,布局混乱,成本上升,还造成检修和维护的困难。,35,集成控制从系统工程的角度,整合现有的控制器,简化系统结构,大大降低统的复杂性如图所示,5：底盘集成控制结构,5.1集中控制 在底盘集成控制中通常采用两种结构,一种是集中控制,另一种是协调控制。集中控制用一个控制单元汇总所有的信息,包括传感器信息和状态估计信息,通过多目标的全局优化算法统一控制所有的执行器,如图所示。,这种控制方式的集成度很高,用一个集中控制器取代了原有的各个子系统的控制器。通过仿真和试验,这些集中控制能减小车辆的侧偏角,缩短制动距离,也减少了驾驶员的输入,取得了较独立控制更好的效果。,但集中控制存在以下缺点: ( 1)车辆的数学模型复杂,在设计控制器时存在困难,为了降低设计难度,常常采用简化的线性模型,这样设计