ESP工作原理63016.ppt

浅谈电子稳定系统 知识回顾 ABS是防止制动过程中的车轮抱死 保持方向稳定性和操纵性并能缩短制动距离的装置 ARS是在ABS基础上拓展的一种汽车安全装置 它能防止汽车在起步或加速时驱动轮打滑导致甩尾和方向失控 一 ESP电子稳定系统概念二 ESP的功能三 ESP的特点五 ESP的组成六 ESP的工作过程和原理 一 ESP电子稳定系统概念 ESP是电子稳定程序 ElectronicStabilityProgramme 的简称 属于车辆的主动安全 人们也可称之为动态驾驶控制系统 ESP以ABS制动防抱死系统与ASR牵引力控制系统为基础 增加方向盘转角传感器 侧向加速度传感器等信息 通过对车轮制动器和发动机动力的控制 实现对侧滑的纠正 因此 ESP整合了ABS和ASR的功能 并大大拓展了其功能范围 美国国家公路交通安全管理局 NHTSA 的一项报告称 在配备了ESP的车辆中 客车单车碰撞事故减少30 而轿车致命的单车碰撞事故也减少30 就运动型多用途车而言 该事故下降率甚至更高 单车碰撞事故减少67 而致命事故则减少63 二 ESP的功能 ESP能保证在转向状态下车辆的稳定性 横向 避免车辆产生侧滑 ESP能以25次 秒的频率对驾驶员的行驶意图和实际行驶情况进行检测 在转向状态下 能自动根据车辆的状态 有针对性地单独制动各个车轮 或控制发动机 自动变速器的状态使车辆保持稳定行驶 三 ESP电子稳定系统具有以下三个特点 1 实时监控 ESP能够实时监控驾驶者的操控动作 路面反应以及车辆行驶状态 并不断向发动机和制动系统发出指令 2 主动干预 ABS等安全技术主要是对驾驶者的动作起干预作用 但不能调控发动机 而ESP则可以主动调控发动机的转速和每个车轮的驱动力和制动力 3 预先提醒 当驾驶者操作不当或路面异常时 ESP会用警告灯警示驾驶者 四 ESP的组成 1 传感器 方向盘转角传感器 监测方向盘的转向角度 车轮传感器 横摆角速度传感器 车辆绕其纵轴的旋转角度 侧向加速度传感器 车轮侧向滑移量 制动压力传感器2 ECU3 执行器 ESP组成结构分布 1 带有ECU液压调节器2 轮速传感器3 转角传感器4 侧向加速度传感器和横摆角速度传感器5 与发动机管理系统的通信 ESP工作原理与工作过程 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侧倾速度 ECU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ECU发出指令 调整发动机的转速和车轮上的制动力 如果实际行驶轨迹与期望的行驶轨迹发生偏差 则ESP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 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 ESP动作程序 ESP典型工作工况1 躲避前方突然出现的障碍物 紧急制动 猛打方向盘 车辆有转向不足倾向 ESP工作 增加左后轮制动压力 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 在左前轮施加制动力 车辆保持稳定 2 在急转弯车道上高速行驶 车辆有甩尾倾向 自动在右前轮上施加制动力 车辆保持稳定 车辆有甩尾倾向 自动在左前轮上施加制动力 车辆保持稳定 3 在地面附着力不同路面行驶 车辆表现出转向不足的趋势 即将跑偏 ESP发挥作用 增加后右轮制动力的同时 降低发动机输出扭矩 从湿滑路面驶入干燥路段 车辆保持稳定 1 主缸2 压力传感器3 预压泵4 液压控制单元5 6 液压油路7 吸入阀8 限压阀9 阻尼器lO 回油泵11 回流单向阀12 蓄能器13 增压阀14 减压阀15 轮缸 1 为了提高响应速度 汽车ESP控制系统的液压调节器比ABS ASR液压调节器多了预压泵 PrechargePump PCP 和压力生成器 PressureGeneratorAssembly PGA 2 汽车ESP控制系统的液压调节器要求在驾驶员没有踩制动踏板时也要产生足够的轮缸压力 因此 在ABS液压调节器的基础上又增加了两种控制电磁阀 VLV和USV 当VLV和USV均断电的情况下 在PCP未启动时EV阀前端的压力就是由驾驶员通过踩制动踏板产生的 当VLV和USV均通电时 VLV与主油路连 USV切断与主油路通路 此时回油泵RFP启动 使得制动管路产生汽车稳定性控制所需要的压力 增压 保压 减压 液压控制系统的工作原理如下 在系统进入ESP工作模式后 限压阀8立刻从常通状态转变为限压状态 吸入阀7打开 制动液在预压泵3的作用下通过吸人阀7 回油泵10进入阻尼器9 在此减弱了油压脉动后通过增压阀13进入轮缸15 推动轮缸15中的活塞 压紧摩擦片进行制动 当制动达到一定强度时 增压阀13和吸入阀7关闭 减压阀14打开 轮缸15中的高压制动液通过减压阀14进入蓄能器12 此时的蓄能器12成为了下一次增压的油源 在新的增压过程中 制动液在回油泵10的作用下 从蓄能器12出发通过阻尼器9 增压阀13再次进入轮缸15 如此的增减压循环直至系统退出ESP模式 ESP是英语单词ElectronicStabilityProgram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 DynamicStabilityControl DSC BMWVehicleStabilityControl VSC ToyotaVehicleStabilityAssist VSA HondaAutomaticStabilityManagementSystemDrivingDynamicControlESP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 ABSABS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 ElectronicBrakePressureDistributionEBD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 ElectronicDifferentialLock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 TractionControlSystem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 ElectronicStabilityPrograme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 EngineBrakingControl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 ESP包含TCS 装备ESP的车型 将同时具有TCS ASR EDL ABS功能 装备TCS的车型 将同时具有EDL ABS功能 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 ABS TCS系统就是要防止在车辆加速或制动时出现我们所不期望的纵向滑移 而ElectronicDynamicControl ESP就是要控制横向滑移 他是各种工况下的一个主动安全系统 处理各种异常情况 减轻驾驶员的精神紧张及身体疲劳 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 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yawratesensor 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a b 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a b 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 ESP是如何工作的 如果单独制动某个车轮不足以稳定车辆 ESP将通过降低发动机扭矩输出的方式或制动其它车轮来满足需求 在不操纵制动踏板时 宝来车型制动预压力来源于ABS泵 ESP是如何工作的 控制单元 功能 控制ESP ABS EDL TCS EBD及EBC 连续监控所有电气部件 支持自诊断 打开点火开关后 控制单元将做自测试 所有的电器连接都将被连续监控 并周期性检查电磁阀功能 方向盘转角传感器G85 安装位置 转向柱上 转向开关与方向盘之间 与安全气囊时钟弹簧集成为一体 任务 向带有EDL TCS ESP的ABS控制单元传递方向盘转角信号 测量范围为 720度 4圈测量精度 1 5度分辨速度 1 2000度 秒 失效影响 系统将不能识别车辆的预期行驶方向 驾驶员意愿 导致ESP不起作用 方向盘转角传感器G85 自诊断 更换控制单元或传感器后 需重新标定零点 标定方法及工作参数见自诊断部分 电路连接 G85是ESP系统中唯一一个直接由CANbus向控制单元传递信号的传感器 打开点火开关后 方向盘被转动4 5度 相当于1 5cm 传感器进行初始化 拆装注意事项 安装时 要保证G85在正中位置 观察孔内黄色标记可见 进行标定 方向盘转角传感器G85 结构原理 利用光栅原理测量角度 传感器构成如下 a光源 b编码盘 c d光学传感器 e整圈计数器 我们将结构简化一下 如左图 带孔模板1和模板2 光源在两板之间 光学传感器在两板之外 光束通过孔隙照到传感器上 产生电压信号 如果光线被挡住 电压消失 移动模板产生2个不同的电压序列 其中一个模板因孔隙间隔一致 产生的电压信号也是规则信号 另一块模板因不规则间隙生成不规则信号 比较2个信号 系统可以计算出模板移动的距离 由不规则板确定运动的起始点 方向盘转角传感器G85 侧向加速度传感器G200 安装位置 转向柱下方偏右侧 与横摆角速度传感器一体 任务 确定侧向力失效影响 没有G200信号 无法识别车辆状态 ESP失效测量精度 1 2V g测量范围 1 7g 加速度 信号 0 2 5V 侧向加速度传感器G200 结构原理 按电容器原理工作 两个串联电容 中间极片可在作用力下运动 电容可吸收一定量电荷 只要没有侧向力作用在中间极片上 则两电容间隙保持恒定 电容相等 中间电极在侧向力作用下 其中一个电容间隙增加 另一个减小 串联电容值也随之改变 最终 电荷的改变决定了侧向力的大小和方向 横摆角速度传感器G202 安装位置 转向柱下方偏右侧 与侧向加速度传感器一体 任务 G202感知作用在车辆上的扭矩 识别车辆围绕垂直于地面轴线方向的旋转运动 失效影响 没有此信号 控制单元不能识别车辆是否发生转向 ESP功能失效 结构原理其基本工作原理简化成左图双调节叉结构 1激励叉 1测量叉双叉经过匹配 使得激励叉在11千赫时共振 而测量叉在11 33千赫时产生共振 向双叉施加11千赫的交变电压 在激励叉上发生共振 而测量叉上不出现 发生共振的调节叉对于外力的反应 要比没有发生共振的调节叉运动响应慢 横摆角速度传感器G202 这意味着 车辆的角加速度使得测量叉与车辆同步运动 而共振叉滞后于车辆的运动 结果 双叉发生扭曲 摇摆的结果是改变了叉上的电荷分配 传感器感知此信号并将其传递给控制单元 横摆角速度传感器G202 纵向加速度传感器G249 注 只在4驱车上安装此传感器 对于单轴驱动车辆 系统通过计算制动压力 车轮转速信号以及发动机管理系统信息 得出纵向加速度 此开关安装在仪表板上 按此开关可关闭ESP TCS功能 并由仪表上的警告灯指示出来 再次按压此开关可重新激活TCS ESP功能如果司机忘记重新激活TCS ESP 再次启动发动机后系统可被重新激活 TCS ESP开关E256 下列情况下 有必要关闭ESP 在积雪路面或松软路面上 让车轮自由转动 前后移动车辆 安装了防滑链的车辆 在测功机上检测车辆 ESP正在介入时 系统将无法被关闭 E256失效 ESP将不起作用 制动压力传感器G201 安装位置 在主缸上 为最大限度的保证安全 有些系统采用了2个传感器 双重保障 实际1个就够用 本车采用1个 功能 计算制动力 控制预压力 信号失效影响 ESP功能不起作用 最大测量值 170bar最大能量消耗 10mA5V 制动压力传感器G201 结构原理 两传感器都是电容型传感器 为便于说明 我们用简化的电容来说明如何感知制动压力 电容大小C由两极间间隙决定 其它因素不变 它可吸收一定量电荷 其中一个电极被固定 另一个可在压力作用下移动 制动压力传感器G201 当压力作用在可移动电极上时 两极间间隙变小 电容增大 压力降低时 电极间隙增大 电容减小 通过电容变化 指示压力变化 制动压力传感器G201 车轮转速传感器G44 G47 如果车轮转速传感器出现故障 ABS警告灯 TCS ESP警告灯 将亮起 相关系统关闭 但EBD 电子制动力分配 仍有效 如果此故障在自测试过程中或车速大于20公里时不再出现 则警告灯熄灭 液压单元 液压单元有两条对角线制动回路 和先前的ABS控制单元比较 每条制动回路上多了二个控制电磁阀 回油泵可自排气 转换阀N225 N226行驶动态控制高压阀N227 N228如果某一阀工作不正常 系统将关闭 泵及所有阀被连续监控 发生电器故障 需更换控制单元 ESP控制框图 ESP与其它动力控制系统的关系 优先原则 TCS逻辑覆盖ESP逻