现代汽车安全技术-2章3主动安全(VSD车辆稳定系统)PPT课件.ppt

第2章3汽车主动安全技术 VSC车辆稳定控制系统 ABS车型在原有装备基础上 又增加了车身稳定系统VSC VDC ESP DSC DSTC ASC 车身稳定控制系统 2 VSC车辆稳定控制系统 车身稳定系统VSC VDC ESP DSC DSTC ASC 1 车辆稳定性控制 防侧滑控制装置 VSC VehicleStabilityControl 丰田汽车公司开发 2 车辆动态控制系统 VDC VehicleDynamicsControlSystem 3 电子稳定化程序 电子稳定化控制程序系统 ESP ElectronicStabilizationProgram control Procedure 由德国梅赛德斯 奔驰和波许公司联合开发 这些控制技术对车辆在所有的行驶状态下 尤其在车辆转弯时发生的车轮侧滑控制具有明显的优点 3 ESP是英语单词ElectronicStabilityPrograme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 HondaAutomaticStabilityManagementSystemDrivingDynamicControl车辆稳定控制系统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 车辆稳定控制系统 4 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 5 VSC VSC ESP 包含TCS 装备VSC 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 6 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VSC 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 VSC ESP 的工作 7 VSC ESP 的用途 VSC ESP 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 路面被雨水和冰雪覆盖时 VSC ESP 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状态 一旦出现不稳定的预兆 VSC ESP 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 驾车人员感觉更灵活 更快捷 更安全 VSC ESP 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转向时的危险 提高方向稳定性 VSC ESP 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 8 VSC ESP 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将VSC ESP 作为标准装置 VSC ESP 避免打滑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25 导致严重人员伤害事故的车辆发生了打滑 VSC ESP 极大地提高对车辆的操控机会 9 VSC ESP 避免侧面碰撞研究也证实了碰撞死亡事故中有60 因侧面碰撞所致 VSC ESP 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 VSC ESP 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VSC ESP 后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VSC ESP 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 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上了 VSC ESP 因此能大大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全 10 1 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 突然出现一个障碍物 11 2 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 12 3 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 13 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 VSC 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VSC 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 VSC ESP 只有在轮胎与地面之间还有附着力时 才能控制使车辆保持稳定 如果车速超过了一定值 VSC ESP 系统也会不起作用 VSC ESP 14 VSC ESP 系统构成图P45 1 VSC执行器2 制动总泵压力传感器3 转向舵角传感器4 加速度传感器5 横向摆动率传感器6 节气门动作器7 节气门位置传感器8 车轮速度传感器9 ABS ASR与VSC用ECU 15 VSC ESP 的类型目前VSC ESP 有3种类型 a 4通道或4轮系统 能自动地向4个车轮独立施加制动力 b 2通道系统 只能对2个前轮独立施加制动力 c 3通道系统 能对2个前轮独立施加制动力 而对后轮只能一同施加制动力 16 实际上ESP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ABS TCS发出纠偏指令 来帮助车辆维持动态平衡 ESP的电脑会计算出保持车身稳定的理论数值 再比较由侧滑率传感器和加速度传感器所测得的数据 发出平衡 纠偏指令 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 向内侧偏离 VSC ESP 的工作原理 17 18 VSC ESP 的工作 当轮胎运动超过侧向附着力时 就会形成不稳定因素 这时有两种情况 1 后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力 其结果是产生强烈的过多转向倾向 2 前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力 这时会产生强烈的不足转向倾向 VSC则可对上述两种倾向起到限制作用 为了消除上述两种倾向的不稳定因素 首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素 2 不足转向倾向 1 过多转向倾向 19 VSC 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 VSC 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 VSC 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 VSC 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 VSC ESP 的工作 20 传感器 执行元件 TCS ESP开关E256制动灯开关FESP制动识别开关F83在伺服器内转速传感器G44 G47方向盘转角传感器G85侧向加速度传感器G200制动压力传感器 1G201横摆角速度传感器G202制动压力传感器 2G214纵向加速度传感器G249附加信号发动机管理系统变速箱管理系统 ABS回油泵ABS进油阀N99 N101 N133 N134ABS出油阀N100 N102N135 N136DDC阀N225 N226DDC高压阀N227 N228预压电磁线圈N247继电器J508ABS警告灯K47制动系统警告灯K118TCS ESP警告灯K155附加信号发动机管理系统速箱管理系统巡航系统自诊接口 VSC ESP 电控系统 控制单元 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 VSC ESP 控制框图 28 VSC ESP 29 ESP与其它动力控制系统的关系 优先原则 TCS逻辑覆盖ESP逻辑 只发生在驱动轮 即 选择较低的制动压力施加在车轮上 与TCS直接介入有所不同的是 此时动力源来自ESP压力调节器 否则将破坏液压系统 ESP逻辑覆盖ABS逻辑 这是由于ESP系统将产生接近50 的滑移率来稳定车辆 超出ABS20 逻辑控制范围 优先原则 30 发动机扭矩调节 如果ESP和TCS都想降低发动机扭矩 将优先采用最大调节量 ESP与EBC 当ESP工作时 EBC需要介入 则此时EBC起作用 提高发动机转速 优先原则 31 VSC ESP 系统研究的关键技术 VSC ESP 系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破 1传感技术的改进在VSC ESP 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 制动压力传感器及节气门开度传感器等 它们都是VSC ESP 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 32 2体积小 重量轻 低成本液压制动作动系统的结构设计这方面BOSCH公司在ESP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 PrechargePump 简称为PCP 压力产生装置 PressureGeneratorAssembly 液压单元HU5 0所构成 33 3ECU的软 硬件设计由于VSC ESP 的ECU需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量 所以计算处理能力和程序容量要比ABS系统大数倍 一般采用多CPU结构 而ECU软计算的研究则是研究的重中之重 基于模型的现代控制理论已经很难适应VSC ESP 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 34 4通过CAN完善控制功能VSC 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VSC ESP 以估算驱动轮上的驱动力 当VSC 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 VSC 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 5CAN的发展方向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 35 车身动态综合管理系统 6 VDIM 车身动态综合管理系统 2 6 为了确保行车安全 并获得更大的驾驶乐趣 在VDIM VehicleDynamicsIntegratedManagement 这一概念的基础上对车辆的操控性做了进一步的改进 传统的ABS TRC和VSC均为各自独立的功能 而改进后的VDIM除了能对包括转向在内的各系统功能进行统一