第3章电子稳定程序

汽车底盘及车身电控系统维修第2版,第3章电子稳定程序（ESP）,ESP是ElectronicStabilityProgram的缩写，意为电子稳定程序，应用于大众、奥迪、奔驰等车系。与此功能相似的系统在其他车系上的名称有所不同：例如丰田的车辆稳定性控制（VehicleStabilityControlVSC）系统、宝马的动态稳定控制（DynamicStabilityControDSC）系统等。3.1.1ESP的功能汽车操纵失控是非常危险的，因为汽车操纵失控时，汽车不能按照驾驶员的驾驶意图行驶，很容易导致交通事故的发生。当汽车在弯路上高速行驶时，或者虽然车速不高，但路面较滑，或者为躲避障碍物而急转弯时，由于离心力的作用，会使汽车侧滑。,假如汽车只有前轮侧滑，后轮没有侧滑，或者虽然前、后轮都侧滑，但前轮的侧滑程度大于后轮，就会使汽车绕其垂直轴转动，转动方向与汽车转弯的方向相反，从而导致汽车不能按照驾驶员的驾驶意图行驶，即不能沿驾驶员给定的转向轮偏转路线行驶，汽车将驶出转弯路面的外侧（图3-1a），这种情况会造成不足转向。,a）不足转向b）ESP避免不足转向,图3-1避免不足转向的原理,如果汽车只有后轮侧滑，前轮没有侧滑，或者虽然前、后轮都侧滑，但后轮的侧滑程度大于前轮，也会使汽车绕其垂直轴转动，但转动方向与汽车转弯的方向相同，同样会导致汽车不能按照驾驶员的驾驶意图行驶，汽车将驶出转弯路面的内侧（图3-2a），这种情况会造成过度转向。,a）过度转向b）ESP避免过度转向,图3-2避免过度转向的原理,3.1.2ESP的基本组成和基本原理,ESP也是由传感器、ECU和执行器组成的，但ESP大部分元件与ABS和ASR共用，传感器在原来ABS和ASR的基础上增加转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器等；ECU增加ESP的控制功能；执行器则在原来ABS和ASR执行器的基础上改进功能，使ASR制动供能装置可以对每一个车轮都能进行单独制动（ASR只能对驱动车轮进行制动）。ESP工作时，首先通过转向盘转角传感器、轮速传感器信号识别转弯方向、角度、速度，从而判断驾驶员的驾驶意图；与此同时，ESP通过横摆角速度传感器、侧向加速度传感器识别车辆绕其垂直轴转动的方向、角速度以及旋转角度等，从而确定车辆的实际运动方向。ECU将车辆实际运动方向与驾驶员的驾驶意图进行比较，如果车辆实际绕其垂直轴转动的角度小于由转向盘转角和轮速确定的车辆应该绕其垂直轴的转角，则判断为不足转向，ECU立即指令执行器使汽车内侧后轮制动，地面制动力将对汽车产生一个与转向方向相同的力矩，纠正不足转向，使汽车回到正常的路线，按照驾驶员的驾驶意图行驶。,反之，如果车辆实际绕其垂直轴转动的角度大于由转向盘转角和轮速确定的车辆应该绕其垂直轴的转角，则判断为过度转向，ECU立即指令执行器使汽车外侧前轮制动，地面制动力将对汽车产生一个与转向方向相反的力矩，纠正过度转向，使汽车回到正常的路线，按照驾驶员的驾驶意图行驶（图3-2b）。ESP起作用时，如果单独制动某一车轮不足以稳定车辆，还可以根据情况同时对两个或多个车轮制动，对各个车轮的制动力也可以不同。此外，还可以根据情况对发动机的工作进行干预，降低发动机的输出转矩，达到迅速有效控制车辆稳定的目的。,3.2ESP主要部件的结构和工作原理,1转向盘转角传感器转向盘转角传感器的作用是检测转向盘的转动方向、转动角速度和转动角度，以便ECU根据转向盘转角的大小和转角变化速率来识别驾驶员的驾驶意图，确定车辆的预期行驶方向。常见的转向盘转角传感器有电位器式、光电式、电磁式、霍尔式、磁阻式等。图3-3所示为各向异性磁阻（AMR）式转向盘转角传感器，转向轴带动传动齿轮1转动，齿轮1驱动两个齿数不等（差一个齿）的测量齿轮2转动，两个驱动齿轮中有磁铁3，磁铁上方有各向异性磁阻传感器5及集成电路4，当转向盘转动时，带动驱动齿轮2中的磁铁3转动，各向异性磁阻传感器5中的磁场变化，使磁阻传感器的电阻变化，电阻的变化即反映了测量齿轮的位置，也就反映了转向盘的旋转角度。由于两个测量齿轮的齿数不同，其转速不同，故产生的信号的相位不同，因此可以判断转向盘的转动方向。,图示为各向异性磁阻（AMR）式转向盘转角传感器，转向轴带动传动齿轮1转动，齿轮1驱动两个齿数不等（差一个齿）的测量齿轮2转动，两个驱动齿轮中有磁铁3，磁铁上方有各向异性磁阻传感器5及集成电路4，当转向盘转动时，带动驱动齿轮2中的磁铁3转动，各向异性磁阻传感器5中的磁场变化，使磁阻传感器的电阻变化，电阻的变化即反映了测量齿轮的位置，也就反映了转向盘的旋转角度。由于两个测量齿轮的齿数不同，其转速不同，故产生的信号的相位不同，因此可以判断转向盘的转动方向。,1-传动齿轮2-测量齿轮3-磁铁4-集成电路5-各向异性磁阻传感器,图3-3转向盘转角传感器的结构,2.横摆角速度传感器,横摆角速度传感器也称横摆率传感器、偏航率传感器、陀螺仪等，其作用是检测车辆绕其垂直轴转动的角速度，以便ECU根据横摆角速度信号和侧向加速度等信号判断车辆的实际行驶方向。图3-4所示的MM2型横摆角速度传感器为MEMS微机械陀螺仪，采用MEMS技术制造。MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的缩写，即微电子机械系统。MEMS是使用微电子技术和微加工技术相结合的制造技术，可以制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。MM2型横摆角速度传感器是在硅晶体上运用MEMS技术制成一个带有梳齿的转子，转子在中心由挠性支轴支撑，转子上的梳齿与固定在基座上的固定梳齿形成梳状结构。在转子与基座之间具有检测电容CDet。,MM2型横摆角速度传感器采用静电驱动、电容检测的方式工作。通过在固定梳齿与转子梳齿之间施加交变驱动电压信号，就会产生静电力，在静电力的驱动下，转子将绕支轴扭转振动，如果此时有横摆角速度作用于传感器，转子就会产生哥氏（Coriolis）加速度，在哥氏力FC的作用下，转子将做俯仰运动，其频率与交变驱动电压信号的频率相同，其幅值与横摆角速度的大小成正比。转子的俯仰运动将引起转子与基座之间的间隙变化，从而引起检测电容值的变化。通过测量电容值的变化，即可检测出横摆角速度的大小。,1-固定梳齿2-转子梳齿3-转子4-基座5-测量轴CDrv-驱动电极电容CDet-检测电容-横摆角速度FC-哥氏力v-扭转振动速度,3.侧向加速度传感器,侧向加速度传感器的作用是检测汽车行驶时的侧向加速度，以便ECU根据侧向加速度信号和横摆角速度信号判断车辆的实际行驶方向。,如果传感器受到侧向加速度a的作用，传感器的弹簧质量系统将离开其静止位置而偏移，偏移程度与加速度的大小有关。运动的磁铁在霍尔元件中产生霍尔电压UH，经信号处理电路处理后输出能够反映加速度大小的信号电压。阻尼板4的功用是产生感应涡流IW，其磁场与永久磁铁磁场相互作用衰减片状弹簧3的振动。,1-霍尔传感器2-永久磁铁3-片状弹簧4-阻尼板5-IW涡流（产生阻尼）UH-霍尔电压U0-电源电压-磁场a-检测的侧向加速度,3.2.4执行器,ESP的执行器通常与ABS和ASR的执行器组合在一起，图3-7为典型的ABS/ASR/ESP执行器的液压调节器总成，由液压泵2、蓄能器3、进油阀6、出油阀7、隔离阀8、起动阀9等部件组成。其中的进油阀6和隔离阀8为常开阀，出油阀7和起动阀9为常闭阀。为了能够独立控制每个车轮的制动回路，采用四通道制动回路，由液压泵供能可以对每一个车轮进行单独制动。下面介绍常规制动、ABS起作用、ASR起作用、ESP起作用时液压调节器工作的情况。1.常规制动液压调节器中的所有电磁阀均不通电，由于隔离阀8和进油阀6是常开阀，因此处于打开状态，起动阀9和出油阀7是常闭阀，因此处于关闭状态。来自制动主缸5的制动液经隔离阀8进油阀6制动钳4，此为常规制动油路。,图3-7液压调节器总成1-液压调节器总成2-液压泵3-蓄能器4-制动钳5-制动主缸6-进油阀7-出油阀8-隔离阀9-起动阀A-常规制动液流B-停止的制动液流C-液压泵产生的制动液流D-踏下制动踏板M-电动机,2.ABS起作用,如果制动过程中ABS起作用，需要对左后轮保压，ECU使左后轮进油阀6通电关闭，左后轮出油阀7为常闭阀处于关闭状态，因此左后轮制动钳4中的制动液被密封，压力保持不变；如果左后轮需要减压，ECU使左后轮出油阀7通电打开，进油阀6通电关闭，同时使液压泵2工作，左后轮制动钳4中的制动液经出油阀7液压泵2后隔离阀8回到制动主缸5，制动压力降低；如果左后轮需要增压，ECU使左后轮进油阀6断电打开，出油阀7断电关闭，油路与常规制动相同。3.ASR起作用ASR起作用时可以通过减小发动机输出转矩和对滑转的驱动车轮制动两种措施防止车轮滑转。如果只需要对左后驱动轮制动，ECU使液压泵2工作，后隔离阀8通电关闭，后起动阀9通电打开，右后轮进油阀6通电关闭，液压泵2将制动主缸5中的制动液经后起动阀9液压泵2左后轮进油阀6到达左后轮制动钳4，由于右后轮进油阀6关闭，制动液不能进入右后轮制动钳，因此只对左后驱动轮制动。,如果ASR起作用时需要对两个后驱动轮都制动，则ECU只需要在上述控制过程中不给右后进油阀6通电，即可以实现对两个后驱动轮同时制动。如果ASR起作用时需要保压，则相应的进油阀6和出油阀7都关闭；如果需要减压，则进油阀6关闭，出油阀7打开，制动钳4内的制动液经后起动阀9回到制动主缸5。4.ESP起作用ESP起作用的情况与ASR起作用时相似，只不过ASR起作用时只对一个或两个后驱动车轮进行制动，而ESP起作用时还可以通过控制前隔离阀8、前起动阀9以及前轮进、出油阀使前轮制动，这样就可以单独对汽车的任何一个车轮或同时对几个车轮进行制动。制动时的液压回路与ASR起作用时相同。,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.1电子制动力分配（EBD）EBD（ElectricBrakeforceDis-tribution），德文缩写为EBV。EBD能够根据由于汽车制动时产生载荷转移的不同，ECU根据接收到的轮速信号、载荷信号、踏板行程信号以及发动机等有关信号，经处理后向电磁阀和压力调节器发出控制指令，使各轴的制动力得到合理分配，以提高制动效能。,图3-25,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.1电子制动力分配（EBD）EBD是ABS的一个附加作用系统，可以提高ABS的效用。EBD在汽车制动时即开始控制制动力，而ABS则是在车轮有抱死倾向时开始工作。EBD的优点在于在不同的路面上都可以获得最佳制动效果，缩短制动距离，提高制动灵敏度和协调性，改善制动的舒适性。,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.1电子制动力分配（EBD）EBD的工作原理是：用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应和计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断保持调整，使制动力与摩擦力相匹配，从而保证车辆的平稳。实际调整前后轮时，它可依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程,自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率(即车辆的实际车速和车轮的圆周线速度之差与车辆实际车速之比),如发觉前后车轮有差异，而且差异程度必须被调整时，它就会调整汽车制动液压系统，使前、后轮的液压接近理想化制动力的分布。,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.1电子制动力分配（EBD）（1）前/后车轮制动力分配（直线行驶制动）。当车辆直线向前行驶时，如果施加制动，则载荷的转移会减少施加在后轮上的载荷。通过来自轮速传感器的信号、载荷信号、踏板行程信号以及发动机等有关信号，ECU指令压力调节器调节前后轮制动力的大小，以优化控制。（2）左/右车轮制动力分配（转弯制动）。当车辆正在转弯时，如果施加制动，则加在内轮上的载荷减少，加在外轮上的载荷增加。通过来自轮速传感器的信号、载荷信号、踏板行程信号以及发动机等有关信号，ECU指令压力调节器左右轮制动力的大小，以优化控制。,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.2制动助力系统BAS制动助力系统(BrakeAssistSystem，BAS)与ABS结合使用有助于改善车辆制动性能。BAS通过驾驶员踩制动踏板的速度和踏板力等参数的变化率探测车辆行驶中遇到的情况，判断、感知驾驶员的制动意图，当驾驶员在紧急情况下快速踩下制动踏板，但踩踏力又不足时，此系统便会发挥作用，将在不到Is的时间内把制动压力增至最大，以缩短紧急制动情况下的制动距离。因此，当车辆在紧急制动时，BAS能弥补驾驶员因反应滞后或制动犹豫而损失的制动时间，弥补制动踏板力不足，瞬间提升制动压力输出值，增大制动力，缩短触发ABS的时间，从而减少制动距离，提高行车安全性。,3.3EBD/BAS/HAC,3.3.3上坡辅助系统HACHAC(Hill-startAssistControl)是在ESP系统基础上衍生开发出来的一种功能，它可让车辆在不使