汽车操纵稳定性VSC系统燕山大学汽车理论讨论课

1、提高操纵稳定性的电子控制系统 -汽车理论讨论结果汇报 汽车的操纵稳定性 操纵性：汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力 稳定性：汽车受到外界挠动后恢复原来运动状态的能力 汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车 能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界 干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。 发展进程 防抱死制动系统（ABS）和驱动力控制系统（TCS）都是提高操纵稳 定性的电子控制系统。 过去一直只限于改进轮胎、悬架、转向与传动系来被动的提高固有的 操纵稳定性。二十世纪八十年代中叶以来，随着支持控制系统的计算 机和传感器、执行机构的迅速发展，各汽

2、车公司陆续开发，生产了多 种显著改善操纵稳定性的点子控制系统。 不断开发出的价格更低廉，性能更优良的电子控制系统，已是当强提 高操纵稳定性的一条重要途径。 电子控制系统 日本的电子控制系统 一、四轮转向系统（Four WHeel Steering system，缩写为4WS） 二、车辆稳定性控制系统（Vehicle Stablity Control ,缩写为VSC） 欧洲的电子控制系统 一、车辆动力学控制系统（Vehicle Dynamics Control System，缩写 为VDC） 二、电子稳定性程序（Electronic Stable Program， 缩写为ESP） 各种电子控制系

3、统的工作区域 D-驱动力分配控制 R-侧倾刚度分配控制 B-制动力分配控制 4WS的有效工作范围是附着圆中 心部位，即侧向力、纵向力比较小 的轮胎特性线性区域；TCS在大驱 动附近的极限区域；ABS在大制动 力附近的极限区域；VSC在大侧偏 力附近区域。 发展趋势 一般来讲, ABS 和TCS 只能改善轮胎和路面间的附着系数利用率(即改 善纵向动力学性能);TCS 系统减少轮胎无谓的磨损和功率消耗。而 VSC 除此之外还能识别并控制车辆的偏转力矩(改善横向动力学性能), 该系统根据“所有外部作用于车辆上的力(如制动力、推动力、侧向 力), 都会使车辆绕其质心而转动”的原理, 通过对1 个以上的

4、前、后车 轮进行制动干预, 使车辆按预定轨迹稳定地行驶, 即使车辆在湿滑的路 面上仍能保持稳定的驾驶性能。 作为ABS、TCS (亦称TRC 驱动防滑转或ASR 加速防滑控制系统) 系 统的功能扩展, 车辆动态稳定控制系统已成为主动安全系统发展的一 个重要方向。 VSCVSC 车辆稳定性控制系统（Vehicle Stablity Control ,缩写为VSC）。在汽 车紧急避障或转弯制动时，该系统通过改变车轮切向力，使车辆克服 偏离正常路径的倾向。 系统是以ABS为基础发展而成的。 基本工作原理是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下，利用左 右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控

5、制的侧滑现象。 VSCVSC发展 丰田公司开发的VSC (Vehicle Stability Control)车辆动态稳定性控制系 统, 首见于1997 年推出的Lexus 车系中, 现已普及至Lexus 及Toyota旗 下大部分的车辆: 花冠、锐志、皇冠、佳美、霸道等等。在2007年3月 新推出的锐志2.5S特别天窗版中，更是增加了VSC系统作为其一个卖 点。 目前不同厂家对车辆稳定性控制系统的称谓不同, 如宝马公司将其称 为DSC 系统; 保时捷则称其为PSM; 本田公司称为VSA 系统。VSA 及 VSC 系统与奔驰公司的VSC 均属同一类系统, 是转向时对由制动力产 生危险的汽车进行

6、动态修正的主动安全装置。区别在于VSC 和VSC 是用于前置发动机后轮驱动车辆(FRV); 而本田的VSA是为FFV 车辆开 发的。 VSCVSC的三大特点 1.实时监控：VSC能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车 运动状态，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。VSC则可以通过主动调控发动机的转速，并调整 每个轮子的驱动力和制动力，来修正汽车的过度转向和转向不足。 3. 事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，VSC会用警告灯警 示驾驶者。 工作原理 研究表明车辆打滑最主要的原因, 是由于路面状况的突然

7、改变, 使部分 车辆失去附着力, 造成车辆失去操控性; 或是由于驾驶员为闪躲路面突 然出现情况而出现的过当操作, 使车辆所需的动态超过车轮附着力的 上限, 因而造成打滑, 产生行车危险。 VSC 系统可在车辆行驶时随时监测由各传感器所提供的车辆动态信 息, 以了解车辆目前的状况。当车身打滑, 各传感器信息与平稳行驶的 数据不同时, 系统据此判断出车辆出现打滑情况,自动介入车辆的操控, 以油门及制动控制器来修正车辆的动态。由于所有打滑现象均是因为 部分车轮超过了该轮所能承担的附着力而造成的, 因此针对打滑问题 而开发的VSC 系统可提供高标准的主动安全。 工作原理 当前轮或后轮的抓地力达到极限时

8、, 汽车转向的稳定性就会受到极大的影响。车辆转弯行驶时, 如前 轮首先达到附着(抓地) 极限, 则会引起“漂出”现象(不足转向), 此时驾驶员怎样打转向盘也不能减 小转弯半径, 从而难以循踪行驶, 出现转向失灵。而如果后轮首先达到附着极限, 则将造成“甩尾” 现象(过度转向), 车辆本身会变得不稳定, 汽车被快速拉向转向一侧。VSC 系统通过对不同车轮独立 地实施制动, 使车辆产生相应的回转力矩, 以避免“漂出”和“甩尾”现象的产生。 为抑制前轮的侧滑, 首先制动后轮, 以产生向内旋转运动, 然后对4 个车轮进行制动, 使车速降到某 一水平, 以平衡旋转运动, 使转向在转弯力的范围内进行。当出

9、现后轮侧滑时, 外前轮被制动, 以产生 向外旋转的运动, 确保汽车的稳定性。 VSC系统的组成 1）用于向各个车轮施加）用于向各个车轮施加 制动的执行机构；制动的执行机构； 2）用于控制驱动力的节）用于控制驱动力的节 气门执行机构与节气门传气门执行机构与节气门传 感器；感器； 3）轮速传感器；）轮速传感器； 4）横摆角速度传感器；）横摆角速度传感器； 5）侧向、纵向加速度传）侧向、纵向加速度传 感器；感器； 6）转向角传感器；）转向角传感器； 7）制动主缸压力传感器；）制动主缸压力传感器； 8）ECU。 VSCVSC传感器 转向传感器 轮速传感器 偏转率传感器 侧向加速度传感器 根据各传感器信

10、号，发现汽车出现甩尾或前轮失去转向 能力时，当 汽车处于驱动方式时，程序控制ASR（驱动力控制系统）改变在各轮 上的驱动力；当汽车处于制动方式时，控制ABS（防抱死系统）改变 在各轮上的制动力，使汽车产生额外的力矩，迫使汽车回到正确的路 线上来。 VSC（ESP）的作用 前轴侧滑出现前轴侧滑出现 “驶出驶出”现象现象 加大内侧车加大内侧车 轮的制动力轮的制动力抑制前轮侧滑抑制前轮侧滑 后轴侧滑出后轴侧滑出 现甩尾现象现甩尾现象 加大外侧车加大外侧车 轮的制动力轮的制动力 抑制后轮侧滑抑制后轮侧滑 VSC（ESP）的作用）的作用 没有装备VSC 车辆跑偏(转向不足)，即前轮向外偏离弯道，车辆失去控制。 一旦驶入干燥的沥青路面，车辆就开始打滑。 装备有VSC 车辆表现出转向不足的趋势，即将跑偏，增加右后轮制动力的同时降低发动机输出扭矩至 车辆保持稳定。 VSCVSC实际作用 VSCVSC实际作用 。 没有装备VSC 紧急制动，猛打方向盘，车辆转向不足。 车辆继续；中向障碍物，驾驶员反复打方向盘，以求控制车辆，车辆避开障 碍。 当驾驶员尝试恢复正常行驶路线时，车辆产生侧滑 装备有VSC 紧急制动，猛打方向盘，车辆转向不足。 增加左后轮制动力车辆按照转