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文档简介
1、汽车底盘控制技术,第五章电子稳定程序(ESP),一、概述 汽车发生侧滑时,轮胎与路面的附着达到极限,汽车的操纵特性进入非线性区,此时,驾驶员往往会很恐慌,做出错误地反映,经常的转向过度;即使驾驶员具有很好的心理素质也很难对此进行合理的操纵,而使汽车失控。,电子稳定程序(ESP),ABS和ASR分别只能在汽车制动抱死和驱动打滑的行驶工况下对汽车进行控制,保证汽车具有可操纵性,而不能在路面和轮胎的附着极限工况下对汽车进行控制,来防止汽车侧滑。为此,经过研究,人们提出了建立在ABS和ASR基础之上的ESP系统,来防止车辆侧滑,保证在路面附着极限下汽车具有良好的操纵稳定性。 ESP的效能超越了两个系统
2、的功能结合:除了影响横向动态性能外,而且还具有防止车辆在行驶时侧滑的功能。它通过传感器对车辆的动态进行监测,必要时会对某一个车轮或者某几个车轮进行制动甚至发动机的动力输出。能够识别危险状况,并无需驾驶者任何动作而自行采取行动。,电子稳定程序(ESP),ESP提高了所有驾驶工况下的主动安全性。尤其是在转弯工况下,即是在横向力起作用的情况下,ESP能维持车辆稳定和保持车辆在车道上正确行驶。ABS和TCS只在纵向起作用。ESP结合了侧滑率传感器,并集成横向加速度传感器及转向角度传感器。此外,ESP应用了ABS/TCS的所有部件,并基于功能更强大的新一代电子控制单元。,电子稳定程序(ESP),电子稳定
3、程序(ESP),电子稳定程序(ESP),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。,二、工作原理,电子稳定程序(ESP),具体的纠偏工作是:ESP通过TCS装置牵制发动机的动力输出,同时指挥ABS对各个车轮进行有目的的刹车,产生一个反横摆力矩,将车辆带回到所希望的轨迹曲线上来。比如转向不足时,刹车力会作用在曲线内侧的后轮上;而在严重转向过度时会出现甩尾,这种倾向可以通过对曲线外侧的前轮进行刹车
4、得到纠正。,电子稳定程序(ESP),过度转向时的控制策略 在出现过度转向时,驱动力分配系统就会降低驱动力矩,以提高后轴的侧向附着力。地面作用于后轴的侧向力相应会提高,从而产生一个与过度转向相反的横摆力矩。若仅依靠动力分配系统还不能制止开始发生的不稳定状态,控制系统将自动对该前轮实施瞬时制动,使它产生较高的滑移率,导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大,于是也产生一个与横摆方向相反的横摆力矩。由于对一个前轮制动,车速也会降低,从而获得了一个附带产生的有利于稳定性的因素。,电子稳定程序(ESP),不足转向时的控制策略 ESP会自动对位于弯道内侧的后轮实施瞬时制动,以产生预定的滑移率,导
5、致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大,于是产生了一个与横摆方向相同的横摆力矩。同时,由于制动而使车速降低;由于差速器的作用,对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速,即外侧后轮受到的驱动力增加而侧向力减少,于是产生了又一个所期望的横摆力矩。,电子稳定程序(ESP),组成结构,电子稳定程序(ESP),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
6、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。,电子稳定程序(ESP),液压模块,液压调节器是ESP控制系统的主要执行机构,其基本结构与ABS/TCS液压调节器相似,只是为了提高响应速度,ESP控制系统的液压调节器比ABS/TCS液压调节器多了预压泵和压力生成器。,电子稳定程序(ESP),轮速传感器,ECU根据来自轮速传感器的信号计算车轮的转速。有两种不同工作原理的传感器:被动式(感应)和主动式(霍尔)速度传感器。主动式传感器正变
7、得越来越为普及。它们应用磁场对轮速进行非接触式检测,同时还具备识别车轮旋转方向和停转的能力。,电子稳定程序(ESP),转向角度传感器,它监测转向盘旋转的角度,帮助确定汽车行驶方向是否正确。结合来自轮速传感器和转向角度传感器的输入信息,ECU计算出车辆的目标动作。转向角度传感器的工作范围(量程)为720。在方向盘满舵转动范围内,其误差在5之内。,电子稳定程序(ESP),侧滑率和加速度传感器,侧滑率传感器记录汽车绕垂直轴线的旋转,确定汽车侧滑与否。旋转的角度取决于由ECU测得的横向加速值,并且监测车辆转向的数据,并将从其它传感器传来的信号整合,判定驾驶者的意图与实际车辆动态,进而取用修正后的参数,
8、提高刹车力或减低动力的方式调整。,电子稳定程序(ESP),与发动机管理系统的通讯,发动机管理系统集成: ECU、加速踏板传感器、节气门执行器、燃油喷射器、点火模块 电子控制单元是ESP控制系统的核心部件,它一般具有两个微处理器,一个用来计算控制逻辑,一个用于故障诊断和处理,两个微处理器通过内部总线相互交换信息。除了微处理器以外, ECU还包括电源管理模块、传感器信号输入模块、液压调节器驱动模块、各种指示灯接口以及C总线通讯接口等。,电子稳定程序(ESP),四、ESP的用途,1 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
9、有尺寸规格的乘用车都将ESP作为标准装置 2 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。ESP极大地提高对车辆的操控机会。,电子稳定程序(ESP),3 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。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。,电子稳定程序(ESP),4 增强被动驾驶安全性 装备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(
10、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)。ESP因此能大大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全。,电子稳定程序(ESP),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。,电子稳定程序(ESP),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。,电子稳定程序(ESP),始料不及的新状况 冰雪路面、湿滑的弯道上或者鹅卵石路。,电子稳定程序(ESP),电子稳定程序(ESP),电子稳定程序(ESP),4 ESP系统研究的关键技术,ESP 系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破: 4.1传感技术的改进 在 ESP 系统中使用的传感器有汽车横摆
11、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 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。,4.2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(Precharge Pump,简称为PCP)+压力产生装置(Pressure Generator Assembly)+液压单元HU50所构成,4.3ECU的软、硬件设计 由于 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 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。,4.4通过 CAN 完善控制功能 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 ESP,以估算驱动轮上的驱动力。当
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