汽车电子学

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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，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 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。 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，ESP系统也会不起作用。
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。
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。 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。 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。
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4.3 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。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。
4.4 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（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。
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2．4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。位于弯道外侧的非驱动前轮开始时几乎不滑动，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。
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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。
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3.6液压调节器
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 （PCP： Precharge Pump ）和压力生成器（PGA： Pressure Generator Assembly）。
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3．3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。
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3.4侧滑率和加速度传感器
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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HU5．0所构成
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1.3电子稳定程序控制(ESP)
ESP的效能超越了两个系统的功能结合：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。
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博世液压调节器HU5．0的结构图
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4 ESP的用途
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，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，ESP控制
但是,由于ABS不能解决车辆在湿滑路面上起步和 加速时出现的车轮打滑问题，更不能避免车辆发生侧 滑，因此，在ABS的基础上，进一步发展Baidu Nhomakorabea了牵引力 控制系统(TCS)。
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1.2牵引力控制系统(TCS) 牵引力控制系统（Traction Control System—
—TCS),又称为驱动防滑控制系统（Anti Slip Regulation——ASR）, TCS解决车辆在光滑路面打 滑的棘手难题。功能是防止汽车尤其是大马力的车 子在起步或加速时，如果某个车轮出现了打滑的趋 势(轮速传感器不断监视着每个车轮)，TCS会通过 对发动机和制动的立即干预避免车轮打滑。使车辆 能够安全地起步或加速。保持良好的操控性及尽可 能利用车轮－路面间纵向附着能力，提供最适当的 驱动力，达到良好的行车安全。它还有助于避免车 辆在急加速过弯时发生甩尾。
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1.4ESP的类型 目前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。
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2ESP的工作原理
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具体的纠偏工作是这样实现的: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得到纠正。
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2．3不足转向时的控制策略 ESP判别汽车具有较大的不足转向倾向，控制系统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。此外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素。首先， 由于制动而使车速降低；其次，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。
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ＣＡＮ总线通讯接 口等。现在的ＥＣＵ大多与液压调节器安装在一起， 通过电磁线圈与电磁阀阀芯之间的电磁耦合连接， 这样不仅减少了连线的长度，又结构紧凑。
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3．1 附ECU的液压模块
液压模块执行ECU指 令，并通过电磁阀调 整各车轮制动缸的制 动力。它位于发动机 舱，布置在制动主缸 与车轮制动分缸之间， 因此，确保了制动主 缸与车轮制动分缸之 间的制动管路能得以 缩短。如同担当系统 控制功能一样，ECU 也接管了系统所有电 气和电子的控制职能。
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3．2 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。
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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。
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(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。
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(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。
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(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。
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3．ESP 系统的结构
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
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ESP系统由传统制动系统、传感器、液压调节器、 汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统组成，在电脑 实时监控汽车运行状态的前提下，对发动机及控制系统 进行干预和调控。
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，以示毒杀刹车力 或减低动力的方式调整。
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3．5 与发动机管理系统的通讯
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2020/11/23
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ESP
ESP概述 ESP工作原理 ESP的组成结构 ESP的用途 ESP的发展方向
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1 ESP概述
1.1防抱死系统（ABS） 防抱死制动系统(ABS)是根据不同滑移率下所对
应的轮胎－地面的附着特性来调节制动压力来防止汽 车制动时的车轮抱死。通过充分利用地面附着系数而 获得较高的地面制动力和侧向力，缩短汽车的制动距 离，提高汽车制动的方向稳定性，减少轮胎磨损。即 便是全力踩刹车，驾驶者也能够控制车辆的躲避动作， 或者是让车辆在只有一侧车轮有附着力的路面上安全 地停车。使用ABS车辆的制动距离通常比车轮抱死时 要短。
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4.1 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ESP作为标准装置．
4.2 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。ESP极大地提高对车辆的操控机 会。
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。