汽车电子稳定程序系统

浅谈汽车电子稳定程序

前言

随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,汽车行驶安全性已经受到了高度关注。汽车的行驶安全性能要求不断提高,汽车安全系统已经成为汽车研究发展的重要部分。

汽车安全性包括主动安全性和被动安全性两大类。汽车主动

安全是指事故发生前的安全，即实现事故预防和事故回避，防止

事故发生。主动安全性是指通过事先预防，避免或减少事故发生

的能力。被动安全性是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效

保护的能力。汽车的主动安全性因其防患于未然，所以越来越受

到汽车厂商和消费者的重视，越来越多的先进技术也被应用到汽

车主动安全装置上。主动安全性的好坏决定了汽车产生事故发生概率的多少，而被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。

目前广泛运用的汽车主动安全性系统主要有防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统〔ASR〕、牵引力控制系统 (TCS)、汽车电子稳定程序系统(ESP),汽车电子制动力分配系统(EBD), 紧急刹车辅助系统 (EBA)、汽车自适应巡航速度控制系统(ACC)等,保证汽车在危险状况下行驶的安全性。上述这些系统具有智能化的控制作用,根据车辆的行驶状况,自动地完成对汽车制动性能、转向辅助等的控制,无需人的主动性操作,可见汽车安全系统已经向智能型方向发展。

摘要

本文探讨了ESP系统的原理、发展和现状。简要讨论汽车 ESP 系统的结构及关键技术。介绍新奥迪 A4轿车 ESP系统的组成、电控系统、液压单元及工作过程。

关键词：电子稳定程序，主动安全性，操纵稳定性，模糊控制传感器液压控制单元电子控制单元

ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

ESP系统是汽车上一个重要的系统，通常是支持ABS及ASR 的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。

ESP系统包含ABS（防抱死刹车系统）及ASR（驱动防滑转系统），是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车

防滑装置的最高级形式。ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有ESP与只有ABS 及ASR的汽车，它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向（转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲目开快车，任何安全装置都难以保全。

汽车 ESP 系统的结构及关键技术

下图是现在比较典型的汽车ESP控制系统的结构，包括:传统制动系统(真空助力器、管路和制动器)、传感器(4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器)、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元(ECU)和辅助系统(发动机管理系统)。

博世ESP 系统的硬件结构图

一、传感器

①轮速传感器

轮速传感器用于检测轮速信号。目前采用的轮速传感器有电磁感应式和霍尔式两种。电磁感应式轮速传感器的低速响应比较差，而霍尔传感器有较好的低速响应特性。

②方向盘转角传感器

方向盘转角传感器用以测量方向盘的转角。方向盘转角传感器通常分为编码器和电位计式两种。光学编码器式传感器的测量精度高，

使用寿命长，但是它通常测量的是相对位置，因此需要对零点进行识别，而电位计可以直接测量绝对位置，但是它的使用寿命低。③侧向加速度传感器加速度传感器用于测量侧向加速度。加速度传感器有很多种，有利用压电石英谐振器的力-频特性进行加速度的测量，还有就是使用衰减弹簧质量系统进行加速度测量。

④横摆角速度传感器

横摆角速度传感器是根据陀螺原理进行测量的，一般采用微机械系统结构，在传感器内部采用压电元件产生振动，通过测量振动系统的科式力来求解汽车的横摆角速度[36-37]。随着以硅原料为基础的微机械测量系统的发展，近期出现了能同时测量侧向加速度和横摆角速度的高精度传感器。

二、液压调节器

液压调节器是汽车ESP控制系统的主要执行机构，其基本结构与ABS/ASR液压调节器相似，只是为了提高响应速度，汽车ESP控制系统的液压调节器比ABS/ASR液压调节器多了预压泵(PCP: Precharge

Pump) 和压力生成器(PGA: Pressure Generator Assembly)。

上图为Bosch公司的HU5.0液压调节器。HU5.0液压调节器分为MC1和MC2两个独立的管路，分别控制前轮和后轮。每一制动轮缸通过两个电磁阀EV和AV的通断来产生升压、降压和保压状态。当EV和AV都处于断电状态时处于升压状态，都处于通电状态时处于降压状态，当EV处于通电状态而AV处于断电状态时处于保压状态，EV 处于断电状态而AV处于通电状态的组合是禁止出现的。Spk为低压蓄能器，用于维持低压状态;RFP为回油泵，它把低压蓄能器中的制动液送回主油路，用于补偿降压过程中损失的制动液，保持油路的连续;D为串联的阻尼器，用于吸收液压调节造成的压力脉动。以上部分与ABS液压调节器的结构基本一致。汽车ESP控制系统的液压调节器要求在驾驶员没有踩制动踏板时也要产生足够的轮缸压力，因此在ABS液压调节器的基础上又增加了两种控制电磁阀(VLV和USV)以产生这种功能。当VLV和USV均断电的情况下，在PCP未启动时EV阀前端的压力就是由驾驶员通过踩制动踏板产生的。当VLV和USV均通电时，VLV与主油路相连，USV切断与主油路通路，这时回油泵RFP 启动，使得制动管路产生汽车稳定性控制所需要的压力。由于在低温下制动液粘性很高，为了提高主动制动(驾驶员不踩制动踏板)时压力建立的响应速度，引入了预压泵PCP, PCP启动后，由PGA产生的压力通过VLV阀施加到回油泵的吸油端，使之产生一定的预压，从而提高响应速度。PCP运行过程中会产生一些泡沫，为了防止这些泡沫进