电子稳定性控制系统ESC解决方案

电子稳定性控制系统ESC 解决方案
时间：2010-04-17 22:50:55 来源： 作者：
电子稳定性控制系统（ESC ）帮助驾驶员保持对于汽车的控制。

通过采用一个微控制器，一套用于测量汽车辆横向和纵向加速度、偏航角速度、轮速和转向角的传感器以及防抱死系统中的执行器，单个车辆的系统性事故有望降低34%，而单个SUV 的系统性事故将降低59%。

双核32位MCU 实现了对于每个车轮上制动力的单独控制。

如果检测到丧失了转向控制，ESC 能够控制制动和主动悬挂系统功能来稳定车辆。

另外，通过增加ESC 系统的计算能力，可以共同采用主动和被动安全系统。

飞思卡尔电子稳定性控制系统框图
用于电子稳定性控制的产品
产品系列
产品 说明 32位MCU
• MPC560xP
• MPC564xL
•用于数据处理和算法的主要的单核和双核控制器
16位MCU
• S12XS
• S12P
• 用于冗余和看门狗功能的安全伴侣控制器 8位MCU
• S08SG/SL • 用于冗余和看门狗功能的安全伴侣控制器 模拟和混合信
号集成电路
• MC33742, MC33901, MC33911, MC33912,
• MC33810, MC33882, • 系统基本芯片,
• MC33981, MC33982, • MC33937,
• MC33902 • 输出驱动器
• 固态eXtreme开关• 3相预驱动器
• CAN/LIN网络
传感器 • MMA6900Q • 双轴数字输出加速度传感器可用工具评估板，校准解决方案，参考设计，
软件库，AUTOSAR
ABS防抱死刹车系统
“ABS”（Anti-locked Braking System）中文译为“防抱死刹车系统”。

它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。

ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。

它既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。

防抱死制动系统是利用阀体内的一个橡胶气囊，在踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到ABS的阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回，使车轮避过锁死点。

当车轮即将到达下一个锁死点时，刹车油的压力使得气囊重复作用，如此在一秒钟内可作用60~120次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械的“点刹’。

因此，ABS防抑死系统，能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，使车轮在刹车时不被锁死，不让轮胎在一个点上与地面摩擦，从而加大摩擦力，使刹车效率达到90%以上，同时还能减少刹车消耗，延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。

装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到80%—90%、30%—10%、15%—20%。

普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而完全抱死。

近年来由于汽车消费者对安全的日益重视，大部分的车都已将ABS列为标准配备。

如果没有ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。

而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使行车方向变得无法控制。

所以，ABS系统通过电子或机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力。

随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据。

目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。

汽车制动防抱系统，简称为ABS，是提高汽车被动安全性的一个重要装置。

有人说制动防抱系统是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。

汽车制动系统是汽车上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。

随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性越来越为人们重视。

汽车制动防抱系统，是提高汽车制动安全性的又一重大进步。

ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。

这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。

在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死〔锁死〕车轮相比，能提供更高的制动力量。

ABS的工作原理
ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同。

在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。

电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。

制动压力调节装置主要由调压电磁阀、电动泵和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。

制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。

在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同
在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。

例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它未趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死
趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的
作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的
抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵
通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右
前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。

ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主
缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。

制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。

在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分
别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮
都不发生制动抱死现象。

尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。

ABS的功用
制动性能是汽车主要性能之一，它关系到行车安全性。

评价一辆汽车的制动
性能最基本的指标是制动加速度、制动距离、制动时间及制动时方向的稳定性。

制动时方向的稳定性，是指汽车制动时仍能按指定的方向的轨迹行驶。

如果
因为汽车的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。

若前轮抱死，将使汽车失去转向能力；若后轮抱死，将会出现甩尾或调头（跑偏、侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。

汽车的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车制动减速的制动力，还受
地面附着系数的制约。

当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地
面上出现滑移。

其滑移率
δ＝(Vt-Va)/Vt×100％
式中：δ--滑移率；
Vt--汽车的理论速度；
Va--汽车的实际速度。

据试验证实，当车轮滑移率δ＝15％一20％时附着系数达到最大值，因此，为了取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在15％～20％范围内。

ABS的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加
制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。

ABS的两种控制方式
1、双参数控制
双参数控制的ABS，由车速传感器(测速雷达)、轮速传感器、控制装置(电脑)和执行机构组成。

其工作原理是车速传感器和轮速传感器，分别将车速和轮速信号输入电脑，
由电脑计算出实际滑移率，并与理想滑移率15％一20％作比较，再通过电磁阀增减制动器的制动力。

这种转速传感器常用多普勒测速雷达。

当汽车行驶时，多普勒雷达天线以一
定频率不断向地面发射电磁波，同时又接收反射回来的电磁波，测量汽车雷达发
射与接收的差值，便可以准确计算出汽车车速。

而轮速传感器装在变速器外壳，
由变速器输出轴驱动，它是一个脉冲电机，所产生的频率与轮速成正比。

执行机构由电磁阀及继电器等组成。

电磁阀调整制动力，以便保持理想的滑
移率。

这种ABS可保证滑移率的理想控制，防抱制动性能好，但由于增加了一个测
速雷达，因此结构较复杂，成本也较高。

2、单参数控制
它以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动，其
结构主要由轮速传感器、控制器(电脑)及电磁阀组成。

为了准确无误地测量轮速，传感头与车轮齿圈间应留有1mm间隙。

为避免水、泥、灰尘对传感器的影响，安
装前应将传感器加注黄油。

电磁阀用于车轮制动器的压力调节。

对于四通道制动系统，一个车轮圈有一
个电磁阀；三通道制动系统，每个前轮拥有一个，两个后轮共用一个。

电磁阀有
三个液压孔，分别与制动主缸与车轮制动分缸相连，并能实现压力升高、压力保持、压力降低的调压功能。

工作原理如下。

1)升压在电磁阀不工作时，制动主缸接口和各制动分缸接口直通。

由于主弹
簧强度大，使进油阀开启，制动器压力增加。

2)压力保持当车轮的制动分缸中的压力增长到一定值时，进油阀切断关闭。

支架就保持在中间状态，三个孔间相互密封，保持制动压力。

3)降压当电磁阀工作时，支架克服两个弹簧的弹力，打开卸荷肉使制动分缸
压力降低。

压力一旦降低，电磁阀就转换到压力保持状态，或升压的准备状态。

控制装置ECU的主要任务是把各车轮的传感器传回来的信号进行计算、分析、放大和判别，再由输出级将指令信号输出到电磁阀，去执行制动压力调节任务。

电子控制装置，由四大部分组成，输入级A、控制器B、输出级C，稳压与保护装置D。

电子控制器以4一101tz的频率驱动电磁阀，这是驾驶员无法做到的。

这种单参数控制方式的ABS，由于结构简单、成本低，故目前使用较广。

在美国克莱斯勒型高级轿车中大多配备了这种单参数控制方式的ABS。

它在
轿车的四个轮上都装有轮速传感器。

在车轮轴上安装有45齿或100齿的齿圈，轮速传感器的传感头装在齿圈的顶上。

当车轮转动时，使传感器不断产生电压信号，并输入电脑，与RoM中理想速度比较，算出车轮的增速或减速，向电磁阀发出升压或卸压的指令，以控制制动分缸制动力。