汽车ESP控制技术

式传感器的测量精度高 ,使用寿命长 ,但它通常测量相对位 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 ,但其使用寿命较低 。
3) 侧向加速度传感器用于测量侧向加速度 。侧向加速 度传感器主要有 2 种 :一种采用压电石英谐振器的力 - 频特 性进行加速度的测量 ;一种使用衰减弹簧质量系统进行加速 度测量 。
图 3 不施加汽车稳定性控制的车辆在湿滑路面上紧急换道
由图 4 可以看出 ,施加稳定性控制的车辆同样在位置 3 时发生了过多转向 ,汽车稳定性控制系统检测到车辆发生了 不稳定状态 ,于是通过对液压调节器的调节使车辆产生抵消 当前过多转向趋势的沿顺时针方向的横摆力矩 ,使车辆尽量 按驾驶员的操作运行 。在位置 4 时驾驶员向右打方向盘完 成换道操作 ,在位置 5 时又发生了不稳定情况 ,汽车稳定性 控制系统通过施加逆时针方向的汽车横摆力矩纠正了不稳 定趋势 。因此 ,尽管路面附着系数比较低 ,但在汽车稳定性 控制系统的辅助下车辆还是比较好地依照驾驶员的意图完 成了换道操作 。汽车稳定性控制在保障汽车稳定方面具有 很大的优势 ,在如下情况下汽车稳定性控制相对于没有控制 时具有明显的效果 : ①紧急移线或在湿滑路面上移线 ; ②移 线过程中突然制动 ; ③在幅值很大的方向盘转角下连续躲避 障碍 ; ④转向时伴随着加速或制动 。
1) 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 2 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) 方向盘转角传感器用于测量方向盘的转角 。方向盘 转角传感器通常分为编码器和电位计式 2 种 。光学编码器
收稿日期 :2007210218 作者简介 :路兴国 (1963～) ,男 ,工程师 ,研究方向 :汽车运用与检测.
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 ,且结构紧凑 。
2 ESP 控制原理
21 1 ESP 的基本原理 ESP 是一个整体式的主动控制系统 ,控制框图如图 2 所 示 。它是在 ABS 和 TCS 的基础上 ,吸收优点 ,并加以系统控 制 ,具有自动对制动力 、驱动力进行修正 、补偿的综合控制功 能 ,能主动探测和分析车况并纠正驾驶时的错误 ,防患于未
动液压的估算等) , ABS/ TCS 所需的一些参数可以直接得 到 ,不用估算 ,从而可以改进和加强 ABS/ TCS 的性能 。因 而 , ESP 在某种程度上更能提高汽车的主动安全性能 ,适用 范围更广 。 21 2 工作原理
汽车稳定性控制的 ECU 通过方向盘转角传感器和制动 主缸压力传感器得到的信息判断驾驶员对车辆的驾驶意图 , 决策出理想 的 车 辆 运 行 状 态 ( 如 理 想 的 横 摆 角 速 度 等) 。 ECU 通过检测得到的实际车辆状态与理想车辆状态进行比 较 ,并通过一定的控制逻辑决定应该对车辆实施多大的汽车 横摆力矩可以使车辆恢复稳定 ,然后通过液压调节器对制动
然 ,并在极限工况下主动辅助驾驶员操纵汽车 ,对高速行驶 汽车的横向动力学能进行很好的控制 。而 ABS 和 TCS 只在 制动和加速时工作 ,通过控制车轮的纵向滑移 ,提高车辆的 制动和加速性能 ,同时间接控制车辆在减速和加速时的横向 稳定性 。而且由于 ESP 具有附加的传感器和信息 (如横摆 率传感器 、侧向加速度传感器 、方向盘转角传感器和车轮制
图 2 ESP 控制原理 以在湿滑路面上紧急换道时的情况为例进行说明 。图 3 和图 4 分别为不施加稳定性控制和施加稳定性控制时车辆 的运行情况 。可以看出 ,没有施加稳定性控制的车辆开始时 驾驶员向左打方向盘进行换道操作 ,由于路面的摩擦系数不 能提供足够的侧向力 ,于是在位置 3 时发生了过多转向 。这 时车辆急速沿逆时针方向旋转 ,为了弥补这种过度 、转向 ,驾 驶员在位置 4 时向右急打方向盘作为补偿 ,由于补偿过度车 辆又在位置 5 时发生了过多转向 ,使得车辆急速沿顺时针方 向旋转 。由于此时车辆的质心侧偏角很大 ,驾驶ห้องสมุดไป่ตู้通过方向 盘对车辆的控制效果不明显 ,从而引起慌乱 ,于是车辆失去 控制而被甩出 。
4) 横摆角速度传感器根据陀螺原理进行测量 ,一般采用 微机械系统结构 。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 。
5) 液压调节器是汽车 ESP 控制系统的执行机构 ,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 ( Precharge Pump , PCP) 和压力生成器 ( Pres2 sure Generator Assembly , P GA) 。Bo sch 公司的 HU51 0 液 压调节器分为 MC1 和 MC2 两个独立的管路 ,如图 1 所示 。 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 。SP K 为低压蓄能器 ,用于维持低压状态 ; RFP 为回
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交 通 科 技 与 经 济
第 10 卷
系统各制动轮缸进行调节来产生所需要的汽车横摆力矩 ,必 要时与 EMS 通讯 ,由发动机管理系统改变驱动轮的驱动力 , 使车辆改变运行状态 。改变后的车辆运行状态由传感器测 量到 ECU ,然后进行下一循环的控制 ,从而使汽车保持稳 定 ,如图 2 所示 。
第 1 期
路兴国 :汽车 ESP 控制技术
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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 ,用于吸收液压调节器造成的压力脉动 。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 (VL V 和 U SV) 。当 VL V 和 U SV 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 VL V 和 U SV 均通电时 ,VL V 与主油路 相连 ,U SV 切断与主油路通路 ,此时回油泵 RFP 启动 ,使得
Automobile ESP Control Technology
L U Xing2guo
( Hegang Traffic Police Office Automobile Checking Center , Hegang 154103 , Heilongjiang , China)
Abstract :Car in t he high2speed or low coefficient at tached to t he t raffic o n t he roads , due to t he shif t or t he impact of o ut side interference , lateral adhesio n easier to achieve at tachment limit , lo ss of kinetic stabilit y of t he vehicle , t hereby causing t he accident occurred. Auto motive elect ro nic stabilit y p rogram can imp rove vehicle co nditio n , in t hese limit s t he maneuverabilit y and stabilit y , used to co nt rol vehicle yaw rate and lateral deviatio n of it s rest rictio ns wit hin a certain scope. Text of ESP in t he basic st ruct ure and co nt rol p rinciple is analyzed and research , analysis and optimizatio n measures are determined t hro ugh f ut ure devel2 op ment directio n. Key words :auto mo bile ; ESP co mpo sitio n ;co nt rol technology
图 1 Bosch 液压调节器( HU51 0)
6) 电子控制单元是汽车 ESP 控制系统的核心部件 ,它 是控制逻辑的载体 ,用来处理各种传感器信号 ,驱动执行机 构动作 ,从而构成控制闭环 。ECU 一般具有 2 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 ,2 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
1 ESP 的组成
ESP 由传感器 、电子控制单元 ( ECU) 和执行器 3 部分组 成 ,在 ECU 实时监控汽车运行状态的前提下 ,对发动机及制 动系统进行干预和调控 。典型的汽车 ESP 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 ECU 和 辅助系统 (发动机管理系统) 。
汽车 ESP 控制技术
路兴国
(鹤岗市公安局交巡警支队机动车检测中心 ,黑龙江 鹤岗 154103)
摘 要 :汽车高速或在低附着系数路面上转向行驶时 ,由于受转向或外界干扰的影响 ,侧向附着力容易超过附着极 限 ,使汽车丧失动力学稳定性 ,从而发生交通事故 。汽车电子稳定程序可以改善汽车在该极限工况下的操纵性和稳 定性 ,用于控制车辆的横摆角速度 ,并将其侧偏角限制在一定的范围内 。对 ESP 的基本组成与控制原理进行分析 , 并通过分析优化措施确定今后的发展方向 。 关键词 :汽车 ; ESP ;控制技术 中图分类号 :U463. 6 文献标识码 :A 文章编号 :100825696 (2008) 0120052203
制动管路产生汽车稳定性控制所需要的压力 。由于在低温 下制动液粘性较高 ,为提高主动制动 (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 P GA 产生的压力通过 VL V 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入制动系统而影响制动效 果 ,于是在 PCP 与主油路间增加了压力生成器 ( P GA) ,用于 阻断泡沫并能传递 PCP 产生的压力 。此外 , P GA 还可以协 调驾驶员踩下的压力与 PCP 产生的压力之间的关系 ,把二 者中较大的压力传递到主油路 。
汽车电子稳定程序 ( Elect ronic Stability Program ,简称 ESP) 是车辆新型的主动安全系统 ,是汽车防抱死制动系统 (ABS) 和牵引力控制系统 ( TCS) 功能的进一步扩展 ,并在此 基础上 ,增加了车辆转向行驶时横摆率传感器 、测向加速度 传感器和方向盘转角传感器 ,通过 ECU 控制前后 、左右车轮 的驱动力和制动力 ,确保车辆行驶的侧向稳定性 。