车辆稳定性控制)

丰田轿车VSC 主动安全系统
1 简介
车辆动态稳定性控制系统(VSC) 是一种可在各种行驶条件下提高车辆行驶稳定性的新型主动安全体系。

VSC 控制系统增强了制动防抱死系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS) 以及发动机扭矩控制系统的功能, 其功能处于比ABS 和TCS 更高的控制层次统计资料显示, 在重大死亡车祸中, 约 1 /6是由于车辆失控造成的; 而在车辆失控事件中,由车辆打滑造成的占到了75%。

丰田VSC 系统利用控制单元与制动系统及发动机系统相联, 随时监测车身的动态状况, 当出现打滑现象时, 系统自动介入油门与制动的操作, 控制发动机的功率输出, 并适时对适当的车轮施加制动, 以利用有附着力的轮胎, 使车辆稳定减速, 修正车辆的动态, 使其稳定行驶在本来的行驶路线上, 保证车辆安全。

丰田公司开发的VSC (Vehicle Stability Control)车辆动态稳定性控制系统, 首见于1997 年推出的Lexus 车系中, 现已普及至Lexus 及Toyota旗下大部分的车辆: 花冠、锐志、皇冠、佳美、霸道等等。

在2007年3月新推出的锐志2.5S特别天窗版中，更是增加了VSC系统作为其一个卖点。

作为ABS、TCS (亦称TRC 驱动防滑转或ASR 加速防滑控制系统) 系统的功能扩展, 车辆动态稳定控制系统已成为主动安全系统发展的一个重要方向。

VSC 系统在汽车高速转弯将要出现失控时, 可有效地增加汽车的稳定性, 系统通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析, 向制动防抱死系统ABS、牵引力控制系统TCS 发出纠偏指令, 帮助车辆维持动态平衡, 减少事故发生。

VSC 系统可使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性, 在过度转向或不足转向的情形下作用尤为明显。

目前不同厂家对车辆稳定性控制系统的称谓不同, 如宝马公司将其称为DSC 系统; 保时捷则称其为PSM; 本田公司称为VSA 系统。

VSA 及VSC 系统与奔驰公司的VSC 均属同一类系统, 是转向时对由制动力产生危险的汽车进行动态修正的主动安全装置。

区别在于VSC 和VSC 是用于前置发动机后轮驱动车辆(FRV); 而本田的VSA是为FFV 车辆开发的。

2 VSC 系统工作原理
研究表明车辆打滑最主要的原因, 是由于路面状况的突然改变, 使部分车辆失去附着力, 造成车辆失去操控性; 或是由于驾驶员为闪躲路面突然出现情况而出现的过当操作, 使车辆所需的动态超过车轮附着力的上限, 因而造成打滑, 产生行车危险。

VSC 系统可在车辆行驶时随时监测由各传感器所提供的车辆动态信息, 以了解车辆目前的状况。

当车身打滑, 各传感器信息与平稳行驶的数据不同时, 系统据此判断出车辆出现打滑情况,自动介入车辆的操控, 以油门及制动控制器来修正车辆的动态。

由于所有打滑现象均是因为部分车轮超过了该轮所能承担的附着力而造成的, 因此针对打滑问题而开发的VSC 系统可提供高标准的主动安全。

图1:VSC系统能够避免抓地力的丧失
当前轮或后轮的抓地力达到极限时, 汽车转向的稳定性就会受到极大的影响。

车辆转弯行驶时, 如前轮首先达到附着(抓地) 极限, 则会引起“漂出”现象(不足转向), 此时驾驶员怎样打转向盘也不能减小转弯半径, 从而难以循踪行驶, 出现转向失灵。

而如果后轮首先达到附着极限, 则将造成“甩尾”现象(过度转向), 车辆本身会变得不稳定, 汽车被快速拉向转向一侧。

VSC 系统通过对不同车轮独立地实施制动, 使车辆产生相应的回转力矩, 以避免“漂出”和“甩尾”现象的产生。

为抑制前轮的侧滑, 首先制动后轮, 以产生向内旋转运动, 然后对4 个车轮进行制动, 使车速降到某一水平, 以平衡旋转运动, 使转向在转弯力的范围内进行。

当出现后轮侧滑时, 外前轮被制动, 以产生向外旋转的运动, 确保汽车的稳定性。

3 VSC 系统构成
VSC 系统是由VSC 控制系统、发动机电控系统、各传感器、制动控制器、油门控制器等单元构成的完整控制体系。

系统的大部分元件与ABS、TCS 系统共用, 传感器部分增加了用于检测汽车状态的车身横摆率传感器和减速度传感器(G 传感器); ECU 部分增强了运算能力; 执行器部分改进了前轮的液压通道; 信息显示部分增加了VSC 蜂鸣器。

图2:VSC系统构成 1、带有ECU的液压调节器 2、轮速传感器 3、转向角传感器 4、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器
VSC 系统主要由以下几部分组成:
(1) 用于检测车辆状态和驾驶员操作的传感器部分①车身横摆率传感器(亦称横摆角速度传感器、侧滑传感器或翻转角速度传感器)。

该传感器安装在汽车行李舱前部, 与汽车垂直轴线平行, 用于检测汽车的横摆率(汽车绕垂直轴旋转的角速度)。

它记录汽车绕垂直轴线的运动, 用来监测车辆后部因侧滑发生的甩尾。

作用类似飞机陀螺, 时刻监视着汽车方向的稳定性, 确定汽车是否在打滑, 使汽车保持相对于垂直轴线的稳定性。

②减速度传感器(G 传感器)。

G 传感器水平安装在汽车重心附近地板下方的中间位置, 以检测汽车的纵向和横向加速度。

对转弯时产生的离心力起反应, 确定车辆是否在通过弯道时打滑。

③转向角度传感器。

传感器安装在转向盘后侧, 监测转向盘旋转的角度, 帮助确定汽车行驶方向是否正确。

④制动液压传感器。

制动液压传感器安装在VSC 的液压控制装置上部, 用于检测驾驶员进行制动操作时制动液压的变化。

⑤轮速传感器。

轮速传感器安装在每个车轮上, 用于检测各车轮的角速度, 确定车轮是否打滑。

⑥节气门开度传感器。

节气门开度传感器安装在节气门执行器上, 以检测节气门开启度角的变化。

(2) VSC 系统执行控制器ECU 部分该ECU 安装在车厢内, 通过线束与每个传感器和执行器相连; 用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所需的旋转动量和减速度。

(3) 执行器部分根据计算结果, 执行器部分用于控制每个车轮制动力和发动机输出功率, 包括:①节气门执行器。

该执行器安装在发动机进气通道上, 在VSC 控制发动机输出功率期间,由它来控制发动机节气门开闭。

②液压控制装置。

VSC 液压控制装置主要由供能装置、制动总泵及制动助力器、选择电磁阀、控制电磁阀4 部分组成。

③供能装置。

由电机驱动的液压泵和蓄压器组成。

蓄压器贮存由液压泵供应的液压油, 作为液压装置的压力源。

④制动总泵和制动助力器。

根据驾驶员的制动操作产生液压, 并进行助力。

⑤选择电磁阀。

当VSC、TRC 或ABS 系统工作时, 它关闭制动总泵的液压油输送, 并把从供能部分(动力液压) 来的液压油或从制动助力器(调节液压) 来的液压油送到控制电磁阀, 从而控制每个车轮分泵的液压。

⑥控制电磁阀。

当VSC、TRC 或ABS 工作时, 通过增加或降低每个车轮分泵的液压, 以控制各车轮的制动力。

(4) 信息显示部分VSC 系统以驾驶员为主要操作者, 通过警示装置(指示灯和蜂鸣器) 向驾驶员提供车辆或VSC 系统工作状态信息, 预警车辆在高速转弯时可能出现的失控, 确保
安全行驶。

信息显示部分主要由VSC 工作指示灯、VSC蜂鸣器、侧滑指示灯、多路信息显示器(含VSC故障警告指示) 组成。