畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）esp汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目ESP汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)學(xué)院班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師二一二年五月四日摘要汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)ELECTRONICSTABILITYPROGRAM，簡稱ESP。ESP是一種汽車新型主動(dòng)安全系統(tǒng)。ESP系統(tǒng)包含ABS（防抱死剎車系統(tǒng)）及ASR（防側(cè)滑系統(tǒng)），是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸。因此，ESP稱得上是當(dāng)前汽車防滑裝置的最高級(jí)形式。ESP系統(tǒng)實(shí)際是一種牽引力控制系統(tǒng)，與其他牽引力控制系統(tǒng)比較，ESP不但控制驅(qū)動(dòng)輪，而且可控制從動(dòng)輪。如后輪驅(qū)動(dòng)汽車常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過多情況，此時(shí)后輪失控而甩尾，ESP便會(huì)剎慢外側(cè)的前輪來穩(wěn)定車子；在轉(zhuǎn)向過少時(shí)，為了校正循跡方向，ESP則會(huì)剎慢內(nèi)后輪，從而校正行駛方向。有ESP與只有ABS及ASR的汽車，它們之間的差別在于ABS及ASR只能被動(dòng)地作出反應(yīng)，而ESP則能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯(cuò)誤，防患于未然。ESP對(duì)過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向特別敏感，例如汽車在路滑時(shí)左拐過度轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)彎太急）時(shí)會(huì)產(chǎn)生向右側(cè)甩尾，傳感器感覺到滑動(dòng)就會(huì)迅速制動(dòng)右前輪使其恢復(fù)附著力，產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩而使汽車保持在原來的車道上。當(dāng)然，任何事物都有一個(gè)度的范圍，如果駕車者盲目開快車，現(xiàn)在的任何安全裝置都難以保全。關(guān)鍵詞ESP主動(dòng)安全系統(tǒng)汽車防滑裝置電子控制ABSTRACTELECTRONICSTABILITYSYSTEMELECTRONICSTABILITYPROGRAM,ESPESPISANEWTYPEOFAUTOMOTIVEACTIVESAFETYSYSTEMSTHEESPSYSTEMWITHABSANTILOCKBRAKESYSTEMANDASRANTISKIDSYSTEM,ISTHEEXTENSIONOFTHESETWOSYSTEMSFUNCTIONTHEREFORE,THEESPREGARDEDASTHEMOSTADVANCEDFORMOFAUTOMOTIVEANTISKIDDEVICETHEESPSYSTEMISACTUALLYATRACTIONCONTROLSYSTEMANDOTHERTRACTIONCONTROLSYSTEMS,ESPNOTONLYCONTROLTHEDRIVINGWHEELDRIVENWHEEL,ANDCANBECONTROLLEDSUCHASTHEREARWHEELDRIVEVEHICLESOFTENTURNTOEXCESSIVEREARWHEELOUTOFCONTROLWHILETHEDRIFT,THEESPWILLBRAKESLOWTHEOUTSIDEFRONTWHEELTOSTABILIZETHECARTURNINGOVERCAMEFROMORDERTOCORRECTTHETRACKINGDIRECTION,ESPWILLSLOWLYBRAKETHEINSIDEREARWHEEL,INORDERTOCORRECTTHEDIRECTIONOFTRAVELCARWITHESPANDABSANDASR,THEDIFFERENCEBETWEENTHEMLIESINTHEABSANDASRCANONLYPASSIVELYREACT,ESPISABLETODETECTANDANALYZETHECONDITIONANDCORRECTDRIVINGERRORSANDTAKEPREVENTIVEMEASURESESPONOVERSTEERORUNDERSTEERAREPARTICULARLYSENSITIVE,SUCHASCARSTURNLEFTINSLIPPERYWHENOVERSTEERATURNTOOFASTWILLHAVETODRIFTTOTHERIGHTSIDEOFTHESENSORFELTTHERIGHTFRONTWHEELSLIDEWILLBRAKEQUICKLYTORESTOREADHESIONPRODUCEANOPPOSINGTORQUELEAVINGTHECARREMAINEDINTHEORIGINALLANEOFCOURSE,EVERYTHINGHASARANGEOFMOTORISTSSPEEDINGBLINDLYANYSAFETYDEVICESAREDIFFICULTTOPRESERVEKEYWORDSESPACTIVESAFETYSYSTEMSAUTOMOTIVEANTISKIDDEVICEELECTRONICCONTROL目錄第一章ESP汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡介211ESP的概念212ESP的組成部分2121電子控制單元（ECU）4122液壓調(diào)節(jié)器總成7123前輪速度傳感器9124后輪速度傳感器9125ESP開關(guān)10126方向盤轉(zhuǎn)角傳感器10第二章ESP的工作原理及工作工況1421ESP的工作原理1422ESP的工作過程1623ESP典型工作工況17第三章汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)分析2031ESP系統(tǒng)的控制原理2032ESP系統(tǒng)特點(diǎn)和性能2033ESP系統(tǒng)的應(yīng)用2134ESP關(guān)鍵技術(shù)研究21第四章第二代汽車電子穩(wěn)定程序ESPII2341ESPII的系統(tǒng)及組件23411制動(dòng)系統(tǒng)23412主動(dòng)轉(zhuǎn)向2342ESP轉(zhuǎn)向控制功能24421輔助駕駛24422橫擺力矩補(bǔ)償24423橫擺角速度控制25424側(cè)傾及掛車穩(wěn)定性2543系統(tǒng)集成控制26第五章汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的可靠性27第六章ESP系統(tǒng)為汽車主動(dòng)安全打開廣闊發(fā)展空間28致謝29參考文獻(xiàn)30第一章ESP汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)簡介11ESP的概念汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)偏航穩(wěn)定控制系統(tǒng)ELECTRONICSTABILITYPROGRAM，ESP是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)ASR、電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)EBD、牽引力控制系統(tǒng)TCS和主動(dòng)車身橫擺控制系統(tǒng)AYCACTIVEYAWCONTR01等基本功能的組合，是一種汽車新型主動(dòng)安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)是德國博世公司BOSCH和梅塞德斯一奔馳MERCEDESBENZ公司聯(lián)合開發(fā)的汽車底盤電子控制系統(tǒng)。ESP以ABS制動(dòng)防抱死系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過外圍的傳感器收集方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、側(cè)向加速度等信息，這些信息經(jīng)過微處理器加工，再由液壓調(diào)節(jié)器向車輪制動(dòng)器發(fā)出制動(dòng)指令，來實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)滑的糾正。因此，ESP整合了ABS和TCS牽引力控制系統(tǒng)，不僅能防止車輪在制動(dòng)時(shí)抱死和啟動(dòng)時(shí)打滑，還能防止車輛側(cè)滑。12ESP的組成部分ESP系統(tǒng)由控制單元及轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤的轉(zhuǎn)向角度）、車輪傳感器（監(jiān)測各個(gè)車輪的速度轉(zhuǎn)動(dòng)）、側(cè)滑傳感器（監(jiān)測車體繞垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（監(jiān)測汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力）等組成?？刂茊卧ㄟ^這些傳感器的信號(hào)對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而發(fā)出控制指令。1傳感器轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器、方向盤油門剎車踏板傳感器等。這些傳感器負(fù)責(zé)采集車身狀態(tài)的數(shù)據(jù)。2ESP電腦將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，算出車身狀態(tài)然后跟存儲(chǔ)器里面預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)電腦計(jì)算數(shù)據(jù)超出存儲(chǔ)器預(yù)存的數(shù)值，即車身臨近失控或者已經(jīng)失控的時(shí)候則命令執(zhí)行器工作，以保證車身行駛狀態(tài)能夠盡量滿足駕駛員的意圖。3執(zhí)行器說白了ESP的執(zhí)行器就是4個(gè)車輪的剎車系統(tǒng)，其實(shí)ESP就是幫駕駛員踩剎車。和沒有ESP的車不同的是，裝備有ESP的車其剎車系統(tǒng)具有蓄壓功能。簡單的說蓄壓就是電腦可以根據(jù)需要，在駕駛員沒踩剎車的時(shí)候替駕駛員向某個(gè)車輪的制動(dòng)油管加壓好讓這個(gè)車輪產(chǎn)生制動(dòng)力。另外ESP還能控制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出什么的，反正是相關(guān)的設(shè)備他都能插一腿4與駕駛員的溝通儀表盤上的ESP燈。121電子控制單元（ECU）電子控制單元如圖3所示，其插頭端子視圖見圖4，各端子的作用見表1。電子控制單元是ABSTCS/ESP系統(tǒng)的控制中心，它與液壓調(diào)節(jié)器集成在一起組成一個(gè)總成。電子控制單元持續(xù)監(jiān)測并判斷的輸入信號(hào)有蓄電池電壓、車輪速度、方向盤轉(zhuǎn)角、橫向偏擺率以及點(diǎn)火開關(guān)接通、停車燈開關(guān)、串行數(shù)據(jù)通信電路等信號(hào)。根據(jù)所接收的輸入信號(hào)，電子控制單元將向液壓調(diào)節(jié)器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、組合儀表和串行數(shù)據(jù)通信電路等發(fā)送輸出控制信號(hào)。圖3電子控制單元（ECU）1電子控制單元（ECU）；2液壓調(diào)節(jié)器總成圖4電子控制單元（ECU）插頭端子視圖（各端子的作用見表1）當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)接通時(shí)，電子控制單元會(huì)不斷進(jìn)行自檢，以檢測并查明ABSTCS/ESP系統(tǒng)的故障。此外，電子控制單元還在每個(gè)點(diǎn)火循環(huán)都執(zhí)行自檢初始化程序。當(dāng)車速達(dá)到約15KM/H時(shí)，初始化程序即啟動(dòng)。在執(zhí)行初始化程序時(shí)，可能會(huì)聽到或感覺到程序正在運(yùn)行，這屬于系統(tǒng)的正常操作。在執(zhí)行初始化程序的過程中，電子控制單元將向液壓調(diào)節(jié)器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)，循環(huán)操作各個(gè)電磁閥并運(yùn)行泵電機(jī)，以檢查各部件是否正常工作。如果泵或任何電磁閥不能正常工作，電子控制單元會(huì)設(shè)置一個(gè)故障診斷碼。當(dāng)車速超過15KM/H時(shí)，電子控制單元會(huì)將輸入和輸出邏輯序列信號(hào)與電子控制單元中所存儲(chǔ)的正常工作參數(shù)進(jìn)行比較，以此來不斷監(jiān)測ABSTCS/ESP系統(tǒng)。如果有任何輸入或輸出信號(hào)超出正常工作參數(shù)范圍，則電子控制單元將設(shè)置故障診斷碼。122液壓調(diào)節(jié)器總成液壓調(diào)節(jié)器總成內(nèi)部液壓回路示意圖如圖5所示。為了能獨(dú)立控制各車輪的制動(dòng)回路，本系統(tǒng)采用了前/后分離的4通道回路結(jié)構(gòu)，每個(gè)車輪的液壓制動(dòng)回路都是隔離的，這樣當(dāng)某個(gè)制動(dòng)回路出現(xiàn)泄漏時(shí)仍能繼續(xù)制動(dòng)。液壓調(diào)節(jié)器總成根據(jù)電子控制單元（ECU）發(fā)送的控制信號(hào)調(diào)節(jié)制動(dòng)液壓力。液壓調(diào)節(jié)器總成包括回程泵、電機(jī)、儲(chǔ)能器、進(jìn)口閥、出口閥、隔離閥和后啟動(dòng)閥等部件。圖5液壓調(diào)節(jié)器總成內(nèi)部液壓回路示意圖1液壓調(diào)節(jié)器總成；2回程泵；3儲(chǔ)能器；4制動(dòng)輪缸；5制動(dòng)總泵；6進(jìn)口閥；7出口閥；8隔離電磁閥；9啟動(dòng)電磁閥；A常規(guī)的制動(dòng)液壓力；B停止的制動(dòng)液壓力流（電磁閥閉合）；C泵產(chǎn)生的制動(dòng)液壓力流；D制動(dòng)踏板踩下；M電機(jī)123前輪速度傳感器前輪速度傳感器（如圖6所示）是一個(gè)電磁式傳感器，是前輪輪轂總成的一部分，前輪輪轂總成是一個(gè)永久性的密封裝置。左前和右前輪輪轂裝有車輪速度傳感器和一個(gè)48齒的磁脈沖環(huán)。圖6前輪速度傳感器1前輪速傳感器；2前輪轂總成124后輪速度傳感器別克榮御采用后輪驅(qū)動(dòng)，后輪速度傳感器（如圖7所示）位于主減速器后蓋的支架上，也是電磁式傳感器。后輪速度傳感器脈沖環(huán)是主減速器內(nèi)車橋法蘭的一部分，不能單獨(dú)維修。圖7后輪速度傳感器1后輪速傳感器；2傳感器脈沖環(huán)125ESP開關(guān)電子穩(wěn)定程序（ESP）開關(guān)位于地板控制臺(tái)上，如圖8所示。該開關(guān)是一個(gè)瞬間接觸開關(guān)，按一下ESP開關(guān)，電子穩(wěn)定程序從接通轉(zhuǎn)至關(guān)閉。當(dāng)電子穩(wěn)定程序（ESP）關(guān)閉時(shí)，ABSTCS系統(tǒng)仍能正常工作。當(dāng)ESP處于關(guān)閉位置時(shí)，再次按一下ESP開關(guān)，將接通電子穩(wěn)定程序。按下ESP開關(guān)超過60S將被視為短路，會(huì)記錄故障診斷碼，且電子穩(wěn)定程序在該點(diǎn)火循環(huán)內(nèi)將被禁用。如果沒有記錄牽引力控制系統(tǒng)當(dāng)前故障診斷碼，電子穩(wěn)定程序?qū)⒃谙乱粋€(gè)點(diǎn)火循環(huán)復(fù)位到接通狀態(tài)。圖8ESP開關(guān)1后輪速傳感器；2傳感器脈沖環(huán)126方向盤轉(zhuǎn)角傳感器方向盤轉(zhuǎn)角傳感器位于方向盤下面，位置如圖9所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示，插頭端子視圖如圖11所示，各端子的作用見圖2。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器提供表示方向盤旋轉(zhuǎn)角度的輸出信號(hào)，參見圖9。由于2只測量齒輪的齒數(shù)不同，故產(chǎn)生不同相位的兩個(gè)轉(zhuǎn)角信號(hào)，即能產(chǎn)生一個(gè)可表示760。方向盤旋轉(zhuǎn)角度的輸出信號(hào)，電子控制單元利用這個(gè)信息計(jì)算出駕駛員所要求的方向。控制單元通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器與橫向偏擺率傳感器信號(hào)的比較，確定車輛實(shí)際行駛軌跡與駕駛要求是否一致，從而確定控制目標(biāo)。圖9方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的位置1螺釘；2螺旋電纜；3轉(zhuǎn)接板；4螺釘；5方向盤轉(zhuǎn)角傳感器；6固定凸舌；7轉(zhuǎn)向信號(hào)解除凸輪圖10方向盤轉(zhuǎn)角傳感器1齒輪；2測量齒輪；3磁鐵；4判斷電路；5各向異性磁阻（AMR）集成電路圖11方向盤轉(zhuǎn)角傳感器端子視圖（各端子的作用見圖2）橫向偏擺率傳感器位于儀表板中央控制臺(tái)下部，如圖12所示，傳感器插頭端子視圖見圖13所示，各端子的作用見圖2。橫向偏擺率傳感器總成包括兩個(gè)部件，一個(gè)是橫向偏擺率傳感器，另一個(gè)是橫向加速度傳感器。橫向偏擺率傳感器根據(jù)車輛繞其縱軸的旋轉(zhuǎn)角度產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)電壓；橫向加速度傳感器根據(jù)車輪側(cè)向滑移量產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)電壓。ESP控制單元利用橫向偏擺率傳感器和橫向加速度傳感器輸出的這兩個(gè)傳感器信號(hào)，計(jì)算出車輛的實(shí)際行駛狀態(tài)，再結(jié)合車輪速度傳感器的輸出信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的串行數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，確定控制目標(biāo)。圖12橫向偏擺率傳感器圖13橫向偏擺率傳感器插頭端子視圖（各端子的作用見圖2）第二章ESP的工作原理及工作工況21ESP的工作原理ESP工作原理ABSTCS系統(tǒng)就是要防止在車輛加速或制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)我們所不期望的縱向滑移。而ESP就是要控制橫向滑移。他是各種工況下的一個(gè)主動(dòng)安全系統(tǒng)，處理各種異常情況，減輕駕駛員的精神緊張及身體疲勞。只要ESP識(shí)別出駕駛員的輸入與車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)不一致，它就馬上通過有選擇的制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)干預(yù)來穩(wěn)定車輛。ESP首先通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器及各車輪轉(zhuǎn)速傳感器識(shí)別駕駛員轉(zhuǎn)彎方向駕駛員意愿。ESP通過橫擺角速度傳感器，識(shí)別車輛繞垂直于地面軸線方向的旋轉(zhuǎn)角度及側(cè)向加速度傳感器識(shí)別車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向。ESP對(duì)危急駕駛情況作出反應(yīng)前，必須獲得兩個(gè)問題的應(yīng)答（見下圖）。ESP在對(duì)危急駕駛情況作出反應(yīng)前，必須獲得兩個(gè)問題的應(yīng)答從方向盤角度傳感器（1）和輪速傳感器（2）得到A問題答案。A、駕駛者想操縱車駛向哪里B、車輛實(shí)際駛向哪里從橫擺率傳感器（3）和側(cè)向加速度傳感器（4）得到B問題答案。ESP控制單元進(jìn)行比較AB車輛出現(xiàn)危急行駛狀況，需要ESP進(jìn)行控制調(diào)整。AB車輛行駛情況正常、當(dāng)車輛出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向，通過對(duì)內(nèi)弧線后部車輪施加相應(yīng)的制動(dòng)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱管理系統(tǒng)施加控制，ESP可以阻止車輛向外駛出彎道。、當(dāng)車輛出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向，通過對(duì)外弧線前部車輪施加相應(yīng)的制動(dòng)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱管理系統(tǒng)施加控制，ESP可以阻止車輛向內(nèi)滑移。ESP工作原理22ESP的工作過程1、當(dāng)車輛左轉(zhuǎn)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的時(shí)候（就是速度太快拐不過來了）。ESP各個(gè)傳感器會(huì)把轉(zhuǎn)向不足的消息告訴電腦，然后電腦就控制左后輪制動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)拉力和一個(gè)扭力來對(duì)抗車頭向右推的轉(zhuǎn)向不足趨勢。2、還是左轉(zhuǎn)，后輪抓地不足或者后驅(qū)車油門踩猛了出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度的時(shí)候（就是甩屁股）。ESP會(huì)控制右前輪制動(dòng)，同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率。糾正錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)向姿態(tài)。3、直線剎車由于地面附著力不均勻出現(xiàn)跑偏的時(shí)候（這時(shí)有ABS的車也會(huì)出現(xiàn)，我下雪的時(shí)候老在雪地上這么玩，這時(shí)候車身會(huì)向抓地強(qiáng)的一邊跑偏）。ESP會(huì)控制附著力強(qiáng)的輪子減小制動(dòng)力，讓車按照駕駛員預(yù)想的行駛線路前進(jìn)。同樣當(dāng)一邊剎車一邊轉(zhuǎn)向的時(shí)候ESP也會(huì)控制某些車輪增大制動(dòng)力或者減小制動(dòng)力讓車子按照駕駛員的意圖行進(jìn)。工作過程車輛轉(zhuǎn)向行駛狀態(tài)受制動(dòng)車輪目的第一階段制動(dòng)/向左不足轉(zhuǎn)向左后輪前輪保留側(cè)向力有效保證車輛的轉(zhuǎn)向第二階段向右不足轉(zhuǎn)向右前輪保證后軸的最佳側(cè)向力，后軸車輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)。第三階段向左過度轉(zhuǎn)向左前輪為阻止車輛出現(xiàn)甩尾,為限制前軸側(cè)向力的建立，在特殊危險(xiǎn)情形下這個(gè)車輪將強(qiáng)烈制動(dòng)第四階段中間穩(wěn)定無在所有不穩(wěn)定行駛狀態(tài)被校正后，ESP結(jié)束調(diào)整工作23ESP典型工作工況1、躲避前方突然出現(xiàn)的障礙物緊急制動(dòng)，猛打方向盤，車輛有轉(zhuǎn)向不足傾向。ESP工作，增加左后輪制動(dòng)壓力，車輛按照轉(zhuǎn)向意圖行駛?；謴?fù)正常的行駛路線，車輛有轉(zhuǎn)向過度的傾向，在左前輪施加制動(dòng)力。車輛保持穩(wěn)定。2、在急轉(zhuǎn)彎車道上高速行駛車輛有甩尾傾向。自動(dòng)在右前輪上施加制動(dòng)力。車輛保持穩(wěn)定。車輛有甩尾傾向。自動(dòng)在左前輪上施加制動(dòng)力。車輛保持穩(wěn)定。3、在地面附著力不同的路面行駛車輛表現(xiàn)出轉(zhuǎn)向不足的趨勢，即將跑偏。ESP發(fā)揮作用，增加后右輪制動(dòng)力的同時(shí)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。從濕滑路面駛?cè)敫稍锫范?，車輛保持穩(wěn)定。第三章汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)分析31ESP系統(tǒng)的控制原理由汽車行駛理論可知，控制汽車的力（牽引力、制動(dòng)力及轉(zhuǎn)向力等）來自于地面的反作用力，此反作用力的極限值等于車輪與地面間的附著力，若行駛中汽車所需的控制力大于該附著力，則汽車將失去控制。汽車行駛在一定的路面上，車輪與路面間的附著系數(shù)一定，其與路面間的附著力也一定。車輛的牽引力（或制動(dòng)力）與側(cè)向力的合力不得大于附著力，否則車輛將失去穩(wěn)定性。顯然，牽引力（或制動(dòng)力）若增大，則路面可提供的側(cè)向力減小。當(dāng)滑移率A0時(shí)，車輪與路面間不打滑，側(cè)向附著狀態(tài)最佳；而A1時(shí)，車輪與地面間純滑動(dòng)，側(cè)向附著狀況最差，不能控制車輛轉(zhuǎn)向。ESP系統(tǒng)通過直接控制作用在4個(gè)車輪上的制動(dòng)力或牽引力，間接改變車輪受到的側(cè)向力及汽車受到的橫擺力矩，使汽車的運(yùn)動(dòng)方向得到修正。32ESP系統(tǒng)特點(diǎn)和性能ESP系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控。ESP是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，它每時(shí)每刻都在監(jiān)控駕駛者的操控、路面反應(yīng)和汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不斷向發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令。2主動(dòng)干預(yù)。ABS/EBD等系統(tǒng)在起作用時(shí)，系統(tǒng)對(duì)駕駛者的操控起一定干預(yù)作用,但它不能調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī),而ESP則是主動(dòng)調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并可調(diào)整每個(gè)車輪的制動(dòng)力（四通道系統(tǒng)），以修正汽車的過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足。（3）事先提醒。ESP具有實(shí)時(shí)警示功能，當(dāng)駕駛者操作不當(dāng)和路面異常時(shí)，它會(huì)在主動(dòng)干預(yù)的同時(shí)用警告燈警示駕駛者。222ESP系統(tǒng)的功能奔馳公司關(guān)于ESP系統(tǒng)適用性和可靠性檢測試驗(yàn)結(jié)果表明,ESP系統(tǒng)在汽車行駛的各種工況下都能起到良好效果,如彎道行駛、急速繞過障礙等。ESP系統(tǒng)不僅可提高汽車在干燥路面上行駛時(shí)的穩(wěn)定性，還可以在路面附著性較差（如結(jié)冰、濕滑及碎石等）時(shí)起作用。在上述不利狀況下，車輪與路面之間的附著力降低，汽車容易發(fā)生側(cè)滑和跑偏，失去方向穩(wěn)定性，甚至在急轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生翻車事故。這時(shí)ESP系統(tǒng)干預(yù)駕駛操作，精確控制各車輪的受力以穩(wěn)定車輛。在過去幾年中，多家世界著名汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)對(duì)ESP的有效性進(jìn)行了科學(xué)研究。結(jié)果表明，裝備ESP系統(tǒng)的汽車可以減少80由側(cè)滑引起的交通事故，而且可有效降低42的行車事故（并非因駕駛員受其他路人的影響而失去對(duì)車輛控制而引起的交通事故）。雖然ESP系統(tǒng)是汽車主動(dòng)安全技術(shù)中堪稱里程碑式的突破,但它并不是車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng),不能因?yàn)槭褂昧薊SP系統(tǒng),駕駛員就粗心大意,ESP系統(tǒng)并不能在任何情況下都能保持汽車的行駛穩(wěn)定性。33ESP系統(tǒng)的應(yīng)用奔馳公司是第一個(gè)在其轎車上使用ESP系統(tǒng)的汽車制造商，該系統(tǒng)的首次亮相是在1995年，目前，德國已有超過70的新注冊車輛配備了ESP。博世公司的研究表明，2005年，歐洲大約40的新注冊車輛配備了ESP。在高檔車上，ESP已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，在中檔車上的裝配率也迅速提高，在緊湊型車上裝配率稍低。在美國和日本，ESP的裝配率也迅速提高。美國政府要求所有汽車必須在2011年9月前配備防止傾翻的電子穩(wěn)定控制裝置。這將是繼安全帶之后的又一項(xiàng)重大強(qiáng)制性措施。在中國，ESP的裝配率還較低，目前，僅在高檔豪華車上較常見，而中高檔的幾款銷量領(lǐng)先的車型（如帕薩特、馬自達(dá)6等）都沒有配置ESP，甚至連寶馬3系和5系、奧迪A4和A6都未將ESP作為其標(biāo)準(zhǔn)配置。34ESP關(guān)鍵技術(shù)研究ESP系統(tǒng)的開發(fā)有賴于以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的突破。因此科研人員要在以下幾個(gè)方面多下功夫，爭取研究開發(fā)出更加完善和優(yōu)化的ESP系統(tǒng)。1傳感技術(shù)的改進(jìn)在ESP系統(tǒng)中使用的傳感器有車輛橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、輪速傳感器等，它們都是ESP中不可缺少的重要部件。提高他們的可靠性并降低成本一直是這方面的開發(fā)人員追求的目標(biāo)。隨著價(jià)格低廉的微機(jī)械（MICROMACHINED）加速度和橫擺角速度傳感器的出現(xiàn)，為這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了一定的條件。2體積小質(zhì)量輕及低成本液壓制動(dòng)作動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這方面BOSCH公司在ESP系統(tǒng)中采用的結(jié)構(gòu)有一定的代表性，其液壓作動(dòng)系統(tǒng)由預(yù)加壓泵PCP（PRECHARGEPUMP）壓力產(chǎn)生裝置（PRESSUREGENERATORASSEMBLY）液壓單元HU50所構(gòu)成。3ESP的軟硬件設(shè)計(jì)由于ESP的ECU需要估計(jì)車輛運(yùn)行的狀態(tài)變量和計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制量，所以計(jì)算處理能力和程序容量要比ABS系統(tǒng)大數(shù)倍，一般多采用CPU結(jié)構(gòu)。而ECU軟件計(jì)算的研究則是研究的重中之重，基于模型的現(xiàn)代控制理論已經(jīng)很難適應(yīng)ESP這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，必須尋求魯棒性較強(qiáng)的非線性控制算法。4通過CAN完善控制功能ESP的ECU（電子控制單元）與發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系的ECU通過CAN互聯(lián)，使其能更好地發(fā)揮控制功能。例如自動(dòng)變速器將當(dāng)前的機(jī)械傳動(dòng)比、液力變矩器變矩比和所在檔位等信息傳給ESP，以估算驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)ESP識(shí)別出是在低附著系數(shù)路面時(shí)，它會(huì)禁止駕駛員掛低檔。在這種路面上起步時(shí)，ESP會(huì)告知傳動(dòng)系ECU應(yīng)事先掛入2檔，這將顯著改善大功率轎車的起步舒適性。第四章第二代汽車電子穩(wěn)定程序ESPII41ESPII的系統(tǒng)及組件ESP系統(tǒng)由制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和優(yōu)化懸架等子系統(tǒng)組成，當(dāng)然還包括各種傳感器。411制動(dòng)系統(tǒng)作為電控制動(dòng)，系統(tǒng)主要采用了MK60E5/MK25E5或電液制動(dòng)。2套系統(tǒng)共同使用內(nèi)部壓力傳感器，確保四輪壓力和駕駛員意圖的冗余度。412主動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)轉(zhuǎn)向體現(xiàn)出ESP系統(tǒng)中最先進(jìn)的技術(shù)。在方向盤轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向柱上的1個(gè)集成電機(jī)，經(jīng)由1套兩級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)在前輪上附加了1個(gè)疊加轉(zhuǎn)向角。因而，車輪的轉(zhuǎn)向角就是駕駛員操縱的轉(zhuǎn)角與行星機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的疊加轉(zhuǎn)角之和。根據(jù)電機(jī)調(diào)節(jié)的行星架旋轉(zhuǎn)方向可以控制車輪轉(zhuǎn)角的大小，也即體現(xiàn)轉(zhuǎn)向的“直接”和“間接”性。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者被切斷電源時(shí)，行星架即會(huì)被機(jī)構(gòu)鎖止，成為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡可能保留原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件，同時(shí)在車輛急轉(zhuǎn)時(shí)給予良好的操控性能。通過一定的轉(zhuǎn)向疊加既可以使車輛操控靈活傳動(dòng)比112“直接”轉(zhuǎn)向疊加，又可以保持車輛的舒適性傳動(dòng)比120“間接”轉(zhuǎn)向疊加。如果車輛采用運(yùn)動(dòng)型的設(shè)計(jì)即較小傳動(dòng)比，則在停車工況下可以顯著減少方向盤行程。在高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靈敏很高，容易產(chǎn)生急轉(zhuǎn)的感覺，而當(dāng)車輛采用舒適性設(shè)計(jì)時(shí)即較大傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)向變得更“間接”，此時(shí)進(jìn)行停車或側(cè)方移位所需的方向盤行程變得很大，也給駕駛員帶來不便。通過采用主動(dòng)轉(zhuǎn)向，可以利用電子控制裝置影響轉(zhuǎn)向效果，前提是必須對(duì)附加的疊加轉(zhuǎn)角隨車速進(jìn)行變化調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成過程中，除了能夠提供隨車速變化的轉(zhuǎn)向疊加之外還可以提供一系列其他潛在功能。主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)在底盤動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)中的集成，為車輛軟件技術(shù)的開發(fā)開辟了一塊新的領(lǐng)域。這主要是由于傳統(tǒng)的ESP制動(dòng)干預(yù)會(huì)使駕駛員明顯感受到車速的放慢，這只能在危險(xiǎn)工況下使用。與此相對(duì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)就不易使駕駛員察覺，可以用于非危險(xiǎn)工況。如可以對(duì)駕駛員感受到的自轉(zhuǎn)向特性給與干預(yù)。即使是在極限工況下，主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)還可以和制動(dòng)干預(yù)共同使用，改善車輛的動(dòng)力學(xué)性能。42ESP轉(zhuǎn)向控制功能421輔助駕駛“輔助駕駛”指的是提高駕駛安全性和駕駛舒適性。由于底盤元件如車輪和橡膠件的彈性變形，車輛在較快的轉(zhuǎn)向輸入下反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生滯后。就轉(zhuǎn)向的靈活性而言，這樣會(huì)讓駕駛員感覺到車輛的反應(yīng)特性非常遲緩，對(duì)于駕駛樂趣產(chǎn)生負(fù)面的影響。這種車輛響應(yīng)中的相位滯后還會(huì)導(dǎo)致一些危險(xiǎn)工況。例如，當(dāng)駕駛員需要快速避讓一個(gè)障礙物，而車輛的響應(yīng)又非常遲緩時(shí)，駕駛員很容易“過多轉(zhuǎn)向”。那么當(dāng)車輛真正響應(yīng)的時(shí)候，這時(shí)的轉(zhuǎn)向角要比預(yù)期的大得多，從而導(dǎo)致車輛失穩(wěn)。ESP系統(tǒng)根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角和側(cè)向加速度通過一個(gè)參考模型可以得出一個(gè)目標(biāo)橫擺角速度，并且用軟件參數(shù)的形式儲(chǔ)存在ESP的控制器中。而實(shí)際的車輛性能在行駛過程中始終將由橫擺角速度傳感器進(jìn)行檢測。根據(jù)目標(biāo)橫擺角速度和實(shí)際橫擺角速度的偏差，ESP控制器將快速要求主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供一個(gè)附加轉(zhuǎn)角。通過對(duì)橫擺角速度的閉環(huán)控制，可以補(bǔ)償?shù)妆P上不同的承載狀態(tài)和磨損現(xiàn)象，從而加速車輛的響應(yīng)。422橫擺力矩補(bǔ)償對(duì)開路面上的制動(dòng)過程是體現(xiàn)ESP效果的最好例證。在沒有電控制動(dòng)系統(tǒng)的車輛上，兩側(cè)車輪所獲得的制動(dòng)力不相等，車輛會(huì)產(chǎn)生一個(gè)朝向高附著系數(shù)路面的橫擺力矩，并朝這一方向滑轉(zhuǎn)。由于這時(shí)候抱死車輪完全喪失了側(cè)向力，車輛便會(huì)失穩(wěn)。目前電子制動(dòng)系統(tǒng)能夠識(shí)別出不同的路面附著系數(shù)，緩慢地在前軸建立“壓力差”。這樣一來，駕駛員就不需要再進(jìn)行轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)了?？紤]到穩(wěn)定性，還需要在后軸建立起較低的制動(dòng)壓力。即使是在極限工況下，這兩項(xiàng)措施都可以使駕駛員輕松地駕馭車輛。同時(shí)由于需要緩慢建立制動(dòng)壓力，制動(dòng)距離會(huì)相應(yīng)變長。在ESP系統(tǒng)中引入一套電子轉(zhuǎn)向干預(yù)系統(tǒng)。不同制動(dòng)力引起的橫擺力矩可以根據(jù)情況通過自動(dòng)的快速轉(zhuǎn)向進(jìn)行補(bǔ)償。與目前的ABS和ESP系統(tǒng)不同，通過調(diào)節(jié)方向盤轉(zhuǎn)角的方式，駕駛員可以不必不斷地修正轉(zhuǎn)向角，同時(shí)還可以按照理想的行駛路線前進(jìn)。通過轉(zhuǎn)向產(chǎn)生橫擺力矩補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，前輪還可以建立起無滯后的制動(dòng)壓力，同時(shí)后軸也可以進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)不同的地面摩擦力，與傳統(tǒng)ABSESP相比可使制動(dòng)距離減少多達(dá)15。即使是在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，ESP仍然可以在不同附著系數(shù)的行駛道路上，通過轉(zhuǎn)向干預(yù)補(bǔ)償由車輪不同驅(qū)動(dòng)力引起的干擾橫擺力矩。通過橫擺力矩補(bǔ)償可以大大提高行駛安全性和舒適性。423橫擺角速度控制通過在橫擺角速度控制中集成轉(zhuǎn)向功能，ESP與傳統(tǒng)ESP相比除了使用制動(dòng)干預(yù)之外，還在車輛橫向動(dòng)力學(xué)方面具有另一有效的干預(yù)方式，從而拓寬了車輛行駛的極限區(qū)域，也使得車輛更易于操縱ESP在駕駛員轉(zhuǎn)向過多的情況下自動(dòng)進(jìn)行回調(diào)。由于轉(zhuǎn)向干預(yù)對(duì)于駕駛員來說不易被察覺，因而可以使他更早地采取措施，預(yù)先避免一些危險(xiǎn)工況。在橫擺角速度控制中集成的轉(zhuǎn)向控制有以下優(yōu)點(diǎn)提高車輛穩(wěn)定性，拓寬極限行駛區(qū)域的轉(zhuǎn)向幅度，較少產(chǎn)生由制動(dòng)干預(yù)引起的急劇減速，進(jìn)而通過ESP的橫擺角速度控制提高車輛的行駛安全性、舒適性以及駕駛樂趣。424側(cè)傾及掛車穩(wěn)定性作為ESP系統(tǒng)的擴(kuò)展，在目前ESP的“主動(dòng)側(cè)傾保護(hù)”ARP和“拖車穩(wěn)定性控制”隅P中都集成了轉(zhuǎn)向技術(shù)。ARP主要是針對(duì)目前日益增長的運(yùn)動(dòng)型轎車和貨車設(shè)計(jì)的，這類車輛更易產(chǎn)生傾翻危險(xiǎn)。ARP系統(tǒng)能夠識(shí)別出這些危險(xiǎn)的行駛工況例如在高速下需要急速轉(zhuǎn)向躲避障礙物，并且通過制動(dòng)降低外前輪的側(cè)向力減小橫向加速度，同時(shí)降低車速。在這些工況中可以顯著減少傾覆危險(xiǎn)。而通過引入轉(zhuǎn)向功能使側(cè)向力快速降低也是對(duì)制動(dòng)干預(yù)的有效支持。43系統(tǒng)集成控制ESP在開發(fā)時(shí)的主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤進(jìn)行全局控制。隨著底盤電控系統(tǒng)的增多，傳感器、執(zhí)行器、控制器的數(shù)量也急劇上升。這不僅導(dǎo)致整車成本的上升，而且使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而難以控制，并給可靠性和故障診斷帶來新的問題。為了解決上述問題，ESP提出了全局底盤控制概念。整個(gè)系統(tǒng)采用CAN總線連接所有執(zhí)行器和傳感器，達(dá)到共用的目的，節(jié)省了冗余的部件；通過采用狀態(tài)估計(jì)器進(jìn)一步節(jié)約了一定數(shù)量的傳感器；通過采用協(xié)調(diào)控制算法，按照工況決定AFS和ESP的工作負(fù)荷，既提高了對(duì)車輛的控制效果，又延長了制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向器的工作壽命。整個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖6所示。實(shí)現(xiàn)集成底盤控制將是未來底盤技術(shù)發(fā)展的方向。圖6ESP對(duì)底盤系統(tǒng)全局控制的機(jī)構(gòu)圖第五章汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的可靠性梅塞德斯奔馳公司從1994年起就對(duì)ESP系統(tǒng)進(jìn)行了適用性和可靠性的全面驗(yàn)證試驗(yàn)。在微機(jī)控制系統(tǒng)的ROM中，預(yù)先儲(chǔ)存的控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)該來源于大量的實(shí)車測試數(shù)據(jù)。但由于在沒有安全保障的情況下的實(shí)車試驗(yàn)，有可能造成無法彌補(bǔ)的安全事故后果，因此標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)的取得，采用了模擬器。模擬器內(nèi)輸入了大量的通過實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，可以仿真出很多復(fù)雜的路面狀況和駕駛過程。再通過80位梅塞德斯轎車車主用模擬器進(jìn)行時(shí)速為100KM/H的模擬路面駕駛試驗(yàn)，得到各種不同性能的汽車在各種駕駛過程中的響應(yīng)。模擬器檢測手段既安全，又可以得到很多實(shí)車試驗(yàn)無法測量的數(shù)據(jù)。比如，在試驗(yàn)場的4個(gè)轉(zhuǎn)彎處，用模擬器模擬路面突然結(jié)冰的情況，這將使車輪和路面之間的附著力在幾米的路程內(nèi)減少70以上。如果轎車沒有ESP系統(tǒng)，則78的駕駛員不能將他們的汽車穩(wěn)定在冰雪路面上，還可能遭受汽車連續(xù)3次翻轉(zhuǎn)造成的傷害。有了ESP系統(tǒng)，所有參加過模擬測試的駕駛員都能避免汽車翻轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。1995年，梅塞德斯奔馳S級(jí)轎車開始安裝ESP系統(tǒng)，ESP系統(tǒng)突出的安全保障表現(xiàn)，大大降低了汽車在各種道路狀況下以及轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的可能性。同時(shí)汽車在彎道和濕滑路面上的制動(dòng)距離得到縮短，在彎道行駛加強(qiáng)了汽車線內(nèi)行駛能力。1998年，梅塞德斯奔馳A級(jí)微型轎車也安裝了。ESP系統(tǒng)，使這種采用大量高新技術(shù)開發(fā)的A級(jí)微型轎車，克服了因車身較窄，在汽車以小轉(zhuǎn)彎半徑急轉(zhuǎn)向時(shí)，容易產(chǎn)生側(cè)向翻轉(zhuǎn)而造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失的缺點(diǎn)，成為一輛安全性能卓越的微型轎車。目前，梅塞德斯奔馳公司的S600、CL600、SL600、FA30、E320、4MATIC以及