ESP電子穩(wěn)定程序

會(huì)計(jì)學(xué)1ESP電子穩(wěn)定程序2ESP是英語(yǔ)單詞ElectronicStabilityProgram縮寫。意為電子穩(wěn)定程序,在大眾、奧迪、奔馳車型上使用此簡(jiǎn)稱。在其它車型上，相同或相近功用的系統(tǒng)采用了不同的名字。如：

DynamicStabilityControl (DSC)-BMW VehicleStabilityControl (VSC)-Toyota VehicleStabilityAssist (VSA)-Honda DynamicStabilityTractionControlSystemDSTC-VolvoESP是一個(gè)主動(dòng)安全系統(tǒng)。它是建立在其它牽引控制系統(tǒng)之上的一個(gè)非獨(dú)立的系統(tǒng)。ESP是什么第1頁(yè)/共39頁(yè)3德國(guó)博世（BOSCH)公司將直接橫擺力偶矩控制（DirectYawControl,DYC)跟ABS及TCS結(jié)合起來(lái)，開發(fā)了基于制動(dòng)力橫向分配的電子穩(wěn)定程序ESP，形成了同時(shí)控制車輪滑移率和整車橫擺運(yùn)動(dòng)的綜合系統(tǒng)，該技術(shù)通過(guò)合理分配縱向和側(cè)向輪胎力，精確控制極限附著情況下的汽車動(dòng)力學(xué)行為，使汽車在物理極限內(nèi)最大限度按照駕駛員的意愿行駛。ESP系統(tǒng)是ABS和TCS兩種系統(tǒng)功能的它們之間的差別在于ABS或ASR只能被動(dòng)地作出反應(yīng)，而ESP系統(tǒng)則能夠探測(cè)和分析車況并糾正駕駛的錯(cuò)誤，防患于未然。ESP概述第2頁(yè)/共39頁(yè)4汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)是車輛新型的主動(dòng)安全系統(tǒng)，是汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)和牽引力控制系統(tǒng)(TCS)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展，并在此基礎(chǔ)上,增加了車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)橫擺率傳感器、測(cè)向加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，通過(guò)ECU控制前后、左右車輪的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，確保車輛行駛的側(cè)向穩(wěn)定性。在汽車行駛過(guò)程中，ESP系統(tǒng)通過(guò)不同傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員轉(zhuǎn)彎方向、車速、油門開度、制動(dòng)力以及車身傾斜度和測(cè)傾速度，并以此判斷汽車正常安全行駛和駕駛員操縱汽車意圖的差距；然后通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動(dòng)力分布，修正過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足。ESP概述第3頁(yè)/共39頁(yè)5ESP的典型工況(A)行駛工況：避讓障礙物裝備有ESP：1.緊急制動(dòng)，猛打方向盤，車輛有轉(zhuǎn)向不足的傾向。2.增加左后車輪制動(dòng)壓力車輛按照轉(zhuǎn)向意圖行駛。3.恢復(fù)正常的行駛路線，車輛有過(guò)度的傾向，在左前輪施加制動(dòng)力。4.車輛保持穩(wěn)定。第4頁(yè)/共39頁(yè)6(B)在地面附著力不同的工況下(C)在急轉(zhuǎn)彎車道上高速行駛工況第5頁(yè)/共39頁(yè)7ABSABS系統(tǒng)防止制動(dòng)時(shí)車輪出現(xiàn)抱死，使車輛具有方向性和穩(wěn)定性，并縮短制動(dòng)距離。EBD-ElectronicBrakePressureDistributionEBD系統(tǒng)是防止ABS起作用以前，或者由于特定的故障導(dǎo)致ABS失效后，后輪出現(xiàn)過(guò)度制動(dòng)。EDL-ElectronicDifferentialLock兩驅(qū)動(dòng)輪在附著系數(shù)不同的路面上，出現(xiàn)單側(cè)車輪打滑時(shí)，制動(dòng)打滑車輪。TCS-TractionControlSystem通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)干預(yù)及制動(dòng)車輪，防止驅(qū)動(dòng)輪打滑。例如在沙石及冰面上。ESP-ElectronicStabilityPrograme通過(guò)有選擇性的分缸制動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)干預(yù)，防止車輛滑移。

EBC-EngineBrakingControl防止在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)（突然收油門踏板或掛入低檔）出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪抱死。ESP的構(gòu)成第6頁(yè)/共39頁(yè)8TCSEDL

ABS/EBDESPESP包含TCS裝備TCS的車型，將同時(shí)具有EDL、ABS功能裝備ESP的車型，將同時(shí)具有TCS（ASR)、EDL、ABS功能第7頁(yè)/共39頁(yè)ESP主要部件是：電控單元（ECU）、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、橫向偏擺率傳感器、橫/縱向加速度傳感器及液壓系統(tǒng)等。典型組成部分如右圖所示。9ESP的構(gòu)成第8頁(yè)/共39頁(yè)（1）ESP控制單元1是控制核心，如左圖，為確保高可靠性，采用冗余控制，用2個(gè)相同的處理器同時(shí)處理信號(hào)，并相互比較監(jiān)控。接通點(diǎn)火開關(guān)后，系統(tǒng)進(jìn)入自檢，連續(xù)監(jiān)控所有電器連接，并周期性檢查電磁閥功能。若ECU出故障，仍可按常規(guī)制動(dòng)，但ABS/EBC/ASR/ESP/功能失效。（2）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器7依據(jù)光柵原理測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，ECU以此獲得預(yù)定的行駛方向。若無(wú)此信號(hào)則無(wú)法確定行駛方向，ESP失效。（3）制動(dòng)壓力傳感器3檢測(cè)實(shí)際制動(dòng)管路壓力大小，ECU由此算出車輪上的制動(dòng)力和整車的縱向力大小。如果ESP正在對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，ECU將該數(shù)值包含在側(cè)向力計(jì)算范圍內(nèi)。若無(wú)此信號(hào)則無(wú)法準(zhǔn)確算出側(cè)向力，ESP失效。ESP各主要部件介紹10第9頁(yè)/共39頁(yè)液壓調(diào)節(jié)器（4）橫向偏擺率傳感器5檢測(cè)車輛繞其縱軸旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速率，ECU以此來(lái)獲得車輛的實(shí)際行駛方向，使用音叉形振蕩式陀螺儀原理工作。若無(wú)此信號(hào)則ECU無(wú)法確定車輛是否發(fā)生偏擺，ESP失效。（5）縱向加速度傳感器只安裝在四驅(qū)車上。對(duì)于單軸驅(qū)動(dòng)車輛，通過(guò)計(jì)算制動(dòng)壓力、車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)以及發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)信息，得出縱向加速度。（6）側(cè)向加速度傳感器4檢測(cè)車輪側(cè)向力大小。若無(wú)該信號(hào)則ECU無(wú)法算出車輛的實(shí)際行駛狀態(tài)，ESP失效。ESP各主要部件介紹11第10頁(yè)/共39頁(yè)12ESP控制框圖如下圖，通過(guò)傳感器收集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)向加速度等信息，輸入電控單元，檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入和實(shí)際行駛狀態(tài)，一旦識(shí)別出車輛不穩(wěn)定狀態(tài)，立刻對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和變速器管理系統(tǒng)等綜合協(xié)調(diào)控制，來(lái)降低車輛橫向滑移，防止在制動(dòng)時(shí)車輪抱死、起步時(shí)打滑和車輛側(cè)滑。一般情況下，如果單獨(dú)制動(dòng)某個(gè)或某幾個(gè)車輪不足以穩(wěn)定車輛，ESP將通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出或其他方式來(lái)進(jìn)一步控制。在不踩制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)預(yù)壓力一般來(lái)源于ABS液壓控制單元。ESP控制過(guò)程第11頁(yè)/共39頁(yè)13ESP控制框圖制動(dòng)壓力制動(dòng)燈車輪轉(zhuǎn)速偏航角橫向加速度轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角液壓控制單元車輛駕駛員傳動(dòng)器ESP控制單元發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)油門踏板報(bào)警信息第12頁(yè)/共39頁(yè)14汽車技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)主要任務(wù)就是提高主動(dòng)安全性以避免發(fā)生事故，并充分發(fā)揮車輛的動(dòng)力性能。在汽車行駛過(guò)程中，ESP系統(tǒng)通過(guò)不同傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員轉(zhuǎn)彎方向、車速、油門開度、制動(dòng)力以及車身傾斜度和測(cè)傾速度，并以此判斷汽車正常安全行駛和駕駛員操縱汽車意圖的差距；然后通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動(dòng)力分布，修正過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足。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(guò)有選擇的制動(dòng)/發(fā)動(dòng)機(jī)干預(yù)來(lái)穩(wěn)定車輛。ESP是如何工作的第13頁(yè)/共39頁(yè)15ESP液壓控制示意圖1.液壓控制單元2.隔離閥3.起動(dòng)閥4.右前進(jìn)口閥5.液壓泵6.左前出口閥1.液壓控制單元2.隔離閥3.起動(dòng)閥4.右后進(jìn)口閥5.液壓泵6.左后出口閥第14頁(yè)/共39頁(yè)16第15頁(yè)/共39頁(yè)通過(guò)轉(zhuǎn)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）→A。由橫擺角速度傳感器識(shí)別車輛繞重心的旋轉(zhuǎn)角度，側(cè)向加速度傳感器識(shí)別車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向→B。若A＞B,ESP判定為出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足，則制動(dòng)內(nèi)側(cè)后輪，使車輛進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)向。若A＜B,ESP判定為出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)度，則制動(dòng)外側(cè)前輪，防止出現(xiàn)甩尾并減弱過(guò)度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。若單獨(dú)制動(dòng)某個(gè)車輪不足以穩(wěn)定車輛，ESP則進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出或制動(dòng)其他車輪以達(dá)到要求。ESP工作原理和控制措施17第16頁(yè)/共39頁(yè)ESP首先通過(guò)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）a圖

ESP通過(guò)橫擺角速度傳感器（英文原稱為yawratesensor）,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b圖

若a〉b,ESP判定為出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向，將制動(dòng)內(nèi)側(cè)后輪，使車輛進(jìn)一步沿駕駛員轉(zhuǎn)彎方向偏轉(zhuǎn)，從而穩(wěn)定車輛。（圖I）

若a〈b,ESP判定為出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向，ESP將制動(dòng)外側(cè)前輪，防止出現(xiàn)甩尾，并減弱過(guò)度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，穩(wěn)定車輛。（圖II）18ESP工作過(guò)程第17頁(yè)/共39頁(yè)轉(zhuǎn)向不足19當(dāng)ECU檢測(cè)到車輛轉(zhuǎn)向不足時(shí)，控制液壓調(diào)節(jié)器過(guò)程為：關(guān)閉前/后隔離閥→打開前后/起動(dòng)閥→關(guān)閉右前/右后進(jìn)口閥→運(yùn)行液壓泵第18頁(yè)/共39頁(yè)轉(zhuǎn)向過(guò)度20當(dāng)ECU檢測(cè)到車輛轉(zhuǎn)向不足時(shí)，控制液壓調(diào)節(jié)器過(guò)程為：關(guān)閉前/后隔離閥→打開前后/起動(dòng)閥→關(guān)閉右前/右后進(jìn)口閥→運(yùn)行液壓泵轉(zhuǎn)向過(guò)度的響應(yīng)操作與轉(zhuǎn)向不足類似第19頁(yè)/共39頁(yè)工作過(guò)程車輛轉(zhuǎn)向行駛狀態(tài)受制動(dòng)車輪目的第一階段向左不足轉(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(guò)度轉(zhuǎn)向左前輪為阻止車輛出現(xiàn)甩尾并限制前軸產(chǎn)生側(cè)向力，在特殊危險(xiǎn)情形下該車輪將劇烈制動(dòng)第四階段中間穩(wěn)定無(wú)在所有不穩(wěn)定行駛狀態(tài)被校正后，ESP結(jié)束調(diào)整21第20頁(yè)/共39頁(yè)22緊急制動(dòng)，猛打方向盤，車輛有轉(zhuǎn)向不足的傾向增加右后輪制動(dòng)壓力車輛按照轉(zhuǎn)向意圖行駛恢復(fù)正常的行駛路線，車輛有轉(zhuǎn)向過(guò)度的傾向，在左前輪上施加制動(dòng)力車輛保持穩(wěn)定裝配ESP汽車躲避障礙物時(shí)的行駛狀況第21頁(yè)/共39頁(yè)ESP絕對(duì)是車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的終極設(shè)備，它替駕駛員完成很多不可能的動(dòng)作，讓車能夠更加易于控制。但是什么東西都不是萬(wàn)能的，ESP也逃脫不了物理定律的束縛。當(dāng)車身出現(xiàn)輕微失控的時(shí)候ESP可以通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)修正車身姿態(tài)，這車要是過(guò)彎速度太快輪胎的抓地力抵不過(guò)離心力的時(shí)候，再高級(jí)的ESP也不能挽回這車沖出去的結(jié)局。ESP存在問(wèn)題23第22頁(yè)/共39頁(yè)24ESP未來(lái)發(fā)展1：ESP未來(lái)發(fā)展方向2：ESPII功用和組成部分4：汽車底盤集成控制5：底盤集成控制結(jié)構(gòu)3：ESPII控制結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共39頁(yè)251：ESP未來(lái)發(fā)展方向

在汽車安全系統(tǒng)日益增多的情況下，如果分別獨(dú)立的去考慮和設(shè)計(jì)在汽車安全系統(tǒng)各種汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)，然后再將它們?nèi)诤掀饋?lái)，難免會(huì)出現(xiàn)某些控制功能不兼容甚至沖突的現(xiàn)象，這與汽車主動(dòng)安全控制的目標(biāo)是背道而馳的，而且造成了控制資源的浪費(fèi)，使系統(tǒng)可靠性降低。所以在設(shè)計(jì)階段就將各種汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)綜合考慮，實(shí)現(xiàn)多層面集成式的全局優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)底盤一體化控制，這對(duì)汽車主動(dòng)安全是十分重要且十分必要的。第24頁(yè)/共39頁(yè)26

德國(guó)大陸公司正在研發(fā)ESPII系統(tǒng)，ESPII系統(tǒng)體現(xiàn)了“集成控制”思想，革新點(diǎn)主要體現(xiàn)在在控制器及其功能的集成通訊上。ESPII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。

第25頁(yè)/共39頁(yè)272:ESPII功用和組成部分Continental公司在ESP的基礎(chǔ)上增加主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),開發(fā)了ESPII,其中集成了ABS、TCS、DYC(directyawmomentcontrol)和AFS等控制系統(tǒng),主要組成部分如圖所示。最基礎(chǔ)的控制能力如制動(dòng)防抱死、驅(qū)動(dòng)防滑及轉(zhuǎn)向功能依然由底層的ABS、TCS和AFS獨(dú)立完成。汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性功能則由ESPII控制層統(tǒng)一管理,ESPII通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得AFS、ABS、TCS和ESP的所有信息,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向這些系統(tǒng)傳達(dá)控制指令。第26頁(yè)/共39頁(yè)28ESPII比ESP有著更好的性能,在附著系數(shù)分離路面上能縮短制動(dòng)距離,減少駕駛員輸入;在換道試驗(yàn)時(shí)也減小了駕駛員輸入,提高了車輛的穩(wěn)定性。第27頁(yè)/共39頁(yè)3：EXPII控制結(jié)構(gòu)ESPII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。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(guò)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(guò)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(zhǎng)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)如圖所示。實(shí)現(xiàn)集成底盤控制將是未來(lái)底盤技術(shù)發(fā)展的方向。第28頁(yè)/共39頁(yè)304：汽車底盤集成控制4.1特征(1)各個(gè)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)不一致,如主動(dòng)懸架的主要控制目標(biāo)是舒適性,四輪轉(zhuǎn)向的主要控制目標(biāo)是操縱穩(wěn)定性,將兩者集成時(shí)會(huì)由于控制目標(biāo)不一致而沖突;(2)各個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行器的控制存在干涉,如制動(dòng)器同時(shí)受到駕駛員、防抱死系統(tǒng)ABS和電子穩(wěn)定程序ESP等的控制;第29頁(yè)/共39頁(yè)31(3)同一控制目標(biāo)可以由多個(gè)控制系統(tǒng)完成,如轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性可以由主動(dòng)前輪向AFS、主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向ARS和ESP等來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外還存在基于反饋的控制存在時(shí)間相位的滯后,系統(tǒng)的冗余度較大,尤其是傳感器冗余.第30頁(yè)/共39頁(yè)324.2優(yōu)點(diǎn)(1)消除各系統(tǒng)間的沖突如四輪轉(zhuǎn)向可以改變汽車的橫向運(yùn)動(dòng),同樣通過(guò)制動(dòng)力控制也可以改變汽車的橫向運(yùn)動(dòng),集成控制能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)各自以合適的幅度向同一個(gè)方向作用,消除可能存在的沖突。(2)改善車輛性能如在裝有ABS的車輛上,若安裝形式為“高選擇”,則在分離附著系數(shù)路面上會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩,導(dǎo)致車輛失穩(wěn);若安裝形式為“低選擇”,又沒(méi)有充分利用路面附著系數(shù),導(dǎo)致制動(dòng)距離延長(zhǎng)。通過(guò)第31頁(yè)/共39頁(yè)33ABS和4WS的集成控制既能充分利用路面附著系數(shù),縮短制動(dòng)距離,又能保證車輛穩(wěn)定性。(3)減少傳感器很多控制系統(tǒng)所需要的傳感器信號(hào)是相同的,可以通過(guò)集成實(shí)現(xiàn)傳感器共享,還可以利用狀態(tài)估計(jì)等方法來(lái)估計(jì)一些車輛的狀態(tài)參數(shù),減少傳感器的數(shù)量,降低控制系統(tǒng)的成本。(4)降低系統(tǒng)復(fù)雜性隨著底盤電控系統(tǒng)數(shù)量的不斷增加,控制器、傳感器和執(zhí)行器都大大增多,造成電子線路復(fù)雜,布局混亂,成本上升,還造成檢修和維護(hù)的困難。第32頁(yè)/共39頁(yè)34集成控制從系統(tǒng)工程的角度,整合現(xiàn)有的控制器,簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),大大降低統(tǒng)的復(fù)雜性如圖所示第33頁(yè)/共3