汽车ESP控制技术

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 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 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 Automobile ESP Control Technology L U Xing2guo ( Hegang Traffic Police Office Automobile Checking Center , Hegang 154103 , Heilongjiang , China) Abstract :Car in the high2speed or low coefficient at tached to t he t raffic on the roads , due to t he shif t or t he impact of out side interference , lateral adhesion easier to achieve at tachment limit , lo ss of kinetic stability of t he vehicle , t hereby causing t he accident occurred. Automotive elect ronic stability p rogram can improve vehicle condition , in t hese limit s t he maneuverability and stability , used to cont rol vehicle yaw rate and lateral deviation of it s rest rictions within a certain scope. Text of ESP in the basic st ruct ure and cont rol p rinciple is analyzed and research , analysis and optimization measures are determined t hrough f ut ure devel2 op ment direction. Key words :automobile ; ESP composition ;cont rol technology 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. 　　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。 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) 。 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 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。 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) 。Bosch 公司的 HU510 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 　第 1 期 路兴国 :汽车 ESP 控制技术 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 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 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 (VLV 和 USV) 。当 VLV 和 USV 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 VLV 和 USV 均通电时 ,VLV 与主油路 相连 ,USV 切断与主油路通路 ,此时回油泵 RFP 启动 ,使得 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 VLV 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。 图 1 　Bosch 液压调节器( HU510) 　　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 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 211 　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 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 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。 212 　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 ·35· 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。 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 ,驾驶员通过方向 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。 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 图 4 　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。 以上工况 ,特别是在路面摩擦系数较低时的工况是汽车 最容易发生交通事故的工况 ,汽车稳定性控制在这些比较极 端的工况下具有明显的效果 ,因而可以大大提高汽车的主动 安全性。 参考文献 [ 1 ]韩建保 ,云志刚 ,陈厉兵. 汽车电子稳定系统 ESP 的工作原理及 应用[J ] . 汽车电器 ,2004 (4) :29231. [ 2 ]郭孔辉 ,袁忠诚 ,卢　荡. Uni Tive 轮胎稳态模型的联合工况预测 能力研究[J ] . 汽车工程 ,2006 (6) :13215. [ 3 ]刘　军 ,朱建新. ESP 与 SBC - 未来的汽车安全系统[J ] . 汽车运 用 ,2001 (11) :16218. [4 ]张　炜 ,黄宏成 ,夏祥洪 ,等. ESP2车辆新型主动安全系统 [J ] . 传 动技术 ,2003 ,17 (4) :34237. [ 5 ]韩建保. 电控车辆稳定系统 ESP 明显降低轿车事故率[J ] . 汽车维 修与保养 ,2004 (11) :39240. [责任编辑 :王 　欣 ] (上接第 51 页) 10 800 mm ,罐体直径为280 mm ,车体质量为12 600 kg ,罐车 弹性模量 E = 200 GPa ,壁厚 5 mm ,液体为水。车体与液体 耦合模态分析结果为 :一阶频率 3188 Hz ;二阶频率7104 Hz ; 三阶频率 10129 Hz。对于此罐车 ,在罐车内无液体的前三阶 频率分别为 :7185 Hz、15136 Hz 和 19165 Hz。可以看出当罐 车满载时其频率与无液体时相比明显偏低。这种频率的变 化将有可能导致罐车满载时的频率与铁路轨道的固有频率 发生共振 ,以致于影响列车的使用寿命 ,还可能出现严重的 安全事故。 4 　结束语 铁路罐车的液固耦合问题对提高铁路运输的安全性有 着重要的意义。通过本次研究 ,找到了解决这类问题的基本 方法和原理。通过利用关于刚体 - 液体耦合问题的变分原 理 ,很方便地建立像铁路罐车这样比较复杂的液固耦合问题 的动力学控制方程。通过计算机编程计算得到工程上所需 要的分析结果 ,对工程应用有一定的参考价值。 参考文献 [ 1 ]岳宝增 ,王照林 ,匡金炉. 非线性晃动问题的 AL E 边界元分析法 [J ] . 宇航学报 ,1998 ,19 (1) :127. [ 2 ]王照林 ,刘延柱. 充液系统动力学[ M] . 北京 :科学出版社 ,2002. [ 3 ]唐友刚. 高等结构动力学[ M ] . 天津 :天津大学出版社 ,1996. [ 4 ]李春萱. 流体力学的有限元方法 [J ] . 力学进展 ,1983 ,13 (1) :342 44. [ 5 ]温德超 ,郑兆昌 ,孙焕纯. 储液罐抗震研究的发展 [J ] . 力学进展 , 1991 ,25 (1) :60266. [责任编辑 :郝丽英 ] ·45·