畢業(yè)設計（論文）esp汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)

畢業(yè)設計（論文）題目ESP汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)學院班級學號學生姓名指導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安全系統(tǒng)。ESP系統(tǒng)包含ABS（防抱死剎車系統(tǒng)）及ASR（防側滑系統(tǒng)），是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸。因此，ESP稱得上是當前汽車防滑裝置的最高級形式。ESP系統(tǒng)實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不但控制驅動輪，而且可控制從動輪。如后輪驅動汽車常出現(xiàn)的轉向過多情況，此時后輪失控而甩尾，ESP便會剎慢外側的前輪來穩(wěn)定車子；在轉向過少時，為了校正循跡方向，ESP則會剎慢內后輪，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只能被動地作出反應，而ESP則能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯誤，防患于未然。ESP對過度轉向或不足轉向特別敏感，例如汽車在路滑時左拐過度轉向（轉彎太急）時會產(chǎn)生向右側甩尾，傳感器感覺到滑動就會迅速制動右前輪使其恢復附著力，產(chǎn)生一種相反的轉矩而使汽車保持在原來的車道上。當然，任何事物都有一個度的范圍，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。關鍵詞ESP主動安全系統(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液壓調節(jié)器總成7123前輪速度傳感器9124后輪速度傳感器9125ESP開關10126方向盤轉角傳感器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)特點和性能2033ESP系統(tǒng)的應用2134ESP關鍵技術研究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制動系統(tǒng)23412主動轉向2342ESP轉向控制功能24421輔助駕駛24422橫擺力矩補償24423橫擺角速度控制25424側傾及掛車穩(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)為汽車主動安全打開廣闊發(fā)展空間28致謝29參考文獻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)或動態(tài)偏航穩(wěn)定控制系統(tǒng)ELECTRONICSTABILITYPROGRAM，ESP是防抱死制動系統(tǒng)ABS、驅動防滑控制系統(tǒng)ASR、電子制動力分配系統(tǒng)EBD、牽引力控制系統(tǒng)TCS和主動車身橫擺控制系統(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制動防抱死系統(tǒng)為基礎，通過外圍的傳感器收集方向盤的轉動角度、側向加速度等信息，這些信息經(jīng)過微處理器加工，再由液壓調節(jié)器向車輪制動器發(fā)出制動指令，來實現(xiàn)對側滑的糾正。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時抱死和啟動時打滑，還能防止車輛側滑。12ESP的組成部分ESP系統(tǒng)由控制單元及轉向傳感器（監(jiān)測方向盤的轉向角度）、車輪傳感器（監(jiān)測各個車輪的速度轉動）、側滑傳感器（監(jiān)測車體繞垂直軸線轉動的狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（監(jiān)測汽車轉彎時的離心力）等組成?？刂茊卧ㄟ^這些傳感器的信號對車輛的運行狀態(tài)進行判斷，進而發(fā)出控制指令。1傳感器轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器、方向盤油門剎車踏板傳感器等。這些傳感器負責采集車身狀態(tài)的數(shù)據(jù)。2ESP電腦將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行計算，算出車身狀態(tài)然后跟存儲器里面預先設定的數(shù)據(jù)進行比對。當電腦計算數(shù)據(jù)超出存儲器預存的數(shù)值，即車身臨近失控或者已經(jīng)失控的時候則命令執(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個車輪的剎車系統(tǒng)，其實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候替駕駛員向某個車輪的制動油管加壓好讓這個車輪產(chǎn)生制動力。另外ESP還能控制發(fā)動機的動力輸出什么的，反正是相關的設備他都能插一腿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，它與液壓調節(jié)器集成在一起組成一個總成。電子控制單元持續(xù)監(jiān)測并判斷的輸入信號有蓄電池電壓、車輪速度、方向盤轉角、橫向偏擺率以及點火開關接通、停車燈開關、串行數(shù)據(jù)通信電路等信號。根據(jù)所接收的輸入信號，電子控制單元將向液壓調節(jié)器、發(fā)動機控制模塊、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。圖3電子控制單元（ECU）1電子控制單元（ECU）；2液壓調節(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）當點火開關接通時，電子控制單元會不斷進行自檢，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點火循環(huán)都執(zhí)行自檢初始化程序。當車速達到約15KM/H時，初始化程序即啟動。在執(zhí)行初始化程序時，可能會聽到或感覺到程序正在運行，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節(jié)器發(fā)送一個控制信號，循環(huán)操作各個電磁閥并運行泵電機，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，電子控制單元會設置一個故障診斷碼。當車速超過15KM/H時，電子控制單元會將輸入和輸出邏輯序列信號與電子控制單元中所存儲的正常工作參數(shù)進行比較，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超出正常工作參數(shù)范圍，則電子控制單元將設置故障診斷碼。122液壓調節(jié)器總成液壓調節(jié)器總成內部液壓回路示意圖如圖5所示。為了能獨立控制各車輪的制動回路，本系統(tǒng)采用了前/后分離的4通道回路結構，每個車輪的液壓制動回路都是隔離的，這樣當某個制動回路出現(xiàn)泄漏時仍能繼續(xù)制動。液壓調節(jié)器總成根據(jù)電子控制單元（ECU）發(fā)送的控制信號調節(jié)制動液壓力。液壓調節(jié)器總成包括回程泵、電機、儲能器、進口閥、出口閥、隔離閥和后啟動閥等部件。圖5液壓調節(jié)器總成內部液壓回路示意圖1液壓調節(jié)器總成；2回程泵；3儲能器；4制動輪缸；5制動總泵；6進口閥；7出口閥；8隔離電磁閥；9啟動電磁閥；A常規(guī)的制動液壓力；B停止的制動液壓力流（電磁閥閉合）；C泵產(chǎn)生的制動液壓力流；D制動踏板踩下；M電機123前輪速度傳感器前輪速度傳感器（如圖6所示）是一個電磁式傳感器，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動，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)是主減速器內車橋法蘭的一部分，不能單獨維修。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開關電子穩(wěn)定程序（ESP）開關位于地板控制臺上，如圖8所示。該開關是一個瞬間接觸開關，按一下ESP開關，電子穩(wěn)定程序從接通轉至關閉。當電子穩(wěn)定程序（ESP）關閉時，ABSTCS系統(tǒng)仍能正常工作。當ESP處于關閉位置時，再次按一下ESP開關，將接通電子穩(wěn)定程序。按下ESP開關超過60S將被視為短路，會記錄故障診斷碼，且電子穩(wěn)定程序在該點火循環(huán)內將被禁用。如果沒有記錄牽引力控制系統(tǒng)當前故障診斷碼，電子穩(wěn)定程序將在下一個點火循環(huán)復位到接通狀態(tài)。圖8ESP開關1后輪速傳感器；2傳感器脈沖環(huán)126方向盤轉角傳感器方向盤轉角傳感器位于方向盤下面，位置如圖9所示，內部結構如圖10所示，插頭端子視圖如圖11所示，各端子的作用見圖2。方向盤轉角傳感器提供表示方向盤旋轉角度的輸出信號，參見圖9。由于2只測量齒輪的齒數(shù)不同，故產(chǎn)生不同相位的兩個轉角信號，即能產(chǎn)生一個可表示760。方向盤旋轉角度的輸出信號，電子控制單元利用這個信息計算出駕駛員所要求的方向?？刂茊卧ㄟ^方向盤轉角傳感器與橫向偏擺率傳感器信號的比較，確定車輛實際行駛軌跡與駕駛要求是否一致，從而確定控制目標。圖9方向盤轉角傳感器的位置1螺釘；2螺旋電纜；3轉接板；4螺釘；5方向盤轉角傳感器；6固定凸舌；7轉向信號解除凸輪圖10方向盤轉角傳感器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部件，一個是橫向偏擺率傳感器，另一個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角度產(chǎn)生對應的輸出信號電壓；橫向加速度傳感器根據(jù)車輪側向滑移量產(chǎn)生對應的輸出信號電壓。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傳感器信號，計算出車輛的實際行駛狀態(tài)，再結合車輪速度傳感器的輸出信號和方向盤轉角傳感器的串行數(shù)據(jù)輸出信號，確定控制目標。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時出現(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主動安全系統(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識別出駕駛員的輸入與車輛的實際運動不一致，它就馬上通過有選擇的制動發(fā)動機干預來穩(wěn)定車輛。ESP首先通過方向盤轉角傳感器及各車輪轉速傳感器識別駕駛員轉彎方向駕駛員意愿。ESP通過橫擺角速度傳感器，識別車輛繞垂直于地面軸線方向的旋轉角度及側向加速度傳感器識別車輛實際運動方向。ESP對危急駕駛情況作出反應前，必須獲得兩個問題的應答（見下圖）。ESP在對危急駕駛情況作出反應前，必須獲得兩個問題的應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、車輛實際駛向哪里從橫擺率傳感器（3）和側向加速度傳感器（4）得到B問題答案。ESP控制單元進行比較AB車輛出現(xiàn)危急行駛狀況，需要ESP進行控制調整。AB車輛行駛情況正常、當車輛出現(xiàn)不足轉向，通過對內弧線后部車輪施加相應的制動，并對發(fā)動機和變速箱管理系統(tǒng)施加控制，ESP可以阻止車輛向外駛出彎道。、當車輛出現(xiàn)過度轉向，通過對外弧線前部車輪施加相應的制動，并對發(fā)動機和變速箱管理系統(tǒng)施加控制，ESP可以阻止車輛向內滑移。ESP工作原理22ESP的工作過程1、當車輛左轉出現(xiàn)轉向不足的時候（就是速度太快拐不過來了）。ESP各個傳感器會把轉向不足的消息告訴電腦，然后電腦就控制左后輪制動，產(chǎn)生一個拉力和一個扭力來對抗車頭向右推的轉向不足趨勢。2、還是左轉，后輪抓地不足或者后驅車油門踩猛了出現(xiàn)轉向過度的時候（就是甩屁股）。ESP會控制右前輪制動，同時減小發(fā)動機輸出的功率。糾正錯誤的轉向姿態(tài)。3、直線剎車由于地面附著力不均勻出現(xiàn)跑偏的時候（這時有ABS的車也會出現(xiàn)，我下雪的時候老在雪地上這么玩，這時候車身會向抓地強的一邊跑偏）。ESP會控制附著力強的輪子減小制動力，讓車按照駕駛員預想的行駛線路前進。同樣當一邊剎車一邊轉向的時候ESP也會控制某些車輪增大制動力或者減小制動力讓車子按照駕駛員的意圖行進。工作過程車輛轉向行駛狀態(tài)受制動車輪目的第一階段制動/向左不足轉向左后輪前輪保留側向力有效保證車輛的轉向第二階段向右不足轉向右前輪保證后軸的最佳側向力，后軸車輪自由轉動。第三階段向左過度轉向左前輪為阻止車輛出現(xiàn)甩尾,為限制前軸側向力的建立，在特殊危險情形下這個車輪將強烈制動第四階段中間穩(wěn)定無在所有不穩(wěn)定行駛狀態(tài)被校正后，ESP結束調整工作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，猛打方向盤，車輛有轉向不足傾向。ESP工作，增加左后輪制動壓力，車輛按照轉向意圖行駛?；謴驼５男旭偮肪€，車輛有轉向過度的傾向，在左前輪施加制動力。車輛保持穩(wěn)定。2、在急轉彎車道上高速行駛車輛有甩尾傾向。自動在右前輪上施加制動力。車輛保持穩(wěn)定。車輛有甩尾傾向。自動在左前輪上施加制動力。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)出轉向不足的趨勢，即將跑偏。ESP發(fā)揮作用，增加后右輪制動力的同時，降低發(fā)動機輸出扭矩。從濕滑路面駛入干燥路段，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、制動力及轉向力等）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（或制動力）與側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（或制動力）若增大，則路面可提供的側向力減小。當滑移率A0時，車輪與路面間不打滑，側向附著狀態(tài)最佳；而A1時，車輪與地面間純滑動，側向附著狀況最差，不能控制車輛轉向。ESP系統(tǒng)通過直接控制作用在4個車輪上的制動力或牽引力，間接改變車輪受到的側向力及汽車受到的橫擺力矩，使汽車的運動方向得到修正。32ESP系統(tǒng)特點和性能ESP系統(tǒng)的特點（1）實時監(jiān)控。ESP是一個實時監(jiān)控系統(tǒng)，它每時每刻都在監(jiān)控駕駛者的操控、路面反應和汽車運動狀態(tài)，并不斷向發(fā)動機和制動系統(tǒng)發(fā)出指令。2主動干預。ABS/EBD等系統(tǒng)在起作用時，系統(tǒng)對駕駛者的操控起一定干預作用,但它不能調控發(fā)動機,而ESP則是主動調控發(fā)動機的轉速并可調整每個車輪的制動力（四通道系統(tǒng)），以修正汽車的過度轉向和轉向不足。（3）事先提醒。ESP具有實時警示功能，當駕駛者操作不當和路面異常時，它會在主動干預的同時用警告燈警示駕駛者。222ESP系統(tǒng)的功能奔馳公司關于ESP系統(tǒng)適用性和可靠性檢測試驗結果表明,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的穩(wěn)定性，還可以在路面附著性較差（如結冰、濕滑及碎石等）時起作用。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)生側滑和跑偏，失去方向穩(wěn)定性，甚至在急轉彎時發(fā)生翻車事故。這時ESP系統(tǒng)干預駕駛操作，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構對ESP的有效性進行了科學研究。結果表明，裝備ESP系統(tǒng)的汽車可以減少80由側滑引起的交通事故，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車輛控制而引起的交通事故）。雖然ESP系統(tǒng)是汽車主動安全技術中堪稱里程碑式的突破,但它并不是車輛自動駕駛系統(tǒng),不能因為使用了ESP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)的應用奔馳公司是第一個在其轎車上使用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已成為標準配置，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重大強制性措施。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先的車型（如帕薩特、馬自達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作為其標準配置。34ESP關鍵技術研究ESP系統(tǒng)的開發(fā)有賴于以下幾個關鍵技術的突破。因此科研人員要在以下幾個方面多下功夫，爭取研究開發(fā)出更加完善和優(yōu)化的ESP系統(tǒng)。1傳感技術的改進在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。隨著價格低廉的微機械（MICROMACHINED）加速度和橫擺角速度傳感器的出現(xiàn)，為這項技術的廣泛應用創(chuàng)造了一定的條件。2體積小質量輕及低成本液壓制動作動系統(tǒng)的結構設計這方面BOSCH公司在ESP系統(tǒng)中采用的結構有一定的代表性，其液壓作動系統(tǒng)由預加壓泵PCP（PRECHARGEPUMP）壓力產(chǎn)生裝置（PRESSUREGENERATORASSEMBLY）液壓單元HU50所構成。3ESP的軟硬件設計由于ESP的ECU需要估計車輛運行的狀態(tài)變量和計算相應的運動控制量，所以計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結構。而ECU軟件計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ESP這樣一個復雜系統(tǒng)的控制，必須尋求魯棒性較強的非線性控制算法。4通過CAN完善控制功能ESP的ECU（電子控制單元）與發(fā)動機、傳動系的ECU通過CAN互聯(lián)，使其能更好地發(fā)揮控制功能。例如自動變速器將當前的機械傳動比、液力變矩器變矩比和所在檔位等信息傳給ESP，以估算驅動輪上的驅動力。當ESP識別出是在低附著系數(shù)路面時，它會禁止駕駛員掛低檔。在這種路面上起步時，ESP會告知傳動系ECU應事先掛入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、轉向和優(yōu)化懸架等子系統(tǒng)組成，當然還包括各種傳感器。411制動系統(tǒng)作為電控制動，系統(tǒng)主要采用了MK60E5/MK25E5或電液制動。2套系統(tǒng)共同使用內部壓力傳感器，確保四輪壓力和駕駛員意圖的冗余度。412主動轉向主動轉向體現(xiàn)出ESP系統(tǒng)中最先進的技術。在方向盤轉角的基礎上通過轉向柱上的1個集成電機，經(jīng)由1套兩級行星齒輪機構在前輪上附加了1個疊加轉向角。因而，車輪的轉向角就是駕駛員操縱的轉角與行星機構驅動的疊加轉角之和。根據(jù)電機調節(jié)的行星架旋轉方向可以控制車輪轉角的大小，也即體現(xiàn)轉向的“直接”和“間接”性。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者被切斷電源時，行星架即會被機構鎖止，成為傳統(tǒng)的轉向系統(tǒng)。盡可能保留原有轉向系統(tǒng)的各個構件，同時在車輛急轉時給予良好的操控性能。通過一定的轉向疊加既可以使車輛操控靈活傳動比112“直接”轉向疊加，又可以保持車輛的舒適性傳動比120“間接”轉向疊加。如果車輛采用運動型的設計即較小傳動比，則在停車工況下可以顯著減少方向盤行程。在高速行駛時轉向系統(tǒng)靈敏很高，容易產(chǎn)生急轉的感覺，而當車輛采用舒適性設計時即較大傳動比，轉向變得更“間接”，此時進行停車或側方移位所需的方向盤行程變得很大，也給駕駛員帶來不便。通過采用主動轉向，可以利用電子控制裝置影響轉向效果，前提是必須對附加的疊加轉角隨車速進行變化調節(jié)。在轉向系統(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向疊加之外還可以提供一系列其他潛在功能。主動轉向技術在底盤動力學控制系統(tǒng)中的集成，為車輛軟件技術的開發(fā)開辟了一塊新的領域。這主要是由于傳統(tǒng)的ESP制動干預會使駕駛員明顯感受到車速的放慢，這只能在危險工況下使用。與此相對的主動轉向干預就不易使駕駛員察覺，可以用于非危險工況。如可以對駕駛員感受到的自轉向特性給與干預。即使是在極限工況下，主動轉向技術還可以和制動干預共同使用，改善車輛的動力學性能。42ESP轉向控制功能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，車輛在較快的轉向輸入下反應會產(chǎn)生滯后。就轉向的靈活性而言，這樣會讓駕駛員感覺到車輛的反應特性非常遲緩，對于駕駛樂趣產(chǎn)生負面的影響。這種車輛響應中的相位滯后還會導致一些危險工況。例如，當駕駛員需要快速避讓一個障礙物，而車輛的響應又非常遲緩時，駕駛員很容易“過多轉向”。那么當車輛真正響應的時候，這時的轉向角要比預期的大得多，從而導致車輛失穩(wěn)。ESP系統(tǒng)根據(jù)車速、轉向角和側向加速度通過一個參考模型可以得出一個目標橫擺角速度，并且用軟件參數(shù)的形式儲存在ESP的控制器中。而實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行檢測。根據(jù)目標橫擺角速度和實際橫擺角速度的偏差，ESP控制器將快速要求主動轉向系統(tǒng)提供一個附加轉角。通過對橫擺角速度的閉環(huán)控制，可以補償?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。422橫擺力矩補償對開路面上的制動過程是體現(xiàn)ESP效果的最好例證。在沒有電控制動系統(tǒng)的車輛上，兩側車輪所獲得的制動力不相等，車輛會產(chǎn)生一個朝向高附著系數(shù)路面的橫擺力矩，并朝這一方向滑轉。由于這時候抱死車輪完全喪失了側向力，車輛便會失穩(wěn)。目前電子制動系統(tǒng)能夠識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行轉向調節(jié)了?？紤]到穩(wěn)定性，還需要在后軸建立起較低的制動壓力。即使是在極限工況下，這兩項措施都可以使駕駛員輕松地駕馭車輛。同時由于需要緩慢建立制動壓力，制動距離會相應變長。在ESP系統(tǒng)中引入一套電子轉向干預系統(tǒng)。不同制動力引起的橫擺力矩可以根據(jù)情況通過自動的快速轉向進行補償。與目前的ABS和ESP系統(tǒng)不同，通過調節(jié)方向盤轉角的方式，駕駛員可以不必不斷地修正轉向角，同時還可以按照理想的行駛路線前進。通過轉向產(chǎn)生橫擺力矩補償?shù)耐瑫r，前輪還可以建立起無滯后的制動壓力，同時后軸也可以進行制動壓力調節(jié)。通過這一技術的應用，根據(jù)不同的地面摩擦力，與傳統(tǒng)ABSESP相比可使制動距離減少多達15。即使是在驅動狀態(tài)，ESP仍然可以在不同附著系數(shù)的行駛道路上，通過轉向干預補償由車輪不同驅動力引起的干擾橫擺力矩。通過橫擺力矩補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向功能，ESP與傳統(tǒng)ESP相比除了使用制動干預之外，還在車輛橫向動力學方面具有另一有效的干預方式，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在駕駛員轉向過多的情況下自動進行回調。由于轉向干預對于駕駛員來說不易被察覺，因而可以使他更早地采取措施，預先避免一些危險工況。在橫擺角速度控制中集成的轉向控制有以下優(yōu)點提高車輛穩(wěn)定性，拓寬極限行駛區(qū)域的轉向幅度，較少產(chǎn)生由制動干預引起的急劇減速，進而通過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側傾及掛車穩(wěn)定性作為ESP系統(tǒng)的擴展，在目前ESP的“主動側傾保護”ARP和“拖車穩(wěn)定性控制”隅P中都集成了轉向技術。ARP主要是針對目前日益增長的運動型轎車和貨車設計的，這類車輛更易產(chǎn)生傾翻危險。ARP系統(tǒng)能夠識別出這些危險的行駛工況例如在高速下需要急速轉向躲避障礙物，并且通過制動降低外前輪的側向力減小橫向加速度，同時降低車速。在這些工況中可以顯著減少傾覆危險。而通過引入轉向功能使側向力快速降低也是對制動干預的有效支持。43系統(tǒng)集成控制ESP在開發(fā)時的主要目標就是實現(xiàn)對底盤進行全局控制。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。這不僅導致整車成本的上升，而且使得系統(tǒng)結構變得復雜而難以控制，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。整個系統(tǒng)采用CAN總線連接所有執(zhí)行器和傳感器，達到共用的目的，節(jié)省了冗余的部件；通過采用狀態(tài)估計器進一步節(jié)約了一定數(shù)量的傳感器；通過采用協(xié)調控制算法，按照工況決定AFS和ESP的工作負荷，既提高了對車輛的控制效果，又延長了制動器、轉向器的工作壽命。整個系統(tǒng)的控制結構如圖6所示。實現(xiàn)集成底盤控制將是未來底盤技術發(fā)展的方向。圖6ESP對底盤系統(tǒng)全局控制的機構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ESP系統(tǒng)進行了適用性和可靠性的全面驗證試驗。在微機控制系統(tǒng)的ROM中，預先儲存的控制程序中的標準技術數(shù)據(jù)，應該來源于大量的實車測試數(shù)據(jù)。但由于在沒有安全保障的情況下的實車試驗，有可能造成無法彌補的安全事故后果，因此標準技術數(shù)據(jù)的取得，采用了模擬器。模擬器內輸入了大量的通過實驗采集的數(shù)據(jù)，可以仿真出很多復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行時速為100KM/H的模擬路面駕駛試驗，得到各種不同性能的汽車在各種駕駛過程中的響應。模擬器檢測手段既安全，又可以得到很多實車試驗無法測量的數(shù)據(jù)。比如，在試驗場的4個轉彎處，用模擬器模擬路面突然結冰的情況，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事故的發(fā)生。1995年，梅塞德斯奔馳S級轎車開始安裝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彎時發(fā)生翻轉的可能性。同時汽車在彎道和濕滑路面上的制動距離得到縮短，在彎道行駛加強了汽車線內行駛能力。1998年，梅塞德斯奔馳A級微型轎車也安裝了。ESP系統(tǒng)，使這種采用大量高新技術開發(fā)的A級微型轎車，克服了因車身較窄，在汽車以小轉彎半徑急轉向時，容易產(chǎn)生側向翻轉而造成人身傷害和財產(chǎn)損失的缺點，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