基于absesp的發(fā)展淺談汽車主動安全技術(shù)

1、基于ABS/ESP的發(fā)展淺談汽車主動安全技術(shù)摘要：本文首先介紹了汽車主動安全技術(shù)中制動防抱死系統(tǒng)(ABS) 以及電子穩(wěn)定程序(ESP)的發(fā)展過程、目前國內(nèi)外的現(xiàn)狀。接下來又介紹了ESP和ABS的基本工作原理和結(jié)構(gòu)組成，最后介紹了未來汽車安全技術(shù)的發(fā)展趨勢關(guān)鍵詞 交通事故 汽車安全技術(shù) 制動防抱死系統(tǒng)(ABS) 電子穩(wěn)定程序(ESP) 制動力分配系統(tǒng)(EBD) 第一章 汽車安全的概述伴隨著汽車的普及，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢，交通事故的發(fā)生率有增無減。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，全世界每年死于道路交通事故死亡人數(shù)超過130萬，受傷人數(shù)超過1200萬，財(cái)產(chǎn)損失超過500億美元。在

2、美國，從1792 年自走式蒸汽汽車問世以來至1994 年共有304 萬人死于汽車交通事這個數(shù)據(jù)約為該國從1792 年以來戰(zhàn)爭中死亡人數(shù)(117.5 萬人)的3倍。在這一時期汽車交通事故中受傷3 億人，大約是過去200 年間在戰(zhàn)爭中受傷人數(shù)(145 萬人)的200 倍。1990 年全球有統(tǒng)計(jì)記錄的汽車交通事故損失為1370億美元，1993 年達(dá)到5000 億美元，而1995 年初日本阪神大地震的經(jīng)濟(jì)損失約為1000 億美元?？梢妼τ谌祟惿鐣碚f，汽車交通事故的總體傷害與經(jīng)濟(jì)損失規(guī)模已大于任何一種自然災(zāi)害或其他社會災(zāi)害所造成的損失規(guī)模，而且也給千家萬戶造成不幸。汽車被稱為“行駛的棺材”，汽車交通事

3、故像瘟神一樣令人害怕。因此汽車的行駛安全問題一直為社會和車主所最關(guān)心的問題。由于交通事故造成的危害較大，已成為重大社會問題，引起世界各國的重視。各國現(xiàn)已從法律法規(guī)的建立、道路設(shè)施的建設(shè)、交通安全的教育、交通管理系統(tǒng)完善、提高汽車產(chǎn)品安全性等多方面采取措施，并在減少交通事故和人員傷亡等方面取得了良好的效果。尤其是近年來，由于電子技術(shù)的發(fā)展，汽車已開始裝用ABS、安全氣囊和一些智能化系統(tǒng)，汽車的主動安全性與被動安全性均有大幅度提高。在發(fā)達(dá)國家中雖然汽車保有量在增加，但汽車交通事故死亡人數(shù)或死亡率反而有下降趨勢。日本從1992 年開始交通事故死亡人數(shù)或死亡率呈下降趨勢,美國和加拿大也是如此。這說明，

4、先進(jìn)的汽車安全技術(shù)可以換來生命。汽車安全性按照交通事故發(fā)生的前后分為主動安全性與被動安全性。汽車的主動安全性是指事故將要發(fā)生時操縱制動或轉(zhuǎn)向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行駛時保證其動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息性正常的能力，也叫事故前汽車安全性。汽車的被動安全性是指事故發(fā)生時保護(hù)乘員和步行者，使直接損失降到最小的能力，以及事故后，防止事故車輛火災(zāi)以及迅速疏散乘客的能力，也叫事故后汽車安全性。汽車的主動安全性可以分為行駛安全性、環(huán)境安全性、感覺安全性和操作安全性。被動安全性分為汽車外部安全性和汽車內(nèi)部安全性汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展為主動安全技術(shù)帶來了全新的理念，各種主動安全控制裝置相

5、繼出現(xiàn)，并很快成為滿足乘坐舒適、操縱方便和改善汽車主動安全性、減少車輛交通事故的有效手段。汽車主動安全系統(tǒng)，作為汽車技術(shù)方面的預(yù)防性安全對策，可以確保車輛具有與駕駛?cè)藛T操作特性匹配的動特性，因此，可以主動預(yù)防汽車交通事故的發(fā)生。通常，主動安全系統(tǒng)可分為車輪防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、電子控制制動系統(tǒng)(EBS)、制動力分配系統(tǒng)(EBD),驅(qū)動防電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)、電控懸架系統(tǒng)、電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第二章 汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）2.1汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）的概述車輪防抱死制動系統(tǒng)(Anti-Lock Braking System，簡稱ABS) 是一種具有防滑、防鎖死

6、等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng)。通過將制動器制動力調(diào)節(jié)到適應(yīng)路面所能提供輪胎的附著力，達(dá)到防止車輪在緊急制動期間抱死的目的。ABS是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)。它既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動效果最佳的制動裝置。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)可以說是汽車安全歷史上最重要的三大發(fā)明之一(另外兩個是全氣囊與安全帶)，ABS也是其他安全裝置(如ESP行車動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)與EBD制動力分配系統(tǒng))的基礎(chǔ)。汽車在未安裝ABS防抱死制動系統(tǒng)使用常規(guī)制動裝置時，車輪抱死是汽車在制動過程中經(jīng)常遇到的問題。車

7、輪在抱死和大多數(shù)接近抱死的情況下，不僅僅是地面提供的制動力減小，延長了制動距離，加快輪胎的磨損，更為嚴(yán)重的是，很甩可能出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾和失去轉(zhuǎn)向能力等現(xiàn)象，車輛處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 防抱死制動系統(tǒng)是利用閥體內(nèi)的一個橡膠氣囊，在踩下剎車時，給予剎車油壓力，充斥到ABS的閥體中，此時氣囊利用中間的空氣隔層將壓力返回，使車輪避過鎖死點(diǎn)。當(dāng)車輪即將到達(dá)下一個鎖死點(diǎn)時，剎車油的壓力使得氣囊重復(fù)作用，如此在一秒鐘內(nèi)可作用8-30次，相當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機(jī)械的“點(diǎn)剎。因此，ABS防抑死系統(tǒng)，能避免在緊急剎車時方向失控及車輪側(cè)滑，使車輪在剎車時不被鎖死，不讓輪胎在一個點(diǎn)上與地面摩擦，從而加大摩擦力，使剎

8、車效率達(dá)到90%以上，同時還能減少剎車消耗，延長剎車輪鼓、碟片和輪胎兩倍的使用壽命。裝有ABS的車輛在干泊油路、雨天、雪天等路面防滑性能分別達(dá)到80%90%、30%10%、15%20%。普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。完全抱死的車輪會使輪胎與地面的附著摩擦力下降，駕駛員無法控制汽車的行駛方向，制動過程中極易出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾和沖到公路外的危險(xiǎn)情況。隨著高速公路的發(fā)展，汽車的速度越來越快，制動時車輪安全抱死會出現(xiàn)更大的危險(xiǎn)性。因此，出于安全考慮，汽車必須安裝防抱死制動系統(tǒng)。 近年來由于汽車消費(fèi)者對安全的日益重視，大部分的車都已將AB

9、S列為標(biāo)準(zhǔn)配備。如果沒有ABS，緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，制動力大大下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉(zhuǎn)向能力；如果后輪先抱死，車輛容易產(chǎn)生側(cè)滑，使行車方向變得無法控制。所以，ABS系統(tǒng)通過電子或機(jī)械的控制，以非常快的速度精密的控制制動液壓力的收放，來達(dá)到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉(zhuǎn)向能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力。 隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，安全性日益成為人們選購汽車的重要依據(jù)。目前廣泛采用的防抱制動系統(tǒng)（ABS）使人們對安全性要求得以充分的滿足。 汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）的發(fā)展ABS系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)初期，

10、早在1928年制動防抱理論就被提出，在30年代機(jī)械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機(jī)上獲得應(yīng)用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。歐洲各國統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用了制動防抱死技術(shù)后，交通事故摩托車減少10，轎車和輕型貨車減少8，公共汽車減少4，重型貨車減少10，平均起來減少75。 由于汽車防抱死系統(tǒng)的這一優(yōu)點(diǎn)，各國的汽車工程師一直致力與這方面的研究，其中英國和德國的學(xué)者在這方面的研究付出了最多的心血和努力所以他們一直是這項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。 福特公司在1954年將飛機(jī)上的制動防抱死系統(tǒng)移到林肯汽車上，1965年前后，制動防抱死裝置開始安裝在

11、汽車上進(jìn)行路試。1957年凱凱爾塞海伊斯（KELSEHAYES）公司對稱為“AUTOMATIC”的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實(shí)可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯勒（CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為“SKIDCONTROL”的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機(jī)械式制動壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號不夠精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。1968年底，它在英國成功地安裝在半掛拖車機(jī)組的牽引頭的后輪上，并投入實(shí)際運(yùn)營。其后十年間制動防抱死裝

12、置主要是裝在這種鉸接車輛上，有效地解決了鉸接車輛在制動時常發(fā)生的折轉(zhuǎn)問題。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動防抱系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動防抱系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。凱爾塞海伊斯公司在1968年研制生產(chǎn)了稱為“SURETRACK”兩輪制動防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號，對制動過程中后輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在1969年被福特公司裝備在雷鳥（THUNDERBIRD）和大陸馬克III（CONTINENTALMKIII）轎車上。 進(jìn)入上個世紀(jì)80年代，制

13、動防抱死裝置又迎來了它的第二次大發(fā)展。在80年代初期，歐美各國突然加速了新的防抱死裝置的研究和應(yīng)用。制動防抱死裝置在家用轎車和商用貨車上的應(yīng)用使市場迅速膨脹。這樣大大刺激了各制動防抱死裝置生產(chǎn)廠家投入更多的力量研制性能更好、結(jié)構(gòu)更簡單、使用更可靠、價(jià)格性能比更低的制動防抱死裝置。80年代中期以后，借助于電子控制技術(shù)的迅速進(jìn)步，制動防抱死系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏、成本更低廉、安裝更方便、維修更容易、價(jià)格更易被中小型家用轎車所接受。 精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司Bosch（博世）研發(fā)ABS系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當(dāng)年Bosch申請“機(jī)動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。1964年（也是集成電路誕生的一年）B

14、osch公司再度開始ABS的研發(fā)計(jì)劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是ABS（Antilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具ABS原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y金過于龐大，ABS初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。Teldix GmbH公司從1970年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機(jī)ABS 1，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元的組件超過1000個，但成本過高也易于發(fā)生故障。1973年Bosch公司購得50的Teldix GmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域

15、的研發(fā)成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達(dá)成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行。S（2）系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個銳減到140個，而且有造價(jià)降低、可靠性大幅提升與運(yùn)算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。目前，在國際上ABS在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，已成為絕大多數(shù)汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備，和西歐的各類客車和輕型載貨汽車，ABS的裝備率己達(dá)90以上，轎車ABS的裝備率60左右，運(yùn)送危險(xiǎn)物品載貨汽車的ABS裝備率為100。國內(nèi)研究開發(fā)ABS起步較晚，大約始于20世紀(jì)80年代中期。但我國對ABS系統(tǒng)的十分重視，制定了相應(yīng)法規(guī)力促ABS的發(fā)展。199

16、3年4月1日開始實(shí)施的GBl3594992汽車防抱死制動系統(tǒng)性能要求和試驗(yàn)方法為ABS成為標(biāo)準(zhǔn)裝備提供了試驗(yàn)方依據(jù)。1999年10月1日實(shí)施了GBl2676-1999汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法了2003年10月1日以后，大型客車和大型載貨汽車必須安裝符合GBl35942003動車和掛車防抱制動性能和試驗(yàn)方法中規(guī)定的一類ABS。我國汽車ABS行業(yè)目前剛處于起步階段，有著比較廣闊的發(fā)展前景和空間，2006年中國的ABS市場發(fā)生了較大的變化，ABS的裝車率進(jìn)一步提高，國內(nèi)自主品牌的ABS市場占有率開始上升，ABS價(jià)格戰(zhàn)的序幕即將拉開，但占統(tǒng)治地位的仍是國外著名廠商的ABS系統(tǒng)。隨著我國加入WT

17、O，汽車市場的競爭將更為激烈，而競爭必須體現(xiàn)于技術(shù)設(shè)備上，作為能夠顯著提高汽車主動安全性的重要部件，ABS不但可以改變汽車的制動性能，而且可以提高汽車的整車技術(shù)水平和附加值，從而為汽車和零部件工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，因此今后的一段時間也是我國ABS發(fā)展的重要階段。 ABS的發(fā)展趨勢從ABS的出現(xiàn)到廣泛使用，已經(jīng)經(jīng)歷了70多年的發(fā)展，到目前為止ABS的結(jié)構(gòu)已發(fā)展的相當(dāng)成熟，在汽車上的應(yīng)用也更為廣泛，將ABS各方面的性能指標(biāo)提高到最佳值成為今后ABS的主要發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)為：一 提高關(guān)鍵元件的可靠性和性能指標(biāo)二 減少體積和重量，提高集成度以降低成本和銷售價(jià)格，并簡化安裝三 提高電磁閥的總體設(shè)計(jì)，

18、提高電磁閥的響應(yīng)速度四 消除ABS工作過程中的踏板反沖現(xiàn)象，提高制動舒適性五 有單一的ABS控制轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)綜合控制，集ABSEBDASR等功能為一體的車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP），將是基于ABS基礎(chǔ)上的行的發(fā)展方向第三章 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）3.1 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)概述ESP是英文電控車輛穩(wěn)定行駛系統(tǒng) ( Electronic Stability ProBr am)的簡寫 ，它是由德國梅賽德斯 一 奔馳 ( MercedesBenz )和博世( Bo sch )公司聯(lián)合開發(fā)的，被公認(rèn)為汽車主動安全性技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。該系統(tǒng)的功能在于，當(dāng)行駛的轎車由于人為或環(huán)境的干擾而進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)時，

19、比如 轎車偏離預(yù)定的行駛路線或有翻轉(zhuǎn)的趨勢時，它的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將傳感器測量的相關(guān)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較， 確定轎車行駛狀態(tài)不穩(wěn)定的程度及其原因以后，自動地通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向制動裝置和發(fā)動機(jī)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，采取最有利的安全措施，使汽車始終 保持安全穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。和防抱死系統(tǒng)ABS一樣，ESP系統(tǒng)的基本控制策略是首先由德國梅賽德斯公司提出的 ，并完成了產(chǎn)品層面上的許多技術(shù) 創(chuàng)新。 ESP系統(tǒng)是汽車主動安全性技術(shù)發(fā)展的一個巨大突破。它可以在極其惡劣的行車環(huán)境中提高汽車的穩(wěn)定性。3.2 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)開發(fā)的意義及目的 很多駕駛員對車輛與路面的附著性沒有感性的的認(rèn)識，尤其是駕駛經(jīng)驗(yàn)不足

20、的新駕駛員，他們不了解車輛的橫向極限工況，當(dāng)汽車行駛工況達(dá)到極限值時，由由于他們的不了解和經(jīng)驗(yàn)不足，他們往往會做出錯誤的操作，這就使得車輛的運(yùn)行工況急劇的惡化，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，顯示，90%的交通事故都是由于這種錯誤的操作導(dǎo)致車輛失控發(fā)生的，為了避免這種悲劇的發(fā)生，有效地將車輛約束在極限工況以內(nèi)，基于ABS(Antilock Brake System)制動防抱死控制系統(tǒng)和TCS(Traction Control System)牽引力控制系統(tǒng)的車輛電子穩(wěn)定性控制ESP(ElectronicStability System)應(yīng)運(yùn)而生。奧迪公司1996年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，車速在80kmh到1

21、00kmh之間行駛的車輛發(fā)生的交通事故中，有大約40的事故與車輛失去穩(wěn)定有關(guān)；車速越高，由于汽車失穩(wěn)引發(fā)的交通事故所占的比例越大，當(dāng)車速超過160kmh時幾乎所有的事故都與車輛失穩(wěn)有關(guān)。研究還表明，在發(fā)生嚴(yán)重交通事故失去控制的車輛中，82的車輛在失控后還行駛了40米以上。以上數(shù)據(jù)表明，研究一種能在復(fù)雜工況下能有效保持車輛穩(wěn)定性的控制裝置，對于減少交通事故，特別是減少造成嚴(yán)重傷害的交通事故有非常重要的意義。 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 第一個ESP的解決方案由Van Zanten等提出，他通過改變汽車在全制動轉(zhuǎn)彎時車輪滑動率的分配，來降低車輛的偏航，同時也減少了制動距離。后來HeeB等提出了另

22、一種解決方案，將ABSASR 懸架控制、轉(zhuǎn)向控制綜合為車輛動態(tài)控制。德國博世公司根據(jù)HeeB提出的思想與寶馬公司合作，從1992年開始致力于該系統(tǒng)的開發(fā)，并在當(dāng)年取得了一定的成果，推出了第一代產(chǎn)品，1994年他們在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上又退出了第二代產(chǎn)品，兩年后又推出了第三代產(chǎn)品。從第一代產(chǎn)品到第三代產(chǎn)品使汽車行駛穩(wěn)定，控制更加完善。1998年為止，該公司開發(fā)的ESP可以用在所有驅(qū)動形式(前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動、四輪驅(qū)動)的汽車上。 各汽車制造廠商所研發(fā)的汽車穩(wěn)定系統(tǒng)的功能與ESP系統(tǒng)的功能相似，只是采用了不同的英文縮寫。例如，寶馬公司將其稱為DSC系統(tǒng)，而保時捷和豐田公司則將其分別稱為PSM和VSC

23、系統(tǒng)，國內(nèi)對汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制的研究起步較晚，大多數(shù)學(xué)者只是基于理論研究，目前還沒有成熟產(chǎn)品問世。 ESP應(yīng)用在越野車上還近乎空白。德國的奔馳G一5是二戰(zhàn)時比較著名的一種44型輕型車用越野汽車，20世紀(jì)90年代以后，先進(jìn)的電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在軍用越野車上開始應(yīng)用，奔馳G在誕生了25年后，ABS、ESP等新的科技才陸續(xù)出現(xiàn)在了奔馳G卜，使其越野風(fēng)格未改而且操控性能和豪華程度在不斷提升。近年來世界范圍新車的ESP裝配率顯示了其正在被越來越多的人所認(rèn)可。2006年歐洲的ESP裝配率達(dá)到42。在美國的裝配率提升得非?？?，高達(dá)21。到目前為止，歐洲是ESP最大的市場，而且將繼續(xù)保持幾年，ESP在

24、全球范圍內(nèi)被逐漸推廣。中國目前ESP的裝配率還比較低，以往只在高檔車上才裝配ESP，中高級轎車中只有部分把它作為標(biāo)準(zhǔn)配置，如東風(fēng)雪鐵龍的凱旋汽速騰和上海通用的君越都配有ESP。將來它的裝配率一定會隨著汽車市場的發(fā)展顯著提高，但由于技術(shù)水平的差距，這部分市場將掌握在外資企業(yè)手中，國內(nèi)企業(yè)幾乎無法涉足。經(jīng)過數(shù)年不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，到2002年已經(jīng)發(fā)展到第八代。2005年，適逢博世開發(fā)ESP面世10周年，ESP8.0系統(tǒng)這一世界領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在中國蘇州國產(chǎn)化。新一代的汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)新一代汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)將主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(Active steering Control，ASC)和可選擇懸架模式的主動懸

25、架控制系統(tǒng)(Active Damping Control，ADC)和ESP集成在一起，使汽車的動態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)更加完善，提高了汽車在任何情況下的行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性。在非危險(xiǎn)行駛狀況下，主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)使駕駛更靈活，以增加駕駛樂趣。在危險(xiǎn)行駛狀況下，主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與制動系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)共同控制汽車的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。制動防抱死系統(tǒng)(ABS)的結(jié)構(gòu)及工作原理4.1 ABS的結(jié)構(gòu)組成ABS 系統(tǒng)一般由輪速傳感器、電子控制器和壓力調(diào)節(jié)器組成，傳感器接受運(yùn)動參數(shù)，如車輪角速度、角加速度、車速等傳送給控制裝置ECU， 控制裝置進(jìn)行計(jì)算并與規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行比較后，給壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出指令使之增壓、

26、或減壓 圖一ABS系統(tǒng)的組成和在汽車上的位置l一制動主缸 2一制動輪缸 3一液壓通道4一液壓調(diào)節(jié)器5一輪速傳感器6一電子控制器1.輪速傳感器和齒圈輪速傳感器用來采集車輪旋轉(zhuǎn)速度信號。通常用支架固定在制動底板上或轉(zhuǎn)向節(jié)支架上，它相對于車輪和驅(qū)動軸靜止不動。齒圈安裝于車輪或驅(qū)動軸差速器輸入端，通常熱壓在輪轂的油封端，并跟隨車輪或驅(qū)動軸一起轉(zhuǎn)動。輪速傳感器以間隙方式對準(zhǔn)齒圈。當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)動時，輪速傳感器能產(chǎn)生正比于其轉(zhuǎn)速的交流感應(yīng)信號。2.電子控制器（ECU）電子控制器(ECU)把從輪速傳感器接收到的電信號轉(zhuǎn)換成關(guān)于汽車與車輪速度和減速度的有用信息，并根據(jù)這些信息向電磁調(diào)節(jié)閥發(fā)出指令。電子控制器設(shè)置有保

27、護(hù)電路，接通電源后，自動對整個系統(tǒng)進(jìn)行檢測，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，即自動進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，全部或部分關(guān)閉失靈系統(tǒng)，以便使受到影響的車輪仍能按未裝置ABS 時那樣工作，與此同時給出故障原因的報(bào)警信號。3.壓力調(diào)節(jié)器制動壓力調(diào)節(jié)器是汽車制動系統(tǒng)中電子控制單元的執(zhí)行器，它安裝在制動系總缸與車輪輪缸之間。其作用是根據(jù)ECU的指令，控制壓力調(diào)節(jié)器中電磁閥的動作，適時地調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)管路中的液壓或氣壓，實(shí)現(xiàn)控制車輪制動器中壓力的自動調(diào)節(jié)，即壓力增高、壓力保持和壓力降低，不受駕駛員的控制。制動壓力調(diào)節(jié)器主要有真空式、液壓式、機(jī)械式、氣壓式和空氣液壓加力式等幾種形式?，F(xiàn)在應(yīng)用較普遍的是液壓調(diào)節(jié)器，它是用電磁閥和液壓

28、泵產(chǎn)生的壓力控制制動壓力的。它一般由回油泵、存貯器和電磁閥組成。4.2 ABS的工作原理一般情況下，司機(jī)在緊急制動時，往往會將制動踏板一踩到底，施加全制動。但常規(guī)的制動系統(tǒng)在全制動狀態(tài)下，車輪通常會處于抱死狀態(tài)，即車輪不再滾動，而是在路面上拖滑，這樣就會造成很多危險(xiǎn)狀況和交通事故的發(fā)生。從四輪車輛分析可知，如果前輪抱死，會使車輛失去轉(zhuǎn)向控制能力：如果后輪抱死，會使車輛的制動穩(wěn)定性變差，車輛會出現(xiàn)側(cè)滑、跑偏、甩尾等危險(xiǎn)情況。ABS的引入，使制動過程中車輪處于非抱死狀態(tài)，從而能充分利用輪胎和路面之間的最大附著力，這樣不僅可以防止制動過程中后輪抱死而導(dǎo)致的車輛側(cè)滑甩尾，大大提高制動過程的方向穩(wěn)定性，

29、同時可以防止前輪抱死而喪失轉(zhuǎn)向控制能力，提高汽車躲避車輛前方障礙物的操縱性和彎道制動力時的軌跡保持能力，而且通常情況下能縮短制動距離，使制動系統(tǒng)的效能得到完全的發(fā)揮。 在制動時若只考慮車輪的運(yùn)動為滾動和抱死拖滑兩種狀況，當(dāng)制動踏板力較小時制動器的摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動力，足以克服制動器摩擦力使車輪滾動。顯然車輪滾動時的地面制動力就等于制動器的摩擦力，且隨踏板力增長正比的增長，但地面制動力是滑動摩擦的約束反力，它的值不會超過地面附著力。汽車在行駛的過程中，由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線行駛時的離心力作用，車輪中心沿軸向方向?qū)a(chǎn)生側(cè)向力，相應(yīng)的在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧?/p>

30、即側(cè)偏力。當(dāng)側(cè)偏力未超過車輪與地面間的附著極限時車輪與地面間沒有側(cè)向滑動，當(dāng)側(cè)偏力超過車輪與地面間的附著極限時車輪與地面間發(fā)生側(cè)向滑動。（一）滑移率概念汽車?yán)玫孛媾c輪胎之間的摩擦力來減速，制動過程中車輪速度減小，在車速與輪速之間產(chǎn)生一個速度差，車速與輪速之間存在著速度差稱為滑移現(xiàn)象。滑移的程度用滑移率來表示，即：S=（V-Wr）/V*100 S滑移率 V一車速 R_車輪半徑 W車輪角速度當(dāng)車速=輪速時，滑移率S=O，車輪自由滾動；當(dāng)輪速=0時，滑移率S=100，車輪完全抱死滑移；當(dāng)車速輪速，滑移率0S100，車輪既滾動又滑動。（二）滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系縱向附著系數(shù)、側(cè)向附著系數(shù)和滑移率之間

31、存在著密切的關(guān)系，通常具有如圖二所示的特性。即：非制動動狀態(tài)(S=o)下，縱向附著系數(shù)u(b)=0；制動狀態(tài)下，滑移率S達(dá)到某個數(shù)值時u(b)最大，之后隨著滑移率的增大u(b)反而減小。u(b)最大時的滑移率S叫做最佳滑移率k。當(dāng)S=O時，側(cè)向附著系數(shù)u(s)最大，之后隨著S的增大而減小。當(dāng)車輪完全抱死，S=100%時，u(s)=o，此時汽車的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力幾乎完全喪失。 圖二 附著系數(shù)與滑移率關(guān)系汽車制動時，根據(jù)ABS電控單元的控制指令，自動調(diào)節(jié)制動輪缸的制動壓力的大小，使車輪不抱死，并處于理想滑移率的狀態(tài)。其工作過程分為四個階段：(1)常規(guī)制動過程：當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動主缸產(chǎn)

32、生的油壓通過管路，進(jìn)入制動輪缸，從而使車輪制動器產(chǎn)生制動力；(2)保壓制動過程：隨著制動壓力升高和車輪轉(zhuǎn)速下降到一定程度，車輪開始出現(xiàn)部分滑移現(xiàn)象時，ABS電控單元向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令，關(guān)閉制動主缸與制動輪缸的通道，使制動輪缸的油壓保持不變，即處于一個穩(wěn)定的油壓狀態(tài)下；(3)降壓制動過程：當(dāng)制動油壓保持不變而車輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，車輪滑移率超過(10-20)時，ABS電控單元將向制動壓力調(diào)節(jié)裝置輸5控制信號，打開制動輪缸與儲能器的通道，制動輪缸內(nèi)的高壓油流入儲能器，制動油壓下降，車輪轉(zhuǎn)速由下降逐漸變?yōu)樯仙?4)增壓制動過程：當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速上升，滑移率下降到低于(10%-20)時，ABS電控單元

33、向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令，使制動主缸和制動輪缸油路接通，高壓油進(jìn)入制動輪缸，制動油壓增加，車輪轉(zhuǎn)速又開始下降。如此交替進(jìn)行控制，使車輪的滑移率始終被控制在(10-20)左右，從而使汽車的制動性能達(dá)到最佳狀態(tài)。4.3 ABS 在汽車上的布置形式汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理5.1 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 ESP實(shí)際上是在ABS和ASR的基礎(chǔ)上增加了一部分傳感器衍化而來的，也就是說ESP是ABS的升級版。因此ESP也是有許多傳感器組成，主要由中央控制單元和各種傳感器、執(zhí)行器所組成，包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、車輪速度傳感器、車身翻轉(zhuǎn)角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器以及液壓裝置

34、中的壓力傳感器等其中最為重要的是車身橫擺角速度傳感器、車身翻轉(zhuǎn)角速度傳感器和側(cè)向加速度傳感器。作為保證行車安行駛的個重要電控系統(tǒng)，各個傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)，ESP系統(tǒng)包括車距控制、防駕駛員困倦、限速識別、并線警告、停車入位、夜視儀，周圍環(huán)境識別、綜合穩(wěn)定控制和制動助力(BAS)9項(xiàng)控制功能。通過綜合應(yīng)用9種智能主動安全技術(shù)，ESP可將駕駛員對車輛失去控制的危險(xiǎn)性降低80%左右。如圖3所示為汽車ESP的構(gòu)成示意圖。圖3 汽車ESP的構(gòu)成意圖方向盤傳感器:監(jiān)測方向缸旋轉(zhuǎn)的角度幫助確定汽午行駛打似是否正確。2 輪速傳感器:監(jiān)測每個車輪的速度，確定輪足否在打滑。3 橫擺角速度傳感器:記

35、求汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動，確定汽車是否在打滑。4 縱向橫向加速度傳感器：ESP中的加速崖傳感器有沿汽午前進(jìn)方向的縱向加速度傳感器和垂直于前進(jìn)方向的橫向加速度傳感器，基本原理相同只是成90度夾角安裝。它對轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力起反應(yīng)，確定汽車是否在通過彎道時打滑。5 車身翻轉(zhuǎn)角速度傳感器就像一個羅盤，適時地監(jiān)控汽車行駛的準(zhǔn)確姿態(tài)，監(jiān)控汽車每個可能的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動角速度。其他傳感器則分別監(jiān)控汽車的行駛速度和各車輪的速度差，監(jiān)控轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動角度和汽車的水平側(cè)向加速度，當(dāng)制動發(fā)生時則監(jiān)控制動力的大小和各車輪制動力的分配情況。各種傳感器將車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)以電子信號的形式傳給電子控制單元（ECU），電子控制單元（ECU

36、）根據(jù)傳感器傳來的電子信號，對這些信號進(jìn)行判斷，判斷出車輛的運(yùn)行狀況進(jìn)而發(fā)出指控命令，并自動的向一個或者多個車輪增加制動力，以把車丁保持在駕駛者所選定的車道內(nèi)。這些傳感器還向牲制裝韙提供汽車在任何瞬間的運(yùn)行狀況信息。汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理 汽車電子穩(wěn)定系統(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(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行駛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(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

37、引力或制動力若增大則路面可提供的側(cè)向力減小，當(dāng)滑移率等于一時車輪與地面間純滑動，側(cè)向附著狀況最差，不能控制車輛轉(zhuǎn)向。而當(dāng)滑移率等于零時，車輪與地面間純滾動，側(cè)向附著狀況最佳。圖4為轉(zhuǎn)向行駛的汽車受地面作用力的情況。 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(cè)向力及汽車受到的橫擺力矩使汽車的運(yùn)動方向得到修正。 F(r)為附著力F(b) 為制動力或牽引力 F(s) 為側(cè)向力a為橫擺中心到前軸的距離 b為1/2輪距圖4 轉(zhuǎn)向行駛的汽車受地面作用力的情況 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理從外部作用于汽車的所有力，包括制動力、驅(qū)動力、任何一種側(cè)向力，都會引起汽車?yán)@其質(zhì)心轉(zhuǎn)動。E

38、SP系統(tǒng)根據(jù)此原理，在汽車進(jìn)人不穩(wěn)定行駛狀態(tài)時，通過對制動系統(tǒng)、驅(qū)動傳動系統(tǒng)的干涉，修正過度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足的傾向，使汽車保持穩(wěn)定行駛狀態(tài)。在汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的控制單元（ECU）中，預(yù)先儲存了控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)，在各種傳感器檢測車輛運(yùn)行狀態(tài)并將汽車運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳到控制單元（ECU）時，ECU立即調(diào)出預(yù)存標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與之進(jìn)行比較，判定轎車是否出現(xiàn)不穩(wěn)定行駛趨勢和不穩(wěn)定的程度及原因。一旦確定汽車有不穩(wěn)定行駛的趨勢，ESP系統(tǒng)就會自動代替駕駛員控制汽車，通過微機(jī)控制系統(tǒng)向制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和發(fā)動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，采取最有利的安全措施修正驅(qū)動力和制動力，阻止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)情況的發(fā)生，使汽車恢復(fù)到安全穩(wěn)定的行駛

39、狀態(tài)。圖五為ESP系統(tǒng)的工作流程圖五 ESP系統(tǒng)的工作流程在汽車行駛的過程中，ESP系統(tǒng)的各種傳感器時刻對汽車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并把數(shù)據(jù)源源不斷的傳送給ECU，ECU將傳感器傳來的數(shù)據(jù)與其儲存的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比，確定致使汽車行駛狀態(tài)產(chǎn)生不穩(wěn)定的原因及其不穩(wěn)定的程度，自動的通過控制系統(tǒng)向制動裝置和發(fā)動機(jī)上的執(zhí)行裝置發(fā)出控制信息，以便采取最有利的安全措施，使汽車始終保持安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到汽車有發(fā)生翻轉(zhuǎn)的趨勢時，系統(tǒng)就會有選擇的對單個前輪或者后輪實(shí)施控制，在必要的時候會增加或者減少發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因此一旦ESP檢測到車輛的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)偏離了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，ESP系統(tǒng)就會自動代替駕駛員控制汽車，阻

40、止?jié)撛谖ｋU(xiǎn)情況的發(fā)生。汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP在汽車出現(xiàn)不穩(wěn)定行駛趨勢時，采用了兩種不同的控制方法，如圖六所示，使汽車消除不穩(wěn)定行駛因素，回復(fù)并保持汽車預(yù)定的行駛狀態(tài)。這兩種控制方法是，首先ESP系統(tǒng)通過精確地控制一個或者多個車輪的制動過程(脈沖制動)，根據(jù)需要分配施加在每個車輪上的制動力，迫使汽車產(chǎn)生一個繞其質(zhì)心轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)力矩，同時代替駕駛員調(diào)整汽車行駛方向。其次在必要時(比如車速太快，發(fā)動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩過大)，ESP系統(tǒng)自動調(diào)整發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，控制汽車的行駛速度。 圖六 汽車上的ESP控制環(huán)ESP系統(tǒng)不僅僅是在干燥路面上提高了汽車的穩(wěn)定性，還可以在路面附著性比較差的時候，諸如結(jié)冰、濕滑，以及碎

41、石等情況下起作用游騎兵是在S形彎道上作用更明顯。在上述不利狀況下，車輪與路面之問的附著力降低，即使是最好的駕駛員也很難將高速行駛的汽車保持在預(yù)定的路線上，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)彎的時候發(fā)生翻車事故，這時就需要ESP系統(tǒng)。例如，如圖六所示，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器向電子控制單元發(fā)送一個駕駛員想要朝方向A的轉(zhuǎn)向信號，而橫向偏擺率傳感器檢測到車輛開始打轉(zhuǎn)B，同時車輛前端開始向方向C移動時，電子控制單元將得出車輛轉(zhuǎn)向不足的判斷，ESP系統(tǒng)將利用ABSTCS系統(tǒng)中已有的主動控制功能，向車輛的1個或2個內(nèi)側(cè)車輪施加適當(dāng)?shù)闹苿恿Γ苑€(wěn)定車輛并朝駕駛員想要的方向A轉(zhuǎn)向。圖六 不足轉(zhuǎn)向如圖七所示。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器向電子控制單元發(fā)送一個駕駛員想要朝方向A轉(zhuǎn)向信號，而橫向偏擺率傳感器卻檢測到車輛開始打轉(zhuǎn)B