車(chē)輛電子第一次作業(yè)-汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)工作原理及發(fā)展

1、汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)工作原理及發(fā)展姓名：xxx學(xué)號(hào)：xxx（北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院車(chē)輛工程，北京 ）摘要：汽車(chē)電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)是一種新型主動(dòng)安全性控制系統(tǒng)，是繼汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的。該系統(tǒng)基于汽車(chē)翻轉(zhuǎn)角速度、橫向線加速度和偏轉(zhuǎn)力矩等的測(cè)量值，不但能夠糾正諸如翻轉(zhuǎn)或者打滑等各種汽車(chē)不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，而且能夠顯著提高汽車(chē)線內(nèi)行駛的穩(wěn)定性，縮短在彎道或濕滑路面上緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離，防止出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，從而更有效、更顯著地提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。本文介紹汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理、組成部件及其功能以及其發(fā)展。1. ESP的發(fā)展及其現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用控制技

2、術(shù)提高汽車(chē)的行使安全性一直是汽車(chē)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。早在 1936 年德國(guó)博世（Bosch）公司就第一個(gè)獲得了用電磁式車(chē)輪輪速傳感器獲取車(chē)輪的 ABS 專利。直到上世紀(jì) 60 年代末和 70 年代初，美國(guó)三大汽車(chē)公司才分別推出了裝有 ABS 的高級(jí)轎車(chē)，但由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，ABS采用了模擬計(jì)算機(jī)與真空作用的壓力調(diào)節(jié)器，在控制精度和可靠性上出現(xiàn)了很多問(wèn)題，美國(guó)汽車(chē)制造廠家不得不在 70 年代終止了 ABS 轎車(chē)的生產(chǎn)。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)和調(diào)節(jié)器的發(fā)展，ABS 的性能和抗干擾能力不斷增強(qiáng)，ABS在歐洲又重新興起。在上世紀(jì) 80 年代中后期和 90 年代，ABS 在世界范圍內(nèi)得到了廣泛地推廣和應(yīng)用，

3、成為在汽車(chē)上應(yīng)用最成功的電子控制產(chǎn)品之一，大大改善了汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。在 90 年代中期以后，主要汽車(chē)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的轎車(chē)幾乎全部配備 ABS，使得 ABS 成為了現(xiàn)代汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)裝備。汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)（ASR）是伴隨著 ABS 產(chǎn)品化發(fā)展起來(lái)的，實(shí)質(zhì)上它是 ABS 基本思想在驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展和推廣。ASR 的專利在 70 年代開(kāi)始出現(xiàn)。但直到 1985 年才有瑞典 VOLVO 汽車(chē)公司把這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)了一種稱為ETC 的電子牽引力控制系統(tǒng)并安裝在 Volvo760 Turbo 汽車(chē)上，該系統(tǒng)僅通過(guò)調(diào)節(jié)燃油供給量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩來(lái)控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，但未采用對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的控制。198

4、0 年 12 月，成功推出 ABS 的 Bosch公司第一次將制動(dòng)防抱死（ABS）控制技術(shù)與驅(qū)動(dòng)防滑（ASR）控制技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于 Mercedes S級(jí)轎車(chē)上，開(kāi)始了ABS/ASR 集成控制的時(shí)代，并利用對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的控制來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)滑移率?，F(xiàn)在的 ASR系統(tǒng)很少單獨(dú)使用，一般都是與 ABS 一起構(gòu)成 ABS/ASR系統(tǒng)。ABS 和 ASR 都只是通過(guò)對(duì)縱向滑移率的控制來(lái)間接保證汽車(chē)在制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，但對(duì)汽車(chē)在極限轉(zhuǎn)向、制動(dòng)轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向以及車(chē)輛受到外界干擾等引起失穩(wěn)時(shí)的糾正效果并不是十分明顯。汽車(chē) ESP 系統(tǒng)突破了 ABS/ASR的限制，通過(guò)直接監(jiān)測(cè)汽車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行控制，直

5、接保證汽車(chē)的穩(wěn)定性，因此顯著提高了控制效果，特別是能顯著提高汽車(chē)處于附著極限時(shí)的穩(wěn)定性，因而大大減少了交通事故。汽車(chē)穩(wěn)定性的概念在上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始提出，由于當(dāng)時(shí)的汽車(chē)穩(wěn)定性控制還處于概念階段，各個(gè)生產(chǎn)廠家根據(jù)自己系統(tǒng)的特點(diǎn)提出了各自的方法與名稱。1992年 BMW 公司和 BOSCH公司合作，在 ABS/ASR的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了汽車(chē)穩(wěn)定性系統(tǒng)并稱為 DSC1(第一代 DSC)，應(yīng)用于 BMW850Ci 轎車(chē)上。1994 年，BMW 公司和BOSCH 公司再次合作，在 DSC1 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展為 DSC2，并引入 CAN 總線與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)通訊。無(wú)論是第一代還是第二代都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只是

6、在ABS/ASR 的基礎(chǔ)上增加了方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器，并未增加測(cè)量汽車(chē)運(yùn)行姿態(tài)的側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，汽車(chē)的橫擺角速度是通過(guò)內(nèi)外車(chē)輪的轉(zhuǎn)速差間接估計(jì)得到的，這在很多情況下，尤其是在輪胎附著極限情況下是不準(zhǔn)確的。真正意義上的汽車(chē)穩(wěn)定性控制一般認(rèn)為出現(xiàn)在 1995 年。在 1995 年，BOSCH公司提出了 VDC 的概念，Benz 公司提出了 ESP 的概念，TOYOTO 公司提出了 VSC的概念，它們均采用了能直接測(cè)量汽車(chē)運(yùn)行姿態(tài)的側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器，使得穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展。1996 年 BWM 公司和BOSCH 公司再次合作推出的 DSC3 就是此類(lèi)穩(wěn)

7、定性控制系統(tǒng)。1997 年 Varity Kelsey-Hayes 和 Lucas PLC 合并，聯(lián)手開(kāi)發(fā) VSC。德國(guó)的大陸 TEVES 公司也以MK60 液壓調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)進(jìn)行 ESP 的研制與開(kāi)發(fā)。在國(guó)外，汽車(chē) ESP 控制系統(tǒng)是在 ABS 和 ASR 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最初的起初的汽車(chē)穩(wěn)定性控制概念是在 ABS 和 ASR的基礎(chǔ)上加以算法上的改進(jìn)，使之能部分解決汽車(chē)的穩(wěn)定性問(wèn)題，但此時(shí)的系統(tǒng)還不能稱之為汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，只是在 ABS 和 ASR基礎(chǔ)上的改進(jìn)。在上世紀(jì) 90 年代初，通過(guò)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性的理論分析，提出了直接對(duì)汽車(chē)橫擺運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的概念（如 DYC:Direct Yaw

8、Control）它通過(guò)采集方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的信息來(lái)判斷駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，并通過(guò)制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力在車(chē)輪上的分配來(lái)調(diào)節(jié)汽車(chē)的橫擺運(yùn)動(dòng)，直接保障汽車(chē)的穩(wěn)定性，這標(biāo)志汽車(chē)穩(wěn)定性控制概念的出現(xiàn)。但考慮到系統(tǒng)的成本，最早出現(xiàn)的穩(wěn)定性控制所用的傳感器很少，汽車(chē)的橫擺角速度大多是通過(guò)內(nèi)外車(chē)輪的輪速差間接估計(jì)得到的，因此在一些汽車(chē)行駛的復(fù)雜工況下很難保證汽車(chē)的穩(wěn)定。1995 年之后，隨著 Bosch、BMW、Ford、TOYOTA 等公司相繼推出了使用橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器的新一代汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，汽車(chē)穩(wěn)定性控制的基本形式得到了確認(rèn)。在這一階段，基于這種組成結(jié)構(gòu)的汽車(chē)穩(wěn)定性控制算法開(kāi)始大量出現(xiàn)，其中 Bosch

9、的 VDC 是其中比較典型的控制方法之一，它采用汽車(chē)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與汽車(chē)?yán)硐脒\(yùn)行狀態(tài)的誤差反饋來(lái)決策汽車(chē)的橫擺力矩，并通過(guò)差動(dòng)制動(dòng)或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)橫擺運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，這一控制方法也是現(xiàn)在汽車(chē)穩(wěn)定性控制中比較常用的控制方法。由于在汽車(chē)穩(wěn)定性控制中所需要的汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)并不能完全由傳感器直接測(cè)量得到，因此如何通過(guò)測(cè)量的汽車(chē)狀態(tài)推測(cè)不易測(cè)量的汽車(chē)狀態(tài)或路面的狀態(tài)是近幾年汽車(chē)穩(wěn)定性控制的研究熱點(diǎn)，已經(jīng)有大量的狀態(tài)估計(jì)方法出現(xiàn)，大大改善了控制系統(tǒng)的可靠性。近幾年來(lái)，有一些學(xué)者開(kāi)始嘗試用現(xiàn)代控制理論的一些控制方法進(jìn)行汽車(chē)穩(wěn)定性控制，并取得了一些控制效果。2. ESP組成圖2.1是現(xiàn)在比較典型的汽車(chē)ESP

10、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括:傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)(真空助力器、管路和制動(dòng)器)、傳感器(4個(gè)輪速傳感器、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、制動(dòng)主缸壓力傳感器)、液壓調(diào)節(jié)器、汽車(chē)穩(wěn)定性控制電子控制單元(ECU)和輔助系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng))。圖2.1 博世ESP系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)2.1傳感器1.輪速傳感器輪速傳感器用于檢測(cè)輪速信號(hào)。目前采用的輪速傳感器有電磁感應(yīng)式和霍爾式兩種。電磁感應(yīng)式輪速傳感器的低速響應(yīng)比較差，而霍爾傳感器有較好的低速響應(yīng)特性。2.方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器用以測(cè)量方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角。方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器通常分為編碼器和電位計(jì)式兩種。光學(xué)編碼器式傳感器的測(cè)量精度高，使用壽命長(zhǎng)，但是

11、它通常測(cè)量的是相對(duì)位置，因此需要對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，而電位計(jì)可以直接測(cè)量絕對(duì)位置，但是它的使用壽命低。3.側(cè)向加速度傳感器加速度傳感器用于測(cè)量側(cè)向加速度。加速度傳感器有很多種，有利用壓電石英諧振器的力-頻特性進(jìn)行加速度的測(cè)量，還有就是使用衰減彈簧質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行加速度測(cè)量。4.橫擺角速度傳感器橫擺角速度傳感器是根據(jù)陀螺原理進(jìn)行測(cè)量的，一般采用微機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在傳感器內(nèi)部采用壓電元件產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)的科式力來(lái)求解汽車(chē)的橫擺角速度。隨著以硅原料為基礎(chǔ)的微機(jī)械測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展，近期出現(xiàn)了能同時(shí)測(cè)量側(cè)向加速度和橫擺角速度的高精度傳感器。2.2液壓調(diào)節(jié)器液壓調(diào)節(jié)器是汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 其

12、基本結(jié)構(gòu)與ABS/ASR液壓調(diào)節(jié)器相似，只是為了提高響應(yīng)速度，汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)的液壓調(diào)節(jié)器比ABS/ASR液壓調(diào)節(jié)器多了預(yù)壓泵(PCP: Precharge Pump)和壓力生成器(PGA: Pressure Generator Assembly)。圖2.2 Bosch液壓調(diào)節(jié)器HU5.0的結(jié)構(gòu)圖2.2為Bosch公司的HU5.0液壓調(diào)節(jié)器。HU5.0液壓調(diào)節(jié)器分為MC1和MC2兩個(gè)獨(dú)立的管路，分別控制前輪和后輪。每一制動(dòng)輪缸通過(guò)兩個(gè)電磁閥EV和AV的通斷來(lái)產(chǎn)生升壓、降壓和保壓狀態(tài)。當(dāng)EV和AV都處于斷電狀態(tài)時(shí)處于升壓狀態(tài)，都處于通電狀態(tài)時(shí)處于降壓狀態(tài)，當(dāng)EV處于通電狀態(tài)而AV處于斷電狀態(tài)時(shí)

13、處于保壓狀態(tài)，EV處于斷電狀態(tài)而AV處于通電狀態(tài)的組合是禁止出現(xiàn)的。Spk為低壓蓄能器，用于維持低壓狀態(tài)；RFP為回油泵，它把低壓蓄能器中的制動(dòng)液送回主油路，用于補(bǔ)償降壓過(guò)程中損失的制動(dòng)液，保持油路的連續(xù)；D為串聯(lián)的阻尼器，用于吸收液壓調(diào)節(jié)造成的壓力脈動(dòng)。以上部分與ABS液壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)基本一致。汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)的液壓調(diào)節(jié)器要求在駕駛員沒(méi)有踩制動(dòng)踏板時(shí)也要產(chǎn)生足夠的輪缸壓力，因此在ABS液壓調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上又增加了兩種控制電磁閥(VLV和USV)以產(chǎn)生這種功能。當(dāng)VLV和USV均斷電的情況下，在PCP未啟動(dòng)時(shí)EV閥前端的壓力就是由駕駛員通過(guò)踩制動(dòng)踏板產(chǎn)生的。當(dāng)VLV和USV均通電時(shí)，VLV與主

14、油路相連，USV切斷與主油路通路，這時(shí)回油泵RFP啟動(dòng)，使得制動(dòng)管路產(chǎn)生汽車(chē)穩(wěn)定性控制所需要的壓力。由于在低溫下制動(dòng)液粘性很高，為了提高主動(dòng)制動(dòng)(駕駛員不踩制動(dòng)踏板)時(shí)壓力建立的響應(yīng)速度，引入了預(yù)壓泵PCP，PCP啟動(dòng)后，由PGA產(chǎn)生的壓力通過(guò)VLV閥施加到回油泵的吸油端，使之產(chǎn)生一定的預(yù)壓，從而提高響應(yīng)速度。PCP運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些泡沫，為了防止這些泡沫進(jìn)入制動(dòng)系統(tǒng)而影響制動(dòng)效果，于是在PCP與主油路間增加了壓力生成器(PGA)，用于阻斷泡沫并能傳遞PCP產(chǎn)生的壓力。此外，PGA還可以協(xié)調(diào)駕駛員踩下的壓力與PCP產(chǎn)生的壓力之間的關(guān)系，把二者中的較大的壓力傳遞到主油路。2.3電子控制單元電子

15、控制單元(ECU: Electronic Control Unit)是汽車(chē)ESP控制系統(tǒng)的核心部件，它是控制邏輯的載體，且用來(lái)處理各種傳感器信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而構(gòu)成控制閉環(huán)。ECU一般具有兩個(gè)微處理器，一個(gè)用來(lái)計(jì)算控制邏輯，一個(gè)用于故障診斷和處理，兩個(gè)微處理器通過(guò)內(nèi)部總線相互交換信息。除了微處理器以外，ECU還包括電源管理模塊、傳感器信號(hào)輸入模塊、液壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)模塊、各種指示燈接口以及CAN總線通訊接口等。3. ESP工作原理3.1汽車(chē)失穩(wěn)原因分析由于汽車(chē)行駛的工況十分復(fù)雜，如路面摩擦系數(shù)的變化，汽車(chē)的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)，汽車(chē)受到側(cè)向風(fēng)干擾等，都可能引起汽車(chē)失穩(wěn)。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由方向盤(pán)上施加轉(zhuǎn)

16、角以后使前輪產(chǎn)生側(cè)偏角和側(cè)向力，引起汽車(chē)橫擺運(yùn)動(dòng)；汽車(chē)的橫擺運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致后輪也產(chǎn)生側(cè)偏角，進(jìn)而產(chǎn)生側(cè)向力。前、后輪的側(cè)向力提供了汽車(chē)轉(zhuǎn)向的向心力。汽車(chē)在穩(wěn)定行駛時(shí)，例如，高附著路面下轉(zhuǎn)向側(cè)向加速度較小時(shí)，輪胎側(cè)偏角較小，與輪胎側(cè)向力近似成線性關(guān)系，輪胎特性處于線性區(qū)內(nèi)。在這種情況下汽車(chē)的質(zhì)心側(cè)偏角也是很小的，接近于零，按照預(yù)期軌跡行駛。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生失穩(wěn)的情況時(shí)，例如進(jìn)行緊急轉(zhuǎn)彎時(shí)，離心力變大，輪胎處于非線性區(qū)，側(cè)偏角和輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力不再成線性關(guān)系，側(cè)向力逐漸飽和，路面不能提供足夠的側(cè)向力，不再按照預(yù)期軌跡行駛，失去控制。當(dāng)前軸側(cè)向力飽和時(shí)，汽車(chē)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向特性，前軸發(fā)生側(cè)滑，車(chē)輛出現(xiàn)飄移現(xiàn)象，車(chē)輛

17、實(shí)際的轉(zhuǎn)彎半徑比駕駛員預(yù)期的要大，汽車(chē)偏離預(yù)期軌跡；當(dāng)后軸側(cè)向力飽和時(shí)，汽車(chē)出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向特性，后軸發(fā)生側(cè)滑，產(chǎn)生激轉(zhuǎn)、側(cè)翻、反應(yīng)遲鈍、甩尾等危險(xiǎn)工況。目前的車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，通常選取這兩個(gè)參數(shù)作為控制對(duì)象。一個(gè)作為主要控制變量，一個(gè)作為輔助變量。例如BOSCH的ESP系統(tǒng)以橫擺角速度為主要控制目標(biāo)，TOYOTA的VSC以質(zhì)心側(cè)偏角做為主要控制目標(biāo)。3.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各傳感器估算各輪的滑移率、垂直載荷、摩擦系數(shù)、質(zhì)心側(cè)偏角和縱向速度等，通過(guò)信號(hào)處理計(jì)算出車(chē)輛的名義值，ECU控制器將差值進(jìn)行分析，計(jì)算需要施加的橫擺力矩增量，確定被控車(chē)輪，副回路通過(guò)防抱死(ABS)子系統(tǒng)和防驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)(ASR)子系

18、統(tǒng)以及防倒拖轉(zhuǎn)矩控制(MSR)子系統(tǒng)來(lái)對(duì)指定車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)或者調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，達(dá)到控制制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力來(lái)滿足主回路的控制，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的穩(wěn)定性。圖3.1 BOSCH ESP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3ESP系統(tǒng)的綜合控制原理分析1.避免不足轉(zhuǎn)向或過(guò)度轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性可以采用不足轉(zhuǎn)向、過(guò)度轉(zhuǎn)向和中性轉(zhuǎn)向來(lái)衡量，汽車(chē)在低速行駛時(shí)，無(wú)論受到側(cè)向風(fēng)力作用還是快速打方向盤(pán)，均不會(huì)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向或過(guò)度轉(zhuǎn)向。但是，在高速行駛時(shí)，輕微的方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)或者較小的外部側(cè)向力作用均可導(dǎo)致汽車(chē)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向和過(guò)度轉(zhuǎn)向，即此時(shí)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向軌跡已經(jīng)不符合駕駛員意愿，而且一般駕駛員難以糾正這種危險(xiǎn)傾向。汽車(chē)的重心也會(huì)隨著車(chē)上乘員或者貨物的變化而出

19、現(xiàn)前移而導(dǎo)致不足轉(zhuǎn)向，或者后移而導(dǎo)致過(guò)度轉(zhuǎn)向。圖3.2 ESP 系統(tǒng)對(duì)過(guò)渡轉(zhuǎn)向的干預(yù)原理在汽車(chē)轉(zhuǎn)向的過(guò)程中，ESP 監(jiān)測(cè)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和橫擺角速度，同時(shí)獲得車(chē)速信號(hào)，計(jì)算出汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中產(chǎn)生的浮角，如圖3.2所示的角 ( 汽車(chē)行駛方向偏移汽車(chē)縱軸角) ，如果是此浮角導(dǎo)致汽車(chē)出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向，那么對(duì)汽車(chē)采取外側(cè)車(chē)輪制動(dòng)，使汽車(chē)?yán)@垂直于地面的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減小浮角，使汽車(chē)趨于中性轉(zhuǎn)向。同樣，當(dāng)汽車(chē)出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向時(shí)，則對(duì)汽車(chē)內(nèi)側(cè)車(chē)輪制動(dòng)，使汽車(chē)?yán)@垂直于地面的軸線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣減小浮角，使汽車(chē)趨于中性轉(zhuǎn)向。圖3.3 ESP電子穩(wěn)定程序工作原理示意圖2.防止汽車(chē)超越轉(zhuǎn)彎極限在彎道加速時(shí)的汽車(chē)行駛性能可用轉(zhuǎn)

20、圈行駛試驗(yàn)得到。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比未配備和配備ESP 系統(tǒng)的車(chē)輛得出結(jié)論: ESP 系統(tǒng)可以有效地防止汽車(chē)超越轉(zhuǎn)彎極限。此試驗(yàn)的條件是: 在附著系數(shù)為1 的結(jié)實(shí)的硬道面上，車(chē)速緩慢增加至圓圈半徑為100m 的物理極限車(chē)速并保持，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:( 1) 未配備ESP 系統(tǒng)的汽車(chē)在轉(zhuǎn)圈行駛的行駛試驗(yàn)中，車(chē)速約超過(guò)95 km/h 就達(dá)到它的物理極限車(chē)速，所需的轉(zhuǎn)向變得很困難，同時(shí)浮角也迅速增加，但駕駛員還能將汽車(chē)保持在圓形車(chē)道內(nèi)行駛。到約98km/h的車(chē)速時(shí)，未配備ESP 系統(tǒng)的汽車(chē)行駛變得不穩(wěn)定，汽車(chē)尾部甩出，駕駛員必須反轉(zhuǎn)向并駛出圓形車(chē)道。此述實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證，汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)極限車(chē)速，并且此極限車(chē)速

21、隨附著系數(shù)和轉(zhuǎn)彎半徑的變化而變化。在上述實(shí)驗(yàn)中，汽車(chē)的極限車(chē)速為95 km/h。到98 km/h 時(shí)，汽車(chē)變得不穩(wěn)定，并且在不減速的情況下，通過(guò)駕駛技術(shù)已經(jīng)不能克服。( 2) 配備ESP 系統(tǒng)的汽車(chē)在配備ESP 系統(tǒng)的汽車(chē)車(chē)速到約95 km/h 時(shí)，其行駛性能與未配備ESP 系統(tǒng)的汽車(chē)在車(chē)速95 km/h 時(shí)的行駛性能完全一樣。駕駛員想進(jìn)一步提高車(chē)速已無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠?chē)已處于穩(wěn)定的極限，ESP 系統(tǒng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)干預(yù)限制汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.減小制動(dòng)距離根據(jù)德國(guó)某數(shù)據(jù)庫(kù)的一項(xiàng)研究表明: 由于驚慌等原因，在接近一半的事故中駕駛者未能用足夠的力量進(jìn)行制動(dòng)。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明制動(dòng)輔助系統(tǒng)允許普通駕駛者在以10

22、0 km/h 的行駛速度制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離平均縮短7. 6 m，如果行駛速度為50km/h，制動(dòng)距離將縮短0. 7 m。但如果裝配了ESP 系統(tǒng)，那么同樣能夠達(dá)到制動(dòng)輔助系統(tǒng)的效果。ESP 系統(tǒng)裝配的制動(dòng)踏板位置傳感器能夠計(jì)算制動(dòng)踏板的位置和踩下制動(dòng)踏板的加速度，加速度很大表明需要緊急制動(dòng)，即開(kāi)始踩下制動(dòng)踏板時(shí)制動(dòng)力就必須達(dá)到最大值。一旦傳感器收到制動(dòng)踏板被踩下的加速度很大的時(shí)候，ESP 便進(jìn)入干涉階段使四個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)力迅速達(dá)到最大值，并且依然能夠通過(guò)ABS 保證車(chē)輛不抱死。但是，若沒(méi)有ESP 作用，制動(dòng)力的上升隨著制動(dòng)踏板的行程的增加而增加，在車(chē)輪臨近抱死階段，制動(dòng)力達(dá)到最大值，在這種情況下將喪失寶貴的制動(dòng)時(shí)間。4. 總結(jié)ESP系統(tǒng)通過(guò)綜合整體控制實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)從低速起步到高速轉(zhuǎn)彎、正常行車(chē)及緊急制動(dòng)的安全性，ESP 系統(tǒng)在對(duì)汽車(chē)動(dòng)態(tài)性能控制方面有不可替代的重要作用。其技術(shù)價(jià)值逐漸被消費(fèi)者認(rèn)同，同時(shí)該系統(tǒng)的普及率也快速提升。ESP 技術(shù)的發(fā)展受到以下幾個(gè)方面的制約：( 1) 城市道路越來(lái)越擁擠、平均車(chē)速在逐年降低，ESP 的技術(shù)應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及混合動(dòng)力的應(yīng)用所帶來(lái)的直接效益。( 2) ESP 系統(tǒng)與以電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)尚沒(méi)有進(jìn)行匹配。( 3) 智能控制的無(wú)人駕駛技術(shù)的出現(xiàn)將徹底改變ESP 的技術(shù)現(xiàn)狀。參考文獻(xiàn)1. 周平君，孫大勇，王文廣。汽車(chē)電