ESP系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用研究參考模板

1、第一章 研究汽車ESP控制系統(tǒng)的意義從汽車誕生時起，汽車的安全性就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來隨著汽車行駛速度的提高及道路行車密度的增大，交通事故的發(fā)生率逐年上升。據(jù)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示:60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%-40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。最大限度地減少汽車交通事故是車輛工程和相關(guān)領(lǐng)域解決的重要科技問題。在我國，隨著國民經(jīng)濟的快速增長，人民生活水平的不斷提高及安全意識的增強，汽車工業(yè)和交通運輸事業(yè)的不斷向高層次發(fā)展，對汽車安全性必將提出新的要求。改進(jìn)汽車的安全性不僅可減少汽車交通事故和人員的傷亡及

2、經(jīng)濟損失，并直接影響交通運輸環(huán)境和人民生活的安定。所以全方位、可靠地提高汽車的安全性能就成為擺在汽車設(shè)計、開發(fā)及科研人員面前一項緊迫而艱巨的任務(wù)。汽車的安全性能從總體上來說可分為主動安全性和被動安全性。主動安全性主要是根據(jù)汽車設(shè)計和汽車?yán)碚搶ζ噧?nèi)部構(gòu)造進(jìn)行合理、有效的設(shè)計來主動預(yù)防事故發(fā)生。具有代表性的有汽車防抱死系統(tǒng)和汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)。被動安全性主要是指汽車發(fā)生碰撞和意外時，通過車內(nèi)的保護(hù)系統(tǒng)（如吸震裝置，聯(lián)動鎖緊裝置以及其它附屬裝置）來有效地保護(hù)乘客，使傷害減少到最低程度。具有代表性的有乘客系絆系統(tǒng)，安全氣囊。目前關(guān)于汽車制動的研究主要集中在制動控制方面，包括制動控制的理論和方法，以及采

3、用新的控制技術(shù)2。汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）是根據(jù)不同滑移率下所對應(yīng)的輪胎-地面的附著特性來調(diào)節(jié)制動壓力來防止汽車制動時的車輪抱死。通過充分利用地面附著系數(shù)而獲得較高的地面制動力和側(cè)向力，縮短汽車的制動距離，提高汽車制動的方向穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。該項技術(shù)在提高汽車安全、減少事故損失和提高汽車運行經(jīng)濟性方面發(fā)揮了重要作用，是汽車行業(yè)最重要的主動安全技術(shù)之一。汽車驅(qū)動防滑控制（Anti Slip Regulation）系統(tǒng)簡稱ASR,又稱為牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System）,簡稱TCS或TRC。是續(xù)汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）之后應(yīng)用于車輪防滑的電子控制系統(tǒng)。其功

4、用是防止汽車尤其是大馬力的車子在起步、加速時驅(qū)動輪打滑的現(xiàn)象，以維持汽車行駛方向和穩(wěn)定性，保持良好的操控性及盡可能利用車輪-路面間縱向附著能力，提供最適當(dāng)?shù)尿?qū)動力，達(dá)到良好的行車安全。汽車電子穩(wěn)定程序(Electronic Stability Program)控制系統(tǒng)，簡稱ESP。九十年代中期出現(xiàn)的ESP系統(tǒng)，是繼汽車防抱死制動系統(tǒng)和汽車驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)之后，汽車主動安全性的又一重大飛躍。ESP系統(tǒng)由傳感器、ECU（電子控制單元）和執(zhí)行器三大部分組成，在電腦實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下，對發(fā)動機及制動系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控。其工作原理為:在汽車行駛過程中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度，

5、車速傳感器監(jiān)測車速、節(jié)氣門開度，制動主缸壓力傳感器監(jiān)測制動力，而側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器則監(jiān)測汽車的橫擺和側(cè)傾速度。ECU根據(jù)這些信息，通過計算后判斷汽車要正常安全行駛和駕駛者操縱汽車意圖的差距，然后由ECU發(fā)出指令，調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動力，如果實際行駛軌跡與期望的行駛軌跡發(fā)生偏差，則ESP系統(tǒng)自動控制對某一車輪施加制動，從而修正汽車的過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向，以避免汽車打滑、轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足和抱死，從而保證汽車的行駛安全。ESP系統(tǒng)的出現(xiàn)，極大地改善了汽車在行駛過程中的安全性和操縱性，特別是在路況很差，路面被雨水和冰雪覆蓋時，ESP控制系統(tǒng)在車輛行駛過程中，始終監(jiān)測車的運動狀

6、態(tài)，尤其是與轉(zhuǎn)向相關(guān)的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定的預(yù)兆，ESP控制系統(tǒng)便實時予以修正，從而使汽車的行駛安全性大大提高，駕車人員感覺更靈活，更快捷，更安全。ESP系統(tǒng)使汽車在極限狀況下更容易操縱,它可以降低汽車突然轉(zhuǎn)向時的危險，提高方向穩(wěn)定性。ESP系統(tǒng)可以辯識汽車的趨向，并且做出反應(yīng)，它可在單個車輪上施加制動力，從而產(chǎn)生附加橫擺調(diào)節(jié)力矩，幫助汽車回到正確的方向上來。ESP綜合ABS、BAS和ASR三個系統(tǒng)功能，目前主要應(yīng)用在高端車型，比如奔馳、寶馬、奧迪。2 / 47近年來汽車工業(yè)已成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車在日常工作和生活中起著越來越重要的作用。汽車生產(chǎn)廠商為提高產(chǎn)品的競爭力及市場占有率，都把汽

7、車安全技術(shù)和價格作為非常重要的競爭手段。在五年前，國內(nèi)極少有汽車生產(chǎn)廠家把ABS系統(tǒng)和安全氣襄作為標(biāo)準(zhǔn)配置，然而隨著WTO的加入及中國汽車市場競爭的白熱化，轎車生產(chǎn)商及客車生產(chǎn)商紛紛把ABS及安全氣襄作為標(biāo)準(zhǔn)配置，以跟上汽車技術(shù)發(fā)展潮流和提高產(chǎn)品競爭力，這也是國內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律?？梢灶A(yù)見，ESP汽車安全產(chǎn)品不久將成為多款中、高轎車和其它車型的標(biāo)準(zhǔn)配制，掌握ESP技術(shù)，就掌握了競爭未來汽車安全技術(shù)的主動權(quán)。所以，攻克ESP設(shè)計的理論與關(guān)鍵技術(shù)，對提高國產(chǎn)汽車的自主開發(fā)能力、縮短與發(fā)達(dá)國家的差距具有重要的現(xiàn)實意義。它將為我國汽車工業(yè)的繁榮發(fā)展以及促進(jìn)其它相關(guān)工業(yè)的繁榮發(fā)展起到重要作用，并能

8、帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。1.1從ABS和TCS到ESP汽車的制動性能是汽車的主要性能之一，重大交通事故往往與制動距離過長、緊急制動時發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)，所以汽車的制動性能是汽車安全行駛的重要保障。 ABS是防抱死制動系統(tǒng)的英文縮寫,英文的全稱是Antilock-Braking-System。該系統(tǒng)在制動過程中可自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果。 一輛汽車制動性能的好壞，主要從以下三方面進(jìn)行評價：1、制動效能，即制動距離與制動減速度；2、制動效能的恒定性，即抗熱或水衰退性能；3、制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。 通常，汽車在制動

9、過程中存在著兩種阻力：一種阻力是制動器摩擦片與制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力，這種阻力稱為制動系統(tǒng)的阻力，由于它提供制動時的制動力，因此也稱為制動系制動力；另一種阻力是輪胎與道路表面之間產(chǎn)生的摩擦阻力，也稱為輪胎道路附著力。如果制動系制動力小于輪胎道路附著力，則汽車制動時會保持穩(wěn)定狀態(tài)，反之，如果制動系制動力大于輪胎道路附著力，則汽車制動時會出現(xiàn)車輪抱死和滑移。 如果前輪抱死，汽車基本上沿直線向前行駛，汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)，但汽車失去轉(zhuǎn)向控制能力，這樣駕駛員制動過程中躲避障礙物、行人以及在彎道上所應(yīng)采取的必要的轉(zhuǎn)向操縱控制等就無法實現(xiàn)。如果后輪抱死，汽車的制動穩(wěn)定性變差，在很小的側(cè)向干擾力下，汽

10、車就會發(fā)生甩尾，甚至調(diào)頭等危險現(xiàn)象。尤其是在某些惡劣路況下，諸如路面濕滑或有冰雪，車輪抱死將難以保證汽車的行車安全。另外，由于制動時車輪抱死，從而導(dǎo)致局部急劇摩擦，將會大大降低輪胎的使用壽命。 ABS通過控制作用于車輪制動分泵上的制動管路壓力，使汽車在緊急剎車時車輪不會抱死，這樣就能使汽車在緊急制動時仍能保持較好的方向穩(wěn)定性。在沒有裝備ABS的汽車上，如果在雪地上剎車，汽車很容易失去方向穩(wěn)定性；同時駕駛員如果想停車，必須使用液壓調(diào)節(jié)器（又稱執(zhí)行器）。反之，如果汽車上裝備有ABS，則ABS能自動向液壓調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令，因而能更迅速、準(zhǔn)確而有效地控制制動。 現(xiàn)代汽車新技術(shù)ESP(Electron

11、ic Stability Program，電子穩(wěn)定程序)是汽車電控的一個標(biāo)志性發(fā)明。不同的研發(fā)機構(gòu)對這一系統(tǒng)的命名不盡相同，現(xiàn)在博世、梅賽德奔馳公司稱為ESP；豐田公司稱為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VSC)、汽車穩(wěn)定性輔助系統(tǒng)(VSA)或者汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)；寶馬公司稱為動力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)。盡管名稱不盡相同，但都是在傳統(tǒng)的汽車動力學(xué)控制系統(tǒng)，如ABS和TCS的基礎(chǔ)上增加一個橫向穩(wěn)定控制器，通過控制橫向和縱向力的分布和幅度，以便控制任何路況下汽車的動力學(xué)運動模式，從而能夠在各種工況下提高汽車的動力性能，如制動、滑移、驅(qū)動等。ESP在國外已經(jīng)批量生產(chǎn)，在國內(nèi)尚處于研究階段，要達(dá)到產(chǎn)

12、業(yè)化的程度，還有大量的工作要做。其電子部件主要包括電子控制單元(ECU)、方向盤傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器等。ESP作為保證行車安全的一個重要電控系統(tǒng)，其各個傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)。本文介紹了ESP常用傳感器的特點，設(shè)計了傳感器硬件接口和軟件接口，并在實車測試中得到驗證。汽車安全性能的提升是汽車業(yè)界不斷的追求，秉承這一理念，ABS在經(jīng)過普及階段以后，目前已進(jìn)入了產(chǎn)品升級階段。業(yè)界的一致共識是ABS（防抱死制動系統(tǒng)）將向ESP（電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)）演化。市場上ESP已在拓展自己的領(lǐng)地。在歐洲，2005年大約40%的新注冊車輛配備了ESP

13、，在高檔車上，ESP已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)配置，中檔車上的裝配率也迅速提高，在緊湊型車上裝配率稍低。北美和倭國的ESP裝配率上升也很快。在中國，目前ESP的裝配率還比較低，但是可喜的變化正在顯現(xiàn)，以往通常只在高檔車上才裝配ESP，而今年上市的新車東風(fēng)雪鐵龍的凱旋一汽大眾的速騰和上海通用的君越都配有ESP。ESP系統(tǒng)由電子控制單元（ECU），方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，輪速傳感器，橫擺角速度傳感器，橫向角速度傳感器及液壓系統(tǒng)組成，ESP除了具有ABS和TCS的功能之外，更是一種智能的主動安全系統(tǒng)。ESP的ECU通過高度靈敏的傳感器時刻監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)，并通過計算分析判定車輛行駛方向是否偏離駕駛員的操作意圖。ES

14、P能立刻識別出危險情況，并提前裁決出可行的干預(yù)措施使車輛恢復(fù)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)，ESP的干預(yù)措施包括對車輪獨立的施加制動力；在特殊工況對變速箱的干預(yù)措施；通過發(fā)動機管理系統(tǒng)減小發(fā)動機扭矩。1.2 ABS與ESP比較ABS（自動防抱死剎車系統(tǒng)）可說是行車安全歷史上最重要的三大發(fā)明（另外兩個是安全氣囊與安全帶），ABS也是其它安全裝置（如ESP行車動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)與EBD剎車力分配系統(tǒng)）的基礎(chǔ)。今年是ABS系統(tǒng)誕生25周年紀(jì)念。過去的二十五年中，ABS系統(tǒng)拯救了近15000名北美地區(qū)駕駛者的寶貴生命，讓我們趁這個機會回顧一下ABS系統(tǒng)的發(fā)展及它帶給汽車產(chǎn)業(yè)的影響。2004年是歷史上第一部量產(chǎn)的民用型ABS

15、（Antilock Braking System，自動防抱死剎車系統(tǒng)）誕生的第25周年紀(jì)念。在過去的四分之一世紀(jì)中，ABS系統(tǒng)不但持續(xù)進(jìn)步、精益求精，也幫助許多車主從鬼門關(guān)前逃過一劫。在介紹ABS系統(tǒng)過去25年的巨大貢獻(xiàn)之外，我們還要回顧ABS的發(fā)展史?！白詣臃辣绖x車”的原理并不難懂，在遭遇緊急情況時，未安裝ABS系統(tǒng)的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發(fā)生側(cè)滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況！而裝有ABS系統(tǒng)的車輛在車輪即將達(dá)到抱死臨界點時，剎車在一秒內(nèi)可作用60至120次，相當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向

16、失控與車輪側(cè)滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達(dá)到90以上。從微觀上分析，在輪胎從滾動變?yōu)榛瑒拥呐R界點時輪胎與地面的摩擦力達(dá)到最大。在汽車起步時可充分發(fā)揮引擎動力輸出（縮短加速時間），如果在剎車時則減速效果最大（剎車距離最短）。ABS系統(tǒng)內(nèi)控制器利用液壓裝置控制剎車壓力在輪胎發(fā)生滑動的臨界點反復(fù)擺動，使在剎車盤不斷重復(fù)接觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值，達(dá)到最佳剎車效果。ABS的運作原理看來簡單，但從無到有的過程卻經(jīng)歷過不少挫折（中間缺乏關(guān)鍵技術(shù)）！1908年英國工程師J. E. Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的30年中，包括K

17、arl Vessel的“剎車力控制器”、Werner Mel的“液壓剎車安全裝置”與Richard Trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的汽車科技手冊中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。當(dāng)時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到ABS系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是

18、半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。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）Bosch公司再度開始ABS的研發(fā)計劃，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)。因為投入的資金過于龐大，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

19、作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機ABS 1， 該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過1000個，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。1973年Bosch公司購得50的Tildes GmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年AEG、Tildes與Bosch達(dá)成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行?！癆BS 2”在3年的努力后誕生！有別于ABS 1采用模擬式電子組件， ABS 2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個銳減到140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年

20、底決定將ABS 2這項高科技系統(tǒng)裝置在S級及7系列車款上。在誕生的前3年中，ABS系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從1978到1980年底，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長到76000套。受到市場上的正面響應(yīng)，Bosch開始TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。1983年推出的ABS 2S系統(tǒng)重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個。到了1985年代中期，全球新出廠車輛安裝ABS系統(tǒng)的比例首次超過1，通用車廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。1986年是另一個值得紀(jì)念的年份，除了Bosch公司慶祝售出第100萬套ABS系統(tǒng)外，更重要的

21、是Bosch推出史上第一具供民用車使用的TCS/ ASR循跡控制系統(tǒng)。TCS/ ASR的作用是防止汽車起步與加速過程中發(fā)生驅(qū)動輪打滑，特別是防止車輛過彎時的驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，并將打滑控制在10到20范圍內(nèi)。由于ASR是通過調(diào)整驅(qū)動輪的扭矩來控制，因而又叫驅(qū)動力控制系統(tǒng)，在日本又稱之為TRC或TRAC。ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構(gòu)成具有防車輪抱死和驅(qū)動輪防打滑控制(ABS /ASR)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、ABS/ ASR ECU控制器、ABS驅(qū)動器、ASR驅(qū)動器、副節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進(jìn)過程中，引擎EC

22、U根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，當(dāng)判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時，就進(jìn)入防空轉(zhuǎn)程序。首先由引擎ECU降低副節(jié)氣門以減少進(jìn)油量，使引擎動力輸出扭矩減小。當(dāng)ECU判定需要對驅(qū)動輪進(jìn)行介入時，會將信號傳送到ASR驅(qū)動器對驅(qū)動輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動輪打滑或使驅(qū)動輪的打滑保持在安全范圍內(nèi)。第一款搭載ASR系統(tǒng)的新車型在1987年出現(xiàn)，奔馳S 級再度成為歷史的創(chuàng)造者。隨著ABS系統(tǒng)的單價逐漸降低，搭載ABS系統(tǒng)的新車數(shù)目于1988年突破了爆炸性成長的臨界點，開始飛快成長，當(dāng)年Bosch的ABS系統(tǒng)年度銷售量首次突破300萬套。技術(shù)上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統(tǒng)首次將原先

23、分離于引擎室（液壓驅(qū)動組件）與中控臺（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計更改為“兩組件整合為一”設(shè)計！ABS 2E系統(tǒng)也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個8 k字節(jié)運算速度的微處理器（CPU）負(fù)責(zé)所有控制工作的ABS系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時捷車廠正式宣布全車系都已安裝了ABS，3年后（1992年）奔馳車廠也決定緊跟保時捷的腳步。1990年代前半期ABS系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版：ABS 5.0系統(tǒng)，除了體積更小、重量更輕外，ABS 5.0裝置了運算速度加倍（16 k字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套A

24、BS系統(tǒng)。ABS與ASR/ TCS系統(tǒng)已受到全世界車主的認(rèn)同，但Bosch的工程團(tuán)隊卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：ESP（Electronic Stability Program，行車動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)）前進(jìn)！有別于ABS與TCS僅能增加剎車與加速時的穩(wěn)定性，ESP在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態(tài)平衡與行車路線上。ESP系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監(jiān)測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去抓地力）

25、，在此同時、控制單元通過這些傳感器的數(shù)據(jù)對車輛運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個或多個車輪剎車壓力的建立或釋放，同時對引擎扭矩作最精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進(jìn)行反應(yīng)。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統(tǒng)的ESP讓車主只要專注于行車，讓計算機輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。延續(xù)過去ABS與ASR誕生時的慣例，奔馳S 級還是首先使用ESP系統(tǒng)的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。在此同時，Bosch于1998及2001年推出的ABS 5.7、ABS 8.0系統(tǒng)仍精益求精，整套系統(tǒng)總重由2.5公斤降至1.6公斤，處理器的運算速度從48 k字節(jié)升級到12

26、8 k字節(jié)，奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。Bosch車廠于2003年慶祝售出超過一億套ABS系統(tǒng)及1000萬套ESP系統(tǒng)，根據(jù)ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會）的調(diào)查，今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生產(chǎn)的新車都搭載了ABS系統(tǒng)，全世界也有超過60的新車擁有此項裝置?！癆BS系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時縮短剎車所需距離”Robert Bosch GmbH（Bosch公司的全名）董事會成員Wolfgang Dress說。不像安全氣囊與安全帶（可以透過死亡數(shù)目除以車禍數(shù)目的比例來分析），屬于“防患于未然”的ABS系統(tǒng)較難以真實數(shù)據(jù)佐證它將多少人從鬼門關(guān)前搶回？但

27、據(jù)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統(tǒng)大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機率。NHTSA（北美高速公路安全局）曾估計ABS系統(tǒng)拯救了14563名北美駕駛?cè)说男悦腁BS到ESP，汽車工程師在提升行車穩(wěn)定性的努力似乎到了極限（民用型ESP系統(tǒng)誕生至今已近10年），不過就算計算機再先進(jìn)仍須要駕駛?cè)说倪m當(dāng)操作才能發(fā)揮最大功效。在文章的結(jié)尾，我們告訴你如何善用ABS系統(tǒng)。多數(shù)車主都沒有遭遇過緊急狀況（也希望永遠(yuǎn)不要）

28、，卻不能不知道面臨關(guān)鍵時刻要如何應(yīng)對？在緊急情況下踩下剎車時，ABS系統(tǒng)制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動與顯著噪音（ABS系統(tǒng)運作中的正?，F(xiàn)象），這時你應(yīng)毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有EBD剎車力輔助裝置，否則大多數(shù)駕駛者的剎車力量都不足），另外ABS能防止緊急剎車時的車輪抱死現(xiàn)象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應(yīng)邊剎車邊打方向進(jìn)行緊急避險，以向左側(cè)避讓路中障礙物為例，應(yīng)大力踏下剎車踏板、迅速向左轉(zhuǎn)動方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是ABS系統(tǒng)依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發(fā)生抱死情況？平時要經(jīng)常保持在各個車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、

29、油污特別是磁鐵性物質(zhì)粘附在其表面，這些都可能導(dǎo)致傳感器失效或輸入錯誤信號而影響ABS系統(tǒng)正常運作。行車前應(yīng)經(jīng)常注意儀表板上的ABS故障指示燈，如發(fā)現(xiàn)閃爍或長亮，ABS系統(tǒng)可能已經(jīng)故障（尤其是早期系統(tǒng)），應(yīng)該盡快到維修廠排除故障。最后要提醒讀者的是，ABS/ ASR/ ESP系統(tǒng)雖然是高科技的結(jié)晶，但并不是萬能的，也別因為有了這些行車主動安全系統(tǒng)就開快車。ABS過去的確救了許多駕駛者的生命，但卻不能保證讓每位駕駛者化險為夷，不是嗎？還有一些關(guān)于ABS的資料，分享如下：目前，最新的ABS已發(fā)展到第5代（有資料說是第8代，不知真假），現(xiàn)今的ABS還有衍生出其他電子控制系統(tǒng)，比如：1、電子牽引系統(tǒng)(E

30、TC)。2、電子穩(wěn)定程序(ESP)3、輔助制動器（BA）（注：各個廠家對于以上系統(tǒng)的稱謂有所區(qū)別，但是原理一樣，而且多數(shù)的ESP系統(tǒng)都是來自博世）制動防抱死系統(tǒng)的基本組成： ABS通常都由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)裝置、電子控制裝置和ABS警示燈組成，在不同的ABS系統(tǒng)中，制動壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能不盡相同。各種ABS在以下幾個方面都是相同的：（1）ABS只是汽車的速度超過一定以后（如5km/h或8km/h），才會對制動過程中趨于抱死的車輪進(jìn)行防抱死制動壓力調(diào)節(jié)。（2）在制動過程中，只有當(dāng)被控制車輪趨于抱死時，ABS才會對趨于抱死車輪

31、的制動壓力進(jìn)行防抱死調(diào)節(jié)；在被控制車輪還沒有趨于抱死時，制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。（3）ABS都具有自診斷功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)存在影響系統(tǒng)正常工作的故障時將自動地關(guān)閉ABS，并將ABS警示燈點亮，向駕駛發(fā)出警示信號，汽車的制動系統(tǒng)仍然可以像常規(guī)制動系統(tǒng)一樣進(jìn)行制動。ABS使用特點：1、在低附著系數(shù)的路面上制動時，應(yīng)一腳踏死制動踏板2、能在最短的制動距離內(nèi)停車3、制動時汽車具有較高的方向穩(wěn)定性我們這次是乘坐裝有ESP系統(tǒng)的奧迪A41.8T轎車來直接感受ESP系統(tǒng)的功效的。首先，在測試的場地上擺好“雪糕桶”，并澆上水來營造濕滑路面的情況。第一次，我們先關(guān)閉了

32、ESP系統(tǒng)，然后，先在直線段將車速加速到90km/h，車輛進(jìn)入了濕滑路段，按預(yù)先設(shè)定的路線，出現(xiàn)了一處左右組合急彎位，當(dāng)駕駛員向右急打方向盤時，車頭急速右轉(zhuǎn)，此時因地面濕滑，輪胎明顯失去了足夠的抓地力，車身發(fā)生了左傾，整輛車發(fā)生了嚴(yán)重的側(cè)滑，將標(biāo)示路線的“雪糕桶”撞飛，然后沖出預(yù)設(shè)路線，車輛右轉(zhuǎn)了90度才停了下來。幸好這是一次“有預(yù)謀的意外”，整個試車場地是塊大平地才沒有真正發(fā)生“事故”。隨后，我們將A4轎車的ESP系統(tǒng)打開，重走原來的路線，來考察ESP系統(tǒng)的功效。同樣地，先將A4加速到90km/h駛?cè)霛窕穆访?，但在上次車輛發(fā)生側(cè)滑的彎位，駕駛員先左后右地轉(zhuǎn)動方向盤時，ESP系統(tǒng)自動介入，通

33、過對每個車輪施以大小不同的制動力，完全避免了車輛側(cè)滑的發(fā)生，轎車如同在干燥良好的路面上行駛，車隨人愿地準(zhǔn)確過彎，不知不覺中，一場“意外”無聲無息地被化解了。隨著現(xiàn)代轎車技術(shù)的發(fā)展，車輛的主動安全性也大有提高。自博世公司在1978年開發(fā)出世界上首套ABS系統(tǒng)開始，目前新生產(chǎn)的車輛多數(shù)已經(jīng)配備了ABS系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，2004年歐盟生產(chǎn)的新車ABS裝備率已達(dá)85，而歐洲汽車生產(chǎn)協(xié)會更保證2004年7月起生產(chǎn)的新車100裝備ABS系統(tǒng)。今年中國生產(chǎn)的新車ABS系統(tǒng)裝備率也達(dá)到了66，可以預(yù)計在不久的將來，中國生產(chǎn)的新車ABS裝備率也將提高到100。雖然ABS系統(tǒng)能有效防止車輪抱死，避免了車輛在緊急制動時

34、因車輪抱死而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象，有效地提高了車輛制動安全性能，但ABS系統(tǒng)并不能解決車輛在濕滑路面起步或加速時出現(xiàn)的車輪打滑問題，更不能避免車輛發(fā)生側(cè)滑，因此，在ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，近一步發(fā)展出了牽引力控制系統(tǒng)（TCS），及包括了ABS和TCS功能，并有效避免車輛側(cè)滑的電子穩(wěn)定程序（ESP）。牽引力控制系統(tǒng)（TCS）能防止車輪打滑，在車輛啟動與加速時，保證良好的牽引性能，同時照顧車輛的穩(wěn)定性和操控性。輪速傳感器不斷監(jiān)視著每個車輪。如果某個車輪表現(xiàn)出打滑的趨勢，TCS會調(diào)整驅(qū)動扭矩并且迅速干預(yù)制動系統(tǒng)和發(fā)動機的運行。車輛因此能夠安全地啟動或加速。電子穩(wěn)定程序（ESP）是一項主動安全系統(tǒng)，它包含了AB

35、S和TCS，因此它能防止車輪在制動時抱死（ABS），在啟動時打滑（TCS）。ESP系統(tǒng)按照每秒25次的頻率檢測駕駛員的行駛意圖和車輛的實際行駛情況。如果發(fā)現(xiàn)有緊急情況，它迅速反應(yīng)，通過液壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)每個車輪的制動壓力，如有可能，還會干預(yù)發(fā)動機和傳動系統(tǒng)。ESP能降低車輛側(cè)滑的危險，從而降低事故的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，有25導(dǎo)致嚴(yán)重人員傷亡的交通事故是由側(cè)滑引起的，而更有60的致命交通事故是因側(cè)面撞擊而引起的，其主要原因就是車輛發(fā)生了側(cè)滑，因此，能有效降低車輛側(cè)滑危險的ESP系統(tǒng)能顯著降低交通事故的數(shù)量從而拯救生命。2004年，中國新車的ESP系統(tǒng)裝備率還只有3，而同期，歐盟地區(qū)的新車ESP裝備率已達(dá)

36、35，隨著人們對車輛安全性的要求日益提高，相信ESP將如同今日的ABS系統(tǒng)一樣，成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 ESP與ABS的比較分析 如下圖所示是裝有ABS與裝有ESP的制動過程比較，在制動初速度均為50Km/h，路面摩擦系數(shù)0.15的情況下，由圖可見，裝有ESP的車輛其制動距離、制動時間、車輛側(cè)滑等制動性能明顯優(yōu)于只裝有ABS的車輛。 圖1.1-1ESP與ABS的比較分析第二章ESP的主要結(jié)構(gòu)特點2.1 ESP概述在車輛主動安全系統(tǒng)中，保證車身處于穩(wěn)定可操控狀態(tài)是十分重要的一點。直接影響車輛的操控性能的必然是懸架，然而無論多么出色的懸架系統(tǒng)也有自己的極限狀態(tài)，如果車身的側(cè)向加速度超過了懸架系統(tǒng)所能

37、承受的極限，那么車輛就會出現(xiàn)失控的趨勢，而這時就需要依靠車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免這種趨勢的擴大，使駕駛者重新獲得對車輛的控制能力。圖2.1-1一談到車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)，大家第一反應(yīng)就是ESP?電子穩(wěn)定程序。ESP電子穩(wěn)定程序全稱為Electronic Stability Program電子穩(wěn)定程序，其包括下述部件：能夠消除側(cè)滑的“控制器”，防抱死制動系統(tǒng)（ABS）和牽引力控制系統(tǒng)（TCS）。汽車行駛過程中，ESP電子穩(wěn)定程序從車身各處的傳感器獲得信息后分析得出駕駛者的駕駛意圖，評估車輛側(cè)滑的危險。在有可能發(fā)生危險的時候，選擇性地對各個車輪實施單獨制動，并能自動降低發(fā)動機的輸出，將車輛“

38、撥轉(zhuǎn)”到駕駛者期望的方向，從而提高了車輛在各種情況下的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，有效減少交通事故的發(fā)生。ESP 電子穩(wěn)定程序的工作原理是：因轉(zhuǎn)向不足或過度而產(chǎn)生側(cè)滑危險時，ESP 電子穩(wěn)定程序就會分別對單個車輪施加不同的制動力，就如車輛擁有四個制動踏板。ESP電子穩(wěn)定程序不僅僅只是制動車輪，必要時還能夠主動干預(yù)發(fā)動機。駕駛者只要做出正確的轉(zhuǎn)向操作即可。早在1983年，博世的工程師就通過優(yōu)化的ABS控制來增進(jìn)車輛在全力制動時的穩(wěn)定性。接下來的幾年中，博世不斷改進(jìn)這一系統(tǒng)，并在1987年注冊了相關(guān)專利。1991年，博世同戴姆勒克萊斯勒開始合作，雙方在1992年建立了聯(lián)合項目基地。僅僅2年6個月之后，產(chǎn)品已經(jīng)頗為

39、成熟，于是在1995年3月，電子穩(wěn)定程序開始批量生產(chǎn)，并首次裝備于奔馳S級轎車。ESP電子穩(wěn)定程序的成功之處在于它的令人信服的功能和顯著有利安全的特性。在接下來的數(shù)年中，博世不斷優(yōu)化其設(shè)計。1998年，是第5.7代ESP電子穩(wěn)定程序，到2002年，已經(jīng)發(fā)展到第8代，重量從5.6 kg降低到2.3kg，減小了近60。ESP電子穩(wěn)定程序-主動安全系統(tǒng)集大成者圖2.1-2ABS防抱死制動系統(tǒng)于1978年進(jìn)入市場，它成為所有主動安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前，在歐盟25國，所有新車都已標(biāo)配ABS。裝配了ABS的車輛，即使在緊急制動情況下，駕駛員都能夠從容轉(zhuǎn)向躲避障礙物，避免事故的發(fā)生。1986年，牽引力控制系統(tǒng)

40、（TCS）問世，它可以避免車輪在加速時打滑。目前，最有效的系統(tǒng)是于1995年進(jìn)入市場的ESP電子穩(wěn)定程序，它不但集成ABS和TCS功能，還具有防側(cè)滑功能，從而更有效地避免交通事故發(fā)生?，F(xiàn)代的ABS 工作原理與幾十年前開始量產(chǎn)時相同：每一個車輪配有傳感器，它能夠監(jiān)測車輪的速度。如果車輪因為車輛制動過度或因濕滑的表面出現(xiàn)抱死傾向，ABS會在瞬間對其進(jìn)行干預(yù)，并減輕車輪的制動力。當(dāng)該車輪再次自由滾動時，制動力會再次增加，這意味著車輛不會滑移。ABS使駕駛者在緊急制動情況下從容轉(zhuǎn)向，以躲避突然出現(xiàn)的障礙物。另外，在多數(shù)情況下，剎車距離也得以縮短。TCS牽引力控制系統(tǒng)則是基于ABS的進(jìn)一步發(fā)展，它在19

41、86年首次批量生產(chǎn)。如果駕駛者在濕滑的表面上加速過度，會導(dǎo)致車輪打滑。TCS能夠及時發(fā)現(xiàn)并有效地防止這一狀況的發(fā)生，減小加速度，在必要的情況下，對打滑的車輪進(jìn)行制動，從而使驅(qū)動力轉(zhuǎn)移到另一個抓地力更好的驅(qū)動輪上。TCS同樣在車輛行駛過程中發(fā)揮作用，如果駕駛者在轉(zhuǎn)彎過程中加速過快，彎道內(nèi)側(cè)的車輪有打滑的危險，TCS會減少驅(qū)動力并保持駕駛穩(wěn)定性。而作為集主動安全控制系統(tǒng)于大成者的ESP被認(rèn)為是最有效的安全系被認(rèn)為是最有效的安全系統(tǒng)，它于1995年進(jìn)入市場，傳感器會紀(jì)錄車輛的變量，比如車輪速度、轉(zhuǎn)向角度、側(cè)向加速度及橫向移動?；谶@些數(shù)據(jù)ESP電子穩(wěn)定程序能夠計算車輛是否遵照駕駛員提出的轉(zhuǎn)向要求行駛

42、。如果車輛一旦產(chǎn)生制動失控危險，系統(tǒng)會在瞬間減小發(fā)動機功率。如果還不夠，必要時ESP電子穩(wěn)定程序?qū)蝹€輪胎進(jìn)行制動，ESP電子穩(wěn)定程序的橫向移動能夠有效避免車輛側(cè)滑，并在物理極限內(nèi)，保證車輛行駛安全。在裝配ESP電子穩(wěn)定程序的車上，TCS功能可以通過在儀表板上ESP電子穩(wěn)定程序的按鈕關(guān)閉，根據(jù)車型在某些車上， ESP電子穩(wěn)定程序的防側(cè)滑功能甚至都可以關(guān)閉，或者至少在低速狀態(tài)下關(guān)閉。理論上，這意味著安全駕駛的重要損失，而事實上，只有在極少的情況下，比如陷于沙地、砂礫、雪地時才有關(guān)閉ESP電子穩(wěn)定程序的必要。這是因為集成在ESP電子穩(wěn)定程序的牽引力控制系統(tǒng)（TCS）具有防止車輪打滑的功能，而事

43、實上在這些情況下是需要車輪進(jìn)行打滑。一旦車輛重新行駛在正常路面上，ESP電子穩(wěn)定程序?qū)⒈患せ?。同樣需要指出的是，不同的汽車生產(chǎn)廠商給予了這個系統(tǒng)不同的命名，比如DSC、PSM、DSTC或者VDC。ESP電子穩(wěn)定程序降低交通事故率的有效手段研究表明如果所有車輛標(biāo)配ESP電子穩(wěn)定程序，致命交通事故會減少至少三分之一，這使ESP電子穩(wěn)定程序成為僅次于安全帶的第二個最重要的安全系統(tǒng)比安全氣囊更重要。來自德國聯(lián)合保險協(xié)會(GDV)的研究表明：25造成嚴(yán)重傷害的交通事故和60導(dǎo)致死亡的交通事故都是由車輛側(cè)滑所致。而電子穩(wěn)定程序ESP電子穩(wěn)定程序可以防止很多這種由于側(cè)滑所導(dǎo)致的交通事故。因此，汽車協(xié)會、專業(yè)

44、出版物、測試機構(gòu)以及類似ADAC、DEKRA和GDV的權(quán)威組織都要求將ESP電子穩(wěn)定程序裝配到所有的車輛上，這個要求得到大多數(shù)司機的贊同。比如，由博世和ADAC聯(lián)合的調(diào)查證實，74%的駕駛員投票贊成出臺法規(guī)，強制性要求汽車生產(chǎn)廠商將ESP電子穩(wěn)定程序作為標(biāo)準(zhǔn)的配置。圖2.1-3目前，在德國，很多中級及以上的車型上都已安裝ESP電子穩(wěn)定程序。在小型車方面，這一系統(tǒng)通常僅作為可選配置，然而，這些小型車卻經(jīng)常被初學(xué)者駕駛，或者作為第二輛用于接送兒童的家庭用車。這就是為什么最好的技術(shù)也同樣需要安裝在這些車輛上。2007年美國高速公路安全局（NHTSA）已正式頒布強制安裝ESP電子穩(wěn)定程序。ESP電子穩(wěn)

45、定程序不斷完善發(fā)展的安全堡壘圖2.1-4除了ABS和TCS外，越來越多的功能已經(jīng)被集成在ESP電子穩(wěn)定程序。比如“駐坡控制” ，它能夠避免車輛在上坡時溜車?！爸苿虞o助”，在緊急制動狀況下制動力不足時，它能夠向駕駛者提供額外輔助，在此類情況下，系統(tǒng)能夠在瞬間產(chǎn)生足夠的制動壓力，從而大大縮短制動距離。ESP電子穩(wěn)定程序新的升級版包含了拖車擺動控制，它能夠?qū)嵤┍O(jiān)控貨車及拖車的擺動狀況，在這種情況下，系統(tǒng)會對單個或所有的輪胎進(jìn)行制動，進(jìn)而避免車輛出現(xiàn)危險的擺動。最后，裝配在輕卡上的ESP電子穩(wěn)定程序已經(jīng)具有了額外功能，它能夠幫助系統(tǒng)計算車輛實際重量以及估算車輛的重心位置，使ESP電子穩(wěn)定程序能夠有效干

46、預(yù)。這意味著貨車也能夠更安全，翻車的幾率明顯降低。電子穩(wěn)定程序ESP是一種能夠在早期就識別出汽車的非穩(wěn)定行駛狀態(tài)，并進(jìn)行自動修正的主動安全系統(tǒng)。通過主動建立有助于方向穩(wěn)定性的制動壓力，ESP幫助駕駛員度過緊急情況，保證汽車安全、可控。由于ESP被認(rèn)為對于提高安全性作用顯著，它甚至也開始用于緊湊型轎車上。ESP已經(jīng)成為很多汽車品牌的標(biāo)準(zhǔn)配置。ESP持續(xù)不斷地對來自眾多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將駕駛員意圖和車輛實際行駛狀態(tài)進(jìn)行比較，如果發(fā)生不穩(wěn)定狀況如突然的躲避動作ESP會在幾分之一秒內(nèi)作出反應(yīng)，干預(yù)發(fā)動機控制器和制動系統(tǒng)，使車輛保持穩(wěn)定。這是當(dāng)轉(zhuǎn)向不足時，ESP系統(tǒng)是如何調(diào)整行駛狀態(tài)的：當(dāng)車輛發(fā)生

47、不足轉(zhuǎn)向，前輪向外滑移時，制動系統(tǒng)在行駛方向內(nèi)側(cè)后輪上施加制動力，以產(chǎn)生一個補償橫擺力矩，使車輛回到期望的行駛路線上。這是當(dāng)過度轉(zhuǎn)向時，ESP系統(tǒng)是如何調(diào)整行駛狀態(tài)的：當(dāng)車輛過度轉(zhuǎn)向，將要發(fā)生甩尾時，制動系統(tǒng)會在行駛方向外側(cè)的前輪上施加制動力。從而產(chǎn)生一個逆時針的補償力矩使車輛回到期望的行駛路線上。 圖2.1-52.2ESP的主要傳感器轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器ESP(Electronic Stability Program，電子穩(wěn)定程序)是汽車電控的一個標(biāo)志性發(fā)明。不同的研發(fā)機構(gòu)對這一系統(tǒng)的命名不盡相同，如博世(BOSCH)公司早期稱為汽車動力學(xué)控制(VDC)，現(xiàn)在

48、博世、梅賽德奔馳公司稱為ESP；豐田公司稱為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VSC)、汽車穩(wěn)定性輔助系統(tǒng)(VSA)或者汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)；寶馬公司稱為動力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)。盡管名稱不盡相同，但都是在傳統(tǒng)的汽車動力學(xué)控制系統(tǒng)，如ABS和TCS的基礎(chǔ)上增加一個橫向穩(wěn)定控制器，通過控制橫向和縱向力的分布和幅度，以便控制任何路況下汽車的動力學(xué)運動模式，從而能夠在各種工況下提高汽車的動力性能，如制動、滑移、驅(qū)動等。ESP在國外已經(jīng)批量生產(chǎn)，在國內(nèi)尚處于研究階段，要達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的程度，還有大量的工作要做。    圖2.2-1所示為汽車ESP的構(gòu)成示意圖，其電子

49、部件主要包括電子控制單元(ECU)、方向盤傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器等。ESP作為保證行車安全的一個重要電控系統(tǒng)，其各個傳感器的正常工作是進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)。下文介紹了ESP常用傳感器的特點，設(shè)計了傳感器硬件接口和軟件接口，并在實車測試中得到驗證。                           &

50、#160;                                       圖2.2-2 ESP的構(gòu)成示意圖ESP常用傳感器介紹      

51、0; 如圖1、圖2所示，ESP常用的傳感器如下。 圖2.2-3ESP常用傳感器方向盤轉(zhuǎn)角傳感器ESP通過計算方向盤轉(zhuǎn)角的大小和轉(zhuǎn)角變化速率來識別駕駛員的操作意圖。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器將方向盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為一個可以代表駕駛員期望的行駛方向的信號，方向盤轉(zhuǎn)角一般是根據(jù)光電編碼來確定的，安裝在轉(zhuǎn)向柱上的編碼盤上包含了經(jīng)過編碼的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)角等信息。這一編碼盤上的信息由接近式光電耦合器進(jìn)行掃描。接通點火開關(guān)并且方向盤轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)過一定角度后，處理器可以通過脈沖序列來確定當(dāng)前的方向盤絕對轉(zhuǎn)角。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器與ECU的通訊一般通過CAN總線完成。 橫擺角速度傳感器 橫擺角速度傳感器檢測汽車沿垂直軸的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)

52、的大小代表汽車的穩(wěn)定程度。如果偏轉(zhuǎn)角速度達(dá)到一個閾值，說明汽車發(fā)生測滑或者甩尾的危險工況，則觸發(fā)ESP控制。當(dāng)車?yán)@垂直方向軸線偏轉(zhuǎn)時，傳感器內(nèi)的微音叉的振動平面發(fā)生變化，通過輸出信號的變化計算橫擺角速度?？v向/橫向加速度傳感器 ESP中的加速度傳感器有沿汽車前進(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°夾角安裝。ESP一般使用微機械式加速度傳感器，在傳感器內(nèi)部，一小片致密物質(zhì)連接在一個可以移動的懸臂上，可以反映出汽車的縱向/橫向加速度的大小，其輸出在靜態(tài)時為2.5V左右，正的加速度對應(yīng)正的電壓變化，負(fù)的加速度對應(yīng)負(fù)的電壓變化，每1.0-1.4

53、V對應(yīng)1g的加速度變化，具體參數(shù)因傳感器不同而有所不同。 輪速傳感器 在汽車上檢測輪速信號時，最常用的傳感器是電磁感應(yīng)式傳感器，一般做法是將傳感器安裝在車輪總成的非旋轉(zhuǎn)部分(如轉(zhuǎn)向節(jié)或軸頭)上，與隨車輪一起轉(zhuǎn)動的導(dǎo)磁材料制成的齒圈相對。當(dāng)齒圈相對傳感器轉(zhuǎn)動時，由于磁阻的變化，在傳感器上激勵出交變電壓信號，這種交變電壓的頻率與車輪轉(zhuǎn)速成正比， ECU采用專門的信號處理電路將傳感器信號轉(zhuǎn)換為同頻率的方波，再通過測量方波的頻率或周期來計算車輪轉(zhuǎn)速。 最初的ESP系統(tǒng)中縱向/橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器都是單獨實現(xiàn)的，現(xiàn)在基本都使用了傳感器總成(Sensor Cluster)的模式，將這3個傳感

54、器設(shè)計為一體，通過CAN總線與ECU通訊。如圖3為SIMENS VDO公司和BEI公司生產(chǎn)的傳感器總成。圖2.2-4 傳感器總成（Sensor Cluster）       博世公司為了增加新的ESP功能和為了更好的控制整車的穩(wěn)定性系統(tǒng)，如山地保持控制(HHC)和線控(SbW)，提出了模塊化的HW和SW概念，開發(fā)了第三代高度靈活和低成本的慢性傳感器總成DRS MM3.x。  ESP常用傳感器接口設(shè)計     本文所作設(shè)計的框圖如圖2.2-5所示。在圖2.2-5中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器信號經(jīng)

55、微控制器處理后，通過CAN總線發(fā)送給ECU(圖2.2-3B)；橫擺角速度傳感器、縱向/橫向傳感器由于信號特點和安裝位置類似，故設(shè)計在同一個模塊內(nèi)(圖2.2-3中A)；由于ESP對輪速傳感器信號的實時性要求較高，故經(jīng)過信號調(diào)理后，直接送入ECU(圖2.2-3中C)。在圖4的A和B中，需要微處理器對信號進(jìn)行處理并通過CAN總線傳送數(shù)據(jù)，本文選用Infineon公司的SAK-C164CI。該芯片是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計，內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器、輸入信號捕捉、正交解碼器，運算速度快，非常適合ESP的傳感器信號處理。         &

56、#160;      圖2.2-5 傳感器連接框圖方向盤轉(zhuǎn)角傳感器接口        方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的輸出為正交編碼脈沖。正交編碼脈沖包含兩個脈沖序列，有變化的頻率和四分之一周期(90°)的固定相位偏移，如圖5所示。通過檢測2路信號的相位關(guān)系可以判斷為順時針方向和逆時針方向，并據(jù)此對信號進(jìn)行加/減計數(shù)，從而得到當(dāng)前的計數(shù)累計值，也即方向盤的絕對轉(zhuǎn)角，而轉(zhuǎn)角的變化率即角速度，則可通過信號頻率測出。另外，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器有一個零位輸出信號，當(dāng)方向盤在中間位置時，該信號輸出0V，

57、否則輸出5V，通過該信號，可對絕對轉(zhuǎn)角進(jìn)行在線校準(zhǔn)。圖2.2-6方向盤轉(zhuǎn)角傳感器脈沖序列波形        C164CI與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的接口電路如圖6所示。片內(nèi)內(nèi)置增量編碼的正交解碼器，該解碼器使用定時器3的兩個引腳(T3IN、T3EUD)作為正交脈沖的輸入，在正確設(shè)置相關(guān)寄存器后，定時器3的數(shù)據(jù)寄存器的值與方向盤轉(zhuǎn)角成正比，故可方便的計算轉(zhuǎn)角。圖2.2-7 C164CI與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的接口電路輪速傳感器接口        根據(jù)前面部分介

58、紹的輪速傳感器信號特點，設(shè)計接口電路如圖2.2-8所示。       圖2.2-8 輪速傳感器接口電路  電路采用兩級濾波和整形，以保證輪速信號在極低轉(zhuǎn)速下不會丟失，同時避免因懸架振動引起的信號干擾。圖中由電阻R2引入第一級遲滯比較，而使用74HC14引入第二級遲滯比較。橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器     橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器的安裝位置基本相同，輸出都是0V-5V的模擬量，由于汽車顛簸造成的信號波動特性一致，故封裝在同一模塊中。其硬件接口如圖8所示，實現(xiàn)硬件模擬前

59、置濾波，以抑制來自傳感器的模擬信號中的高頻噪聲成分，防止在采樣過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象。運放使用滿擺幅輸出的LMX324。 調(diào)整圖8中各個阻容元件的參數(shù)，即可設(shè)置濾波截止頻率和延時大小。汽車運行過程中，在較好路面上行駛時，由于信號較好，延時盡量要小，而在顛簸路面上行駛，則希望濾波效果要好。但是由于硬件濾波的頻率特性一經(jīng)設(shè)計完畢，無法實時修改，故需要在軟件中設(shè)計數(shù)字濾波環(huán)節(jié)。數(shù)字濾波常用的有維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預(yù)測器、自適用濾波器等。在這里選用計算量小、實時性能好的一階低通濾波。     圖2.2-9 橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器接口電路

60、0;                         圖2.2-10 數(shù)字濾波前的數(shù)據(jù)曲線 圖9b 數(shù)字濾波后的曲線        ESP系統(tǒng)中常用傳感器的結(jié)構(gòu)特點及信號特性，并設(shè)計了各個傳感器的信號處理接口，其中包括硬件接口電路以及軟件處理方案。設(shè)計了包含橫擺角速度、縱向/橫向加速度傳感器的集成模塊，通過CAN總線與ECU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有較好的抗干擾性和可靠性。本文的設(shè)計已經(jīng)在實車試驗中得到驗證。       2.3 ESP的工作原理ESP系統(tǒng)由傳感器、ECU（電子控制單元）和執(zhí)行器三大部分組成，在電腦實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下，對發(fā)動機及制動系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控。其工作原理為:在汽車行駛過程中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度，車速傳感器監(jiān)測車速、節(jié)氣門開度，制動主缸壓力傳感器監(jiān)測制動力，而側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器則監(jiān)測汽車的橫擺和側(cè)傾速度。ECU根據(jù)這些信息，通過計算后判斷