汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）的原理分析

　汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)或動態(tài)偏航穩(wěn)定控制系統(tǒng)(Electronic Stability Program，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) AYC(Active Yaw Control)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(B0SCH)和梅塞德斯-奔馳(MERCEDES-BENZ)公司聯(lián)合開發(fā)的汽車底盤電子控制系統(tǒng)。

　　在汽車行駛過程中，因外界干擾，比如行人、車輛或環(huán)境等突然變化，駕駛員采取一些緊急避讓措施，使汽車進入不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，即出現(xiàn)偏離預定行駛路線或翻轉趨勢等危險狀態(tài)。裝置ESP的汽車能在極短的幾毫秒時間內，識別并判定出這種汽車不穩(wěn)定的行駛趨勢，通過智能化的電子控制方案，讓汽車的驅動傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)產生準確響應，及時恰當?shù)叵囘@些不穩(wěn)定的行駛趨勢，使汽車保持行駛路線和預防翻滾，避免交通事故的發(fā)生。

　　ESP系統(tǒng)是汽車主動安全措施的巨大突破，它通過控制事故發(fā)生的可能性來實現(xiàn)安全行車，使汽車在極其惡劣的行車環(huán)境中確保行駛的穩(wěn)定性和安全性。

　　1.汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)的組成

　　ESP在ABS和ASR各種傳感器的基礎上，增加了汽車轉向行駛時橫擺率傳感器、車身翻轉角速度傳感器、側加速度傳感器、制動總泵中的液壓力傳感器和轉向盤轉角傳感器等。其中最重要的是車身翻轉角速度傳感器，這種車用傳感器是航天飛機和空間飛行器上使用的旋轉角速度傳感器的類似產品。車身翻轉角速度傳感器就像一個羅盤，適時地監(jiān)控汽車行駛的準確姿態(tài)，監(jiān)控汽車每個可能的翻轉運動角速度。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)控轉向盤的轉動角度和汽車的水平側向加速度，當制動發(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。

　　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項控制功能。通過綜合應用9種智能主動安全技術，ESP可將駕駛員對車輛失去控制的危險性降低80%左右。

　　ESP智能化隨車微機控制系統(tǒng)，通過各種傳感器，隨時監(jiān)測車輛的行駛狀態(tài)和駕駛員的駕駛意圖，及時向執(zhí)行機構發(fā)出各種指令，以確保汽車在制動、加速、轉向等狀況下的行駛穩(wěn)定性。

　　圖1是汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP的各種傳感器及電子穩(wěn)定系統(tǒng)ECU在轎車上的安裝，其ECU中配置了兩臺56kB內存的微機。ESP系統(tǒng)利用這兩臺微機和各種傳感器信號不間斷地監(jiān)控車內電子模塊、系統(tǒng)的工作狀態(tài)和汽車的行駛姿勢，比如，速度傳感器每相隔20ms就會自檢一次。ESP系統(tǒng)還通過車內電子模塊之間的信號交流通信網絡，充分利用防抱死制動系統(tǒng)ABS、制動助力系統(tǒng)BAS和驅動防滑控制系統(tǒng)ASR等的先進功能。緊急情況下，如緊張的駕駛員對制動力施加不夠，制動助力系統(tǒng)BAS將自動增大制動力。在ESP系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常工作時，ABS和ASR系統(tǒng)能照樣工作，以保證汽車正常行駛和制動。

　　ESP系統(tǒng)的功能不簡單是ABS和ASR功能之和，而是ABS與ASR功能之和的平方，因此使汽車能在極其惡劣的條件下保持行駛的穩(wěn)定性。梅塞德斯-奔馳A級轎車的安全理念是通過先進的電子控制模塊與液壓機械執(zhí)行機構的智能化集成，實現(xiàn)了對汽車及乘員安全的最大可能保護。

　　2.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、驅動力、任何一種側向力，都會引起汽車繞其質心轉動。ESP系統(tǒng)根據此原理，在汽車進人不穩(wěn)定行駛狀態(tài)時，通過對制動系統(tǒng)、驅動傳動系統(tǒng)的干涉，修正過度轉向或轉向不足的傾向，使汽車保持穩(wěn)定行駛狀態(tài)。

　　微機控制系統(tǒng)的ROM中，預先儲存了控制程序中的標準技術數(shù)據。在汽車傳感器監(jiān)測并將汽車行駛狀態(tài)的各種數(shù)據隨機傳送給ECU時，ECU立即調出預存標準數(shù)據與之進行比較，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，通過微機控制系統(tǒng)向制動執(zhí)行機構和發(fā)動機執(zhí)行機構發(fā)出指令，采取最有利的安全措施修正驅動力和制動力，阻止?jié)撛谖ｋU情況的發(fā)生，使汽車恢復到安全穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。

　　微機控制系統(tǒng)指令執(zhí)行的安全措施是指，當汽車傳感器監(jiān)測到汽車有發(fā)生翻轉或偏離駕駛員需求的行駛路線的趨勢時，系統(tǒng)能有選擇地對單個汽車前輪或后輪實施制動，或必要時同時增加或者減少發(fā)動機的輸出轉矩，調整驅動力。

　　圖2是汽車在轉彎道路上行駛時的軌跡示意。見圖2(a)，當汽車駛入彎道時，假如駕駛員通過轉向盤使汽車轉向的轉彎半徑大于彎道半徑，這種情況稱為不足轉向。如汽車車速過快，則汽車可能沖出路面。安裝在汽車上的橫擺率傳感器會測出轉向偏差，側加速度傳感器會測得右駛加速度偏大和轉向盤轉角傳感器測得左轉向不足，并立即監(jiān)測到這種沖出路面的危險趨勢，將信號輸入電子穩(wěn)定系統(tǒng)中的ECU。ECU立即指令在左后輪實施脈沖制動力，制動力在汽車質心產生一個向內偏轉力矩，迫使汽車繞質心向內偏轉一個角度。同時ECU立即指令發(fā)動機減少輸出轉矩，將汽車速度降下來，并代替駕駛員使汽車轉向角度稍大一些，使汽車按彎道半徑要求的轉向角度行駛，回到正確路線上。

　　反之，見圖2(b)，汽車行駛軌跡的最初位置。假如駕駛員轉向盤轉動過猛，使汽車轉彎半徑小于彎道半徑，這種情況稱為過度轉向。如汽車速度過快，則汽車可能因離心力而向外翻轉。安裝在汽車上的橫擺率傳感器、側加速度傳感器和轉向盤轉角傳感器等監(jiān)測到這種翻轉的危險趨勢，立即將信號輸入電子穩(wěn)定系統(tǒng)中的 ECU，ECU迅速指令在右前輪實施脈沖制動，制動力在汽車質心產生一個向外偏轉力矩，抵消離心翻轉力矩，迫使汽車繞質心向外偏轉一個角度，制止了汽車可能側翻的趨勢。同時ECU控制迅速減少驅動力，將汽車速度降下來，并代替駕駛員使汽車轉向角度稍小一些，使汽車按彎道半徑要求的轉向角度行駛。

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