汽车电子稳定系统ESP分析分析解析.docx

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汽车电子稳定系统ESP分析分析解析

摘要

随着现代汽车技术的快速发展，人们在注重汽车的舒适性、可靠性、经济性的同时，对汽车的安全性更是提出了最高的要求。

事实证明ESP电子稳定程序可以有效地降低重大交通事故发生率,从而挽救许许多多人的生命,为进一步加强汽车的乘坐安全性，全球道路专家一致认为ESP应该成为每一辆车的标准配置。

汽车电子稳定程序（ElectronicStablityProgram，简称ESP）是由奔驰汽车公司首先应用在它的A级车上的。

ESP实际上是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。

如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

本文介绍了汽车电子稳定系统ESP的概念、结构组成、工作原理及发展趋势。

关键词：

电子稳定程序；行驶稳定性；过度转向；不足转向

Abstract

Withtherapiddevelopmentofmodernautomotivetechnology,peoplefocusonvehiclecomfort,reliabilityandeconomyatthesametime,thesafetyofthecarismade​​ofthehighestdemands.ESPelectronicstabilityprogramprovedtobeeffectiveinreducingtheincidenceofmajoraccidents,therebysavingthelivesofmanypeople,tofurtherenhancethecar'sridesafetyexpertsagreethattheworld'sroadseachvehicleESPshouldbecomethestandardconfiguration.AutomotiveElectronicStabilityProgram（ElectronicStablityProgram,referredtoasESP）wasfirstappliedbytheMercedes-BenzA-classinitscar.ESPisactuallyatractioncontrolsystem,tractioncontrolsystemcomparedwithother,ESPnotonlycontrolwheels,andcancontrolthedrivenwheels.Asoftenoccursinrear-wheeldrivecaroversteeringsituation,whentherearwheeldriftoutofcontrol,ESPwillslowlybraketheoutsidefrontwheeltostabilizethecar;steeringistoolow,inordertocorrecttrackingdirection,ESPwillbrakeslowrearwheel,therebycorrectingthedirectionoftravel.ThispaperintroducestheconceptofautomotiveelectronicstabilitysystemESP,structure,workingprincipleandtrends.

Keywords:

ElectronicStabilityProgram;Drivingstability;Oversteer;Understeer

引言--------------------------------------------------------------1

第一章电子稳定系统ESP概述-------------------------------------2

1.1电子稳定系统ESP概念----------------------------------------2

1.2电子稳定系统ESP国内外应用研究现状--------------------------2

1.3电子稳定系统ESP的研究意义-------------------------------3

第二章电子稳定系统ESP的结构与组成----------------------------5

2.1电子稳定系统ESP的结构组成-----------------------------5

2.2电子控制单元ECU----------------------------------------5

2.3液压调节总成-------------------------------------------7

2.4前轮速度传感器---------------------------------------8

2.5后轮速度传感器----------------------------------------8

2.6ESP开关--------------------------------------------8

2.7方向盘转角传感器--------------------------------------9

第三章电子稳定程序（ESP）工作原理及过程------------------10

3.1克服转向不足的操作--------------------------------------10

3.2克服转向过度的操作--------------------------------------11

第四章电子稳定系统ESP发展历程与趋势-----------------------13

4.1电子稳定系统ESP发展历程---------------------------------13

4.2电子稳定系统ESP发展趋势----------------------------------13

4.2.1传感技术的改进-------------------------------------------13

4.2.2体积小质量轻及低成本液压制动作动系统的结构设计--------------14

4.2.3ESP的软硬件设计--------------------------------------------14

4.2.4通过CAN完善控制功能------------------------------------14

总结---------------------------------------------------------15

参考文献------------------------------------------------------16

引言

ESP是汽车电子稳定程序（ElectronicStabilityProgram）的简写，由德国博世公司（BOSCH）和梅赛德斯-奔驰（MERCEDES—BENZ）公司联合研制。

1998年2月，梅赛德斯一奔驰公司首次在其A级微型轿车中成批地安装该电控车辆稳定行驶系统。

它集成了电子制动防抱死系统（ABS），电子制动力分配（EBD）和牵引力控制（TCS）的基本功能；能够在几毫秒的时间内，识别出汽车不稳定的行驶趋势，比如，由于人为或环境的干扰，轿车可能进入不稳定的行驶状态；特别是驾驶员在转向时经常出现“过度转向”或“转向不足”的操作缺陷，如果得不到及时纠正，就会使车子偏离正确行驶路线，严重时，就有翻转趋势等危险。

ESP系统通过智能化的电子控制方案，让汽车传动或制动系统产生所期望的准确响应，从而及时地，恰当地消除这些不稳定行驶趋势，使汽车保持在所期望的行驶路线上。

ESP系统是汽车主动安全性技术发展的一个巨大突破，它可以在极其恶劣的行车环境中确保汽车的行驶稳定性。

近几十年随着现代汽车技术的发展，汽车工业已成为我国的支柱产业，在日常工作和生活中起着越来越重要的作用。

汽车行业内，20世纪80年代热门话题是防抱死制动系统ABS，90年代是加速防滑控制系统ASR，而当前的热门话题是电子稳定程序（ESP）。

ESP包含ABS和ASR，是这两种系统功能上的延伸，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。

ESP的出现是应时代对汽车提出的一种新型的主动安全性要求，它是当今的主动安全措施之一，其应用使车辆的主动安全性大大提高。

汽车稳定性控制系统在发展过程中出现了很多名称，如电子稳定性程序ESP、汽车稳定性控制VSC、汽车动力学控制VDC、动力学稳定性控制DSC等，但其组成与功能大体一致，在此统一用ESP。

它不仅是对ABS和ASR所有功能的整合，而且还能在车轮自由滑转以及极限操纵下保持车辆的稳定性；可以更好地利用轮胎与路面间的附着潜能，改善车辆转向能力和稳定性的同时，进一步改善驱动能力、缩短停车距离。

在ABS和ASR两者的共同作用下，ESP最大限度地保证汽车不跑偏、不用尾、不侧翻，有效地保证了汽车稳定的操控安全性。

第一章电子稳定系统ESP概述

1.1电子稳定系统ESP概念

汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统（ElectronicStabilityProgram，ESP）是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS和主动车身横摆控制系统AYC（ActiveYawControl）等基本功能的组合，是一种汽车新型主动安全系统。

该系统是德国博世公司（B0SCH）和梅塞德斯-奔驰（MERCEDES-BENZ）公司联合开发的汽车底盘电子控制系统。

ESP系统通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出指令，帮助车辆维持动态平衡。

ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。

ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的转动速度）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。

控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。

ESP最主要的作用是在紧急情况下，可以帮助驾驶员保持对车辆的控制，避免重大意外事故。

具体主要是通过防止车辆侧滑，在车辆和地面间还有附着力的前提下，保证车辆的方向操控性。

通过对驾驶员的动作和路面情况的判断，对车辆的行驶状态进行及时的干预。

ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。

如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

目前ESP有3种类型：

能向四个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统，能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统，能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。

1.2电子稳定系统ESP国内外应用研究现状

德国的一项研究表明，涉及严重人身伤害的交通事故当中有1/4都是由车辆侧滑所引起的。

全球碰撞研究证实，侧滑及导致的侧面碰撞是严重伤亡道路碰撞的主要原因。

电子稳定程序ESP能够防止侧滑：

增加车辆的稳定性，减少侧滑的危险。

在中国，2005年有约10万人死于交通事故，约47万人受伤居世界第一。

国际著名的汽车生产商和安全机构的研究证实了ESP能够拯救生命的有效性。

汽车生产厂家有的把ESP作为标准配置，有的作为选装设备。

1995年奔驰S级轿车首先使用ESP系统的轿车型，1999年梅赛德斯一奔驰公司正式宣布全车系都将ESP列为标准配备，宝马与奥迪于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备，丰田在2005年宣布准备用10年时间使ESP成为其车辆的标准配置，美国三大汽车厂家通用、福特和克莱斯勒联合宣布在2006年前将它作为大部分SUV的标准安全配置。

现在，ESP不再只配在顶级豪华轿车上，在欧美等国家的小型车工也已得到普及，如奥兹莫比尔的Intrigue、福特•福克斯、新款丰田卡罗拉、日产天籁、德国原装的波罗和许多轻型卡车。

近年来世界范围内新车的ESP装配率显示了其正在被越来越多的人所认可。

装配了ESP车辆的数量有显著提高。

2008年上半年，欧洲乘用车ESP的新车装配率升至53%。

另外，最新装配率数据显示，全球不到三分之一的新注册车辆装配了ESP。

ESP的接受率在未来数年内将继续提高。

同时，中高档车型考虑过ESP作为标配的安全装置，而小型车通常将ESP作为选配或没有装配。

但是，ESP对于小型车和大型车的重要性是完全一样的。

因此，如果该安全系统不是标准配置，购车者应要求将其作为可选配置。

到目前为止，欧洲是ESP最大的市场，而且将继续保持几年。

ESP将成为所有车辆的标准配置，它是继安全带之后最具拯救生命潜力的科技。

依相关法规草案，在美国所有总重量低于4.5t的小型车上都将配置ESP，此规定在2009～2012年的车型上逐步推行。

中国目前ESP的装配率还比较低，以往通常只在高档车上才装配ESP，中高级轿车中只有一部分把它作为标准配置，如东风雪铁龙的凯旋一汽大众的速腾和上海通用的君越。

将来它的装配率一定会随着汽车市场的发展显著提高，但由于技术水平的差距，这部分市场将会完全掌握在外资企业手中，国内企业几乎无法涉足。

经过数年不断优化设计，到2002年已经发展到第8代。

2005年，适逢博世开发ESP面世10周年，ESP8.0系统这一世界领先的技术实现了在中国苏州国产化。

1.3电子稳定系统ESP的研究意义

车辆安全是购买车辆时最重要的衡量标准。

这是最近博世调查的结果。

值得关注的是，主动安全系统的知名度越来越高。

例如，欧洲一半的驾驶者知道电子稳定程序ESP。

购车成本是选择公司用车非常重要的因素。

固定成本例如购车成本或租赁成本，油价，和保险级别等，都计算在内，但是通常并没有考虑碰撞有关的费用。

根据欧洲工业EurotaxGlass’s的分析，该费用占购车总价的13%，向主要决策者说明这些费用，推荐有避免碰撞系统的车辆，例如电子稳定程序ESP。

ESP汽车安全产品不久将成为中高级轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。

ESP在国外已批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。

所以，攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。

ESP（电子稳定系统）通过传感器得知车辆的抱死情况、车辆的横摆惯量（简单理解为车身倾侧的程度），当车辆出现失控趋势时，对特定的车轮给予额外的制运力，甚至通过调整车辆的牵引力，务求以最大的程度保持住车轮的附着力。

在ESP的默默工作下，车辆遇到险情时往往能够化险为夷。

对于普通驾驶者而言，ESP自然显得格外重要。

第二章电子稳定系统ESP的结构与组成

2.1电子稳定系统ESP的结构组成

ESP是在原有电子制动防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）和牵引力控制（ASR）的基础上发展起来的。

该电子制动系统由电子控制单元（ECU）、液压调节器总成、车轮速度传感器、方向盘转角传感器、横向偏摆率传感器、车轮速度传感器脉冲环以及ESP控制开关等部件组成，其中电子控制单元与液压调节器是一体的。

其系统组成见图2-1。

1-前轮速度传感器；2-前轮速度传感器引线；3-电子控制单元（ECU）；4-液压调节器总成；5-方向盘转角传感器；6-横向偏摆率传感器；7-后轮速度传感器脉冲环；8-后轮速度传感器（字母A、B、C、D、E为上述该传感器或总成在汽车中的具体位置）

图2-1电子稳定系统ESP结构组成

2.2电子控制单元ECU

表2-2各端子作用表

电子控制单元如图2-2所示，，各端子的作用见表2-3,电子控制单元（ECU）插头端子见2-4所示。

电子控制单元是ABS-ASR/ESP系统的控制中心，它与液压调节器集成在一起组成一个总成。

电子控制单元持续监测并判断的输入信号有：

蓄电池电压、车轮速度、方向盘转角、横向偏摆率以及点火开关接通、停车灯开关、串行数据通信电路等信号。

根据所接收的输入信号，电子控制单元将向液压调节器、发动机控制模块、组合仪表和串行数据通信电路等发送输出控制信号。

1-电子控制单元（ECU）；2-液压调节器总成

图2-3电子控制单元（ECU）图2-4电子控制单元（ECU）插头端子视图

当点火开关接通时，电子控制单元会不断进行自检，以检测并查明ABS-ASR/ESP系统的故障。

此外，电子控制单元还在每个点火循环都执行自检初始化程序。

当车速达到约15km/h时，初始化程序即启动。

在执行初始化程序时，可能会听到或感觉到程序正在运行，这属于系统的正常操作。

在执行初始化程序的过程中，电子控制单元将向液压调节器发送一个控制信号，循环操作各个电磁阀并运行泵电机，以检查各部件是否正常工作。

如果泵或任何电磁阀不能正常工作，电子控制单元会设置一个故障诊断码。

当车速超过15km/h时，电子控制单元会将输入和输出逻辑序列信号与电子控制单元中所存储的正常工作参数进行比较，以此来不断监测ABS-ASR/ESP系统。

如果有任何输入或输出信号超出正常工作参数范围，则电子控制单元将设置故障诊断码。

2.3液压调节总成

为了能独立控制各车轮的制动回路，本系统采用了前/后分离的4通道回路结构，每个车轮的液压制动回路都是隔离的，这样当某个制动回路出现泄漏时仍能继续制动。

液压调节器总成根据电子控制单元（ECU）发送的控制信号调节制动液压力。

液压调节器总成包括回程泵、电机、储能器、进口阀、出口阀、隔离阀和后启动阀等部件。

2.4前轮速度传感器

前轮速度传感器（如图2-5所示）是一个电磁式传感器，是前轮轮毂总成的一部分，前轮轮毂总成是一个永久性的密封装置。

左前和右前轮轮毂装有车轮速度传感器和一个48齿的磁脉冲环。

1-前轮速传感器；2-前轮毂总成1-后轮速传感器；2-传感器脉冲环

图2-5 前轮速度传感器图2-6后轮速度传感器

2.5后轮速度传感器

别克荣御采用后轮驱动，后轮速度传感器（如图2-6所示）位于主减速器后盖的支架上，也是电磁式传感器。

后轮速度传感器脉冲环是主减速器内车桥法兰的一部分，不能单独维修。

2.6ESP开关

电子稳定程序（ESP）开关位于地板控制台上，如图2-7所示。

该开关是一个瞬间接触开关，按一下ESP开关，电子稳定程序从接通转至关闭。

当电子稳定程序（ESP）关闭时，ABS-TCS系统仍能正常工作。

当ESP处于关闭位置时，再次按一下ESP开关，将接通电子稳定程序。

按下ESP开关超过60s将被视为短路，会记录故障诊断码，且电子稳定程序在该点火循环内将被禁用。

如果没有记录牵引力控制系统当前故障诊断码，电子稳定程序将在下一个点火循环复位到接通状态。

图2-7ESP开关图2-8 横向偏摆率传感器

2.7方向盘转角传感器

方向盘转角传感器位于方向盘下面方向盘转角传感器提供表示方向盘旋转角度的输出信号，由于2只测量齿轮的齿数不同，故产生不同相位的两个转角信号，即能产生一个可表示±760。

方向盘旋转角度的输出信号，电子控制单元利用这个信息计算出驾驶员所要求的方向。

控制单元通过方向盘转角传感器与横向偏摆率传感器信号的比较，确定车辆实际行驶轨迹与驾驶要求是否一致，从而确定控制目标。

横向偏摆率传感器总成包括两个部件，一个是横向偏摆率传感器，另一个是横向加速度传感器。

如图2-8.横向偏摆率传感器根据车辆绕其纵轴的旋转角度产生对应的输出信号电压；横向加速度传感器根据车轮侧向滑移量产生对应的输出信号电压。

ESP控制单元利用横向偏摆率传感器和横向加速度传感器输出的这两个传感器信号，计算出车辆的实际行驶状态，再结合车轮速度传感器的输出信号和方向盘转角传感器的串行数据输出信号，确定控制目标。

第三章电子稳定程序（ESP）工作原理及过程

电子稳定程序（ESP）用于在高速转弯或在湿滑路面上行驶时提供最佳的车辆稳定性和方向控制。

电子控制单元（ECU）通过方向盘转角传感器确定驾驶员想要的行驶方向；通过车轮速度传感器和横向偏摆率传感器来计算车辆的实际行驶方向。

当电子稳定程序检测到车辆行驶轨迹与驾驶员要求不符时，电子稳定程序将首先利用牵引力控制系统中的发动机扭矩减小功能并向发动机控制模块（ECM）发送一个串行数据通信信号，请求减小发动机扭矩。

如果电子稳定程序仍然检测到车轮侧向滑移，则电子稳定程序将根据“从外部作用于车辆上的所有力（不管是制动力、推动力，还是任何一种侧向力）都会使车辆环绕其重心而转动”的原理，通过对前、后桥一个以上的车轮进行制动干预，迅速克服以下操作缺陷，使车辆不偏离正确的行驶轨迹，确保安全。

3.1克服转向不足的操作

转向不足示意图见图3-1，方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个驾驶员想要朝方向“A”转向的信号，横向偏摆率传感器检测到车辆开始打转“B”，同时车辆前端开始向方向“C”滑移，说明车辆出现转向不足，电子稳定程序将实行主动制动干预。

如图3-2所示，电子稳定程序利用ABS-TCS系统中已有的主动制动控制功能,对左后轮进行制动干预，此刻，由于左后轮被制动，而车子的重心因惯性作用继续向前运动，于是车子就只好以左后轮为支点，绕着它旋转，这样一来，车子就朝方向“A”转向，即朝驾驶员想要的方向转向。

转向不足的操作缺陷就被克服，它的控制油路见图3-1。

当电子控制单元检测到车辆转向不足时，电子控制单元将向液压调节器发送信号，关闭前和后隔离阀，以使后轮制动回路与总泵隔离开来，防止制动液返回总泵；打开前和后启动阀，使制动液从制动总泵进入液压泵中；关闭右前和右后进口阀，以隔离右轮液压回路，从而使液压调节器只向左轮提供制动液压力；运行液压调节器泵，将合适的制动液压力施加到左轮制动轮缸上，以使车辆朝驾驶员想要的方向转向。

如果在ESP模式下进行人工制动，则退出ESP制动干预模式并允许常规制动。

图3-1转向不足示意图图3-2克服转向不足控制示意图

3.2克服转向过度的操作

转向过度示意图见图3-3，方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个驾驶员想要朝方向“A”转向的信号，横向偏摆率传感器检测到车辆开始打转“B”，同时车辆后端开始向方向“C”滑移。

说明车辆开始转向过度，电子稳定程序将实行主动制动干预。

如图3-4所示，电子稳定程序利用ABS-TCS系统中已有的主动制动控制功能，对右后轮进行制动干预，此刻由于右后轮被制动，而车子的重心因惯性作用继续向前运动，于是车子就只好以右后轮为支点，绕着它旋转，这样一来，车子就朝方向“A”转向，即朝向驾驶员想要的方向转向。

转向过度的操作缺陷就被克服，它的控制油路见图3-3，当电子控制单元检测到车辆转向过度时，向液压调节器发送一个信号，关闭前和后隔离阀，以将制动液回路与总泵隔离开来，防止制动液返回总泵；打开前和后启动阀，使制动液从制动总泵进入液压泵中；关闭左前和左后进口阀，以隔离左轮液压回路，从而使液压调节器只向右轮提供制动液压力；运行液压调节器泵，将合适的制动液压力“C”施加到