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【推荐】车身电子稳定系统组成部分及其作用

发布时间:2023年01月16日    点击:[0]人次

21:45:20来源:贤集 赵媛

车身电子稳定系统,简称ESP,每到节假日,人们出行的频率和人数都在增加,往往在这个时间段里最容易发生交通事故。全国每年因交通事故死亡的人数是很多的,例如去年的双节长假,因交通事故死亡的就达到了794人,2473人受伤,这是一组很可怕的数字。其实发生交通事故的原因有很多,驾驶员的不文明驾驶、安全意识薄弱等因素,但汽车的安全装置也是诱发事故的原因之一,大众一向重视自家产品的主被动安全配置。例如车友最熟知的ESP车身电子稳定系统就是一个很好的范例,装备了ESP车辆的在发生事故时ESP就可以介入,降低事故伤害。车身电子稳定系统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。下面贤集来为大家介绍车身电子稳定系统组成部分、作用、工作过程、关键技术研究、常用传感器接口设计、与ABS、TCS的区别。

车身电子稳定系统组成部分

1、传感器:转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。这些传感器负责采集车身状态的数据。

2、ESP电脑:将传感器采集到的数据进行计算,算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。当电脑计算数据超出存储器预存的数值,即车身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作,以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。

3、执行器:说白了ESP的执行器就是4个车轮的刹车系统,其实ESP就是帮驾驶员踩刹车。和没有ESP的车不同的是,装备有ESP的车其刹车系统具有蓄压功能。简单的说蓄压就是电脑可以根据需要,在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。另外ESP还能控制发动机的动力输出什么的,反正是相关的设备他都能插一腿!

4、与驾驶员的沟通:仪表盘上的ESP灯。

车身电子稳定系统的作用

车身电子稳定系统主要对车辆纵向和横向稳定性进行控制,保证车辆按照驾驶员的意识行驶。它的基础是ABS制动防抱死功能,该系统在汽车制动情况下轮胎即将抱死时,一秒内连续制动上百次,有点类似于机械式“点刹”。如此一来,在车辆全力制动时,轮胎依然可以保证滚动,滚动摩擦的效果比抱死后的滑动摩擦效果好,且可以控制车辆行驶方向。另一方面该系统会与发动机ECU协同工作,当驱动轮打滑时通过对比各个车轮的转速,电子系统判断出驱动轮是否打滑,立刻自动减少节气门进气量,降低发动机转速从而减少动力输出,对打滑的驱动轮进行制动。这样便可以减少打滑并保持轮胎与地面抓地力之间最合适的动力输出,此时无论怎么给油,驱动轮都不会发生打滑现象。该系统在保证车辆横向稳定性方面体现在当系统通过转角传感器、横向加速度传感器及轮速传感器的信号发现车辆发生了转向不足或过度时,系统会控制单个或是多个车轮进行制动,来调整汽车变换车道或在过弯时的车身姿态,使汽车在变换车道或是过弯时能够更加的平稳而安全。

车身电子稳定系统的工作过程

1、这车左转当车辆出现转向不足的时候(就是速度太快拐不过来了)。ESP各个传感器会把转向不足的消息告诉电脑,然后电脑就控制左后轮制动,产生一个拉力和一个扭力来对抗车头向右推的转向不足趋势。

2、还是左转,后轮抓地不足或者后驱车油门踩猛了出现转向过度的时候(就是甩屁股)。ESP会控制右前轮制动,同时减小发动机输出的功率。纠正错误的转向姿态。

3、直线刹车由于地面附着力不均匀出现跑偏的时候(这事有ABS的车也会出现,我下雪的时候老在雪地上这么玩,这时候车身会向抓地强的一边跑偏)。ESP会控制附着力强的轮子减小制动力,让车按照驾驶员预想的行驶线路前进。同样当一边刹车一边转向的时候ESP也会控制某些车轮增大制动力或者减小制动力让车子按照驾驶员的意图行进。

车身电子稳定系统关键技术研究

ESP系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破。因此科研人员要在以下几个方面多下功夫,争取研究开发出更加完善和优化的ESP系统。

1、传感技术的改进

在ESP系统中使用的传感器有车辆横摆角速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器等,它们都是ESP中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。随着价格低廉的微机械(Micro—Machined)加速度和横摆角速度传感器的出现,为这项技术的广泛应用创造了一定的条件。

2、体积小质量轻及低成本液压制动作动系统的结构设计

这方面BOSCH公司在ESP系统中采用的结构有一定的代表性,其液压作动系统由预加压泵PCP(Precharge?Pump)+压力产生装置(Pressure?Generator?Assembly)+液压单元HU5.0所构成。

3、ESP的软硬件设计

由于ESP的ECU需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量,所以计算处理能力和程序容量要比ABS系统大数倍,一般多采用CPU结构。而ECU软件计算的研究则是研究的重中之重,基于模型的现代控制理论已经很难适应ESP这样一个复杂系统的控制,必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。

4、通过CAN完善控制功能

ESP的ECU(电子控制单元)与发动机、传动系的ECU通过CAN互联,使其能更好地发挥控制功能。例如自动变速器将当前的机械传动比、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给ESP,以估算驱动轮上的驱动力。当ESP识别出是在低附着系数路面时,它会禁止驾驶员挂低档。在这种路面上起步时,ESP会告知传动系ECU应事先挂入2档,这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。

车身电子稳定系统常用传感器接口设计

所作设计的框图如图4所示。在图中,方向盘转角传感器信号经微控制器处理后,通过CAN总线发送给ECU(图4中B);横摆角速度传感器、纵向/横向传感器由于信号特点和安装位置类似,故设计在同一个模块内(图4中A);由于ESP对轮速传感器信号的实时性要求较高,故经过信号调理后,直接送入ECU(图4中C)。在图4的A和B中,需要微处理器对信号进行处理并通过CAN总线传送数据,本文选用Infineon公司的SAK-C164CI。该芯片是专为汽车应用而设计,内置AD转换器、输入信号捕捉、正交解码器,运算速度快,非常适合ESP的传感器信号处理。

1、方向盘转角传感器接口

(1)方向盘转角传感器的输出为正交编码脉冲。正交编码脉冲包含两个脉冲序列,有变化的频率和四分之一周期(90°)的固定相位偏移,如图5所示。通过检测2路信号的相位关系可以判定为顺时针方向和逆时针方向,并据此对信号进行加/减计数,从而得到当前的计数累计值,也即方向盘的绝对转角,而转角的变化率即角速度,则可通过信号频率测出。另外,方向盘转角传感器有一个零位输出信号,当方向盘在中间位置时,该信号输出0V,否则输出5V,通过该信号,可对绝对转角进行校准。

(2)C164CI与方向盘转角传感器的接口电路如图6所示。片内内置增量编码的正交解码器,该解码器使用定时器3的两个引脚(T3IN、T3EUD)作为正交脉冲的输入,在正确设置相关寄存器后,定时器3的数据寄存器的值与方向盘转角成正比,故可方便的计算转角,本文所使用的方向盘转角传感器每一圈对应44个脉冲,设定时器3的数据寄存器为T3,通过运算,即可得到转角变化速率。

(3)微控制器把计算得到的参数通过CAN发送给ECU。

2、轮速传感器接口

根据前面部分介绍的轮速传感器信号特点,设计接口电路如图7所示。

电路采用两级滤波和整形,以保证轮速信号在极低转速下不会丢失,同时避免因悬架振动引起的信号干扰。图中由电阻R2引入第一级迟滞比较,而使用74HC14引入第二级迟滞比较。

3、横摆角速度、纵向/横向加速度传感器

(1)横摆角速度、纵向/横向加速度传感器的安装位置基本相同,输出都是0V-5V的模拟量,由于汽车颠簸造成的信号波动特性一致,故封装在同一模块中。其硬件接口如图8所示,实现硬件模拟前置滤波,以抑制来自传感器的模拟信号中的高频噪声成分,防止在采样过程中出现混叠现象。运放使用满摆幅输出的LMX324。

(2)调整图8中各个阻容元件的参数,即可设置滤波截止频率和延时大小。汽车运行过程中,在较好路面上行驶时,由于信号较好,延时尽量要小,而在颠簸路面上行驶,则希望滤波效果要好。但是由于硬件滤波的频率特性一经设计完毕,无法实时修改,故需要在软件中设计数字滤波环节。数字滤波常用的有维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性猜测器、自适用滤波器等。在这里选用计算量小、实时性能好的一阶低通滤波。

(3)k的选择取决于当前的路面情况,而当前路面情况,则通过数字滤波前的原始信号来识别。微控制器把滤波后的信号、原始信号、k的值、路面识别结果打包后,通过CAN总线发送给ECU。图9a和9b分别为颠簸路面实车试验中采集得到的纵向加速度传感器的一组对比曲线。

车身电子稳定系统与ABS、TCS的区别

ESP是英文Electronic?Stability?Program的缩写,中文含意为“电子稳定程序”。ESP以ABS制动防抱死系统为基础,通过外围的传感器收集方向盘的转动角度、侧向加速度等信息,这些信息经过微处理器加工,再由液压调节器向车轮制动器发出制动指令,来实现对侧滑的纠正。特别是在转弯时,即侧向力起作用时,ESP使车辆稳定并保持安全行驶。而ABS和TCS仅仅在纵方向上起作用。ESP不仅用到了ABS和TCS的所有部件,还包含了一个集成有侧向加速传感器的横摆角速度传感器和方向传感器。其实在很多配备具有该功能装置的汽车上并没有称之为ESP,比如说宝马就称之为DS(动态稳定控制),而其作用完全等同于ESP,只是各个厂家为了区分,换种叫法而已。

上述是贤集为大家介绍的车身电子稳定系统组成部分、作用、工作过程、关键技术研究、常用传感器接口设计、与ABS、TCS的区别。通过对车身电子稳定系统的解读我们可以知道,车身电子稳定系统是通过电控系统进行工作的,而耗电就一定会耗油,所以车身电子稳定系统的确是需要汽油来支持的,但是车身电子稳定系统的耗电量是非常少的。北美高速公路保险协会(IIHS)的研究表明,安装ESP能有效降低43%致命的交通事故;美国高速公路安全管理局(NHTSA)进行的研究也表明,将车身电子稳定系统作为标准配置能有效降低34%的轿车单车事故、71%的轿车翻车事故,而SUV的单车事故甚至能降低59%;车身电子稳定系统主要用于应对紧急闪避障碍是连续转向,所产生的甩尾失控风险。当紧急避让时,车身电子稳定系统介入工作增加驱动轮的转动力;当出现甩尾趋势时,车身电子稳定系统会对另一侧车轮进行制动减弱转动,从而帮助车辆遵从驾驶者的转向意图。

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