现代汽车安全技术(第四章2-2)

ESP的发展历史1995年，Bosch与奔驰联合开发的电子稳定程序开始批量生产，并首次装备于奔驰S级轿车。1996年，ContinentalTeves公司也以MK60液压调节器为基础进行ESC(ElectronicStabilityControl)的研制与开发。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP的发展历史1997年奔驰A级车麋鹿试验的翻车事故事故后三个月，加装ESP系统并通过麋鹿试验吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP的发展历史美国国家高速公路交通安全局（NHTSA）的FederalMotorVehicleSafetyStandardNo.126规定在美国制造并销售的整车总重在4536kg以下的车辆（包括乘用车、多用途车及卡车等），必须安装ESP，并规定了具体实施的时间表吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP的发展历史欧洲委员会已提出到2012年全部新车均配备ESP的目标2007年欧洲新车评价计划Euro-NCAP机构也开展了欧洲市场ESP装车率调查（德国、丹麦及瑞典等国标准配置率都在70%以上），并建议用户在购买新车时应避免选择未配备ESP的车型。目前欧洲市场2006年新注册车辆ESP装配率已达到43%吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP装车情况吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU4、ESP的工作原理ESP的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUECU测量和估算各种运动参数Thecontrolunitmeasuresandestimatesthemotionvariables根据驾驶员的意图计算希望的动作Thedesiredbehaviouriscalculatedinaccordancewiththedriver'swishs测量出车辆的实际动作TheacturalvehiclebehaviourismeasuredECU判断出车辆的偏差ThecontrolunitrecognizesthevehicledeviationECU计算正确的参数，同时发动机和制动进行适当的介入ThecontrolunitcalculatesthecorrectingvariablesandcommencesthebrakeandengineinterventionwhereappropriateESP控制原理框图ESP的工作原理ESP系统判断驾驶员的期望行驶意图吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU通过方向盘转角、油门制动踏板位移传感器判断驾驶员期望行驶意图（通过线性两自由度模型获取理想的横摆角速度和质心侧偏角）ESP的工作原理汽车实际运动状态吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU通过横摆角速度与侧向加速度传感器估算汽车实际运动状态（判断是否进入过度转向或不足转向区）ESP的工作原理ESP系统进行干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP精确分配制动压力，引导车辆按驾驶员的意图行驶ESP的工作原理当理想和实际横摆角速度之间的差距超过给定的门限值时（或侧偏角超过设定的最大允许值），按一定控制逻辑对车轮的纵向力大小进行相应的控制和调节，使作用在汽车上的横摆力矩发生变化利用左右两侧制动力差产生的附加横摆力矩，迫使汽车作相应的横摆运动，使汽车实际运动状态更接近于驾驶员对汽车的期望运动状态，从而保证制动和加速时的方向稳定性和可操纵性，避免出现不足转向和过度转向。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP的工作原理ESP系统对过度转向的干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU未装备ESC的车辆车辆进入了一个左弯，由于车辆的速度太快，车辆的后轴将会发生侧滑。对于没有装备ESP系统得车辆，后轴的侧滑将引起车辆的“激转”。ESP的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU对于装备有ESP系统的车辆，系统将立即感知出相对于驾驶员期望的车辆轨迹汽车的行进方向的变化太快（车辆的横摆角速度变化太快）。它将即刻对右前轮进行制动以使车辆的实际行进方向返回到驾驶员期望的路径上来。ESP的工作原理ESP系统对不足转向的干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU未装备ESC的车辆车辆进入了同过度转向类似的工况，车辆的前轴达到路面附着系数的极限开始发生侧滑对于没有装备ESP系统得车辆，前轴的侧滑将引起车辆滑出路面。ESP的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU系统将立即感知出相对于驾驶员期望的车辆轨迹汽车的行进方向的变化太慢（车辆的横摆角速度变化太慢）。它将即刻对左后轮进行制动以使车辆的实际行进方向返回到驾驶员期望的路径上来。ESP的工作原理干预过程是非常快的，并且非常的平稳，以至于驾驶员很难觉察到ESP的干预过程。甚至在驾驶员意识到弯道过于剧烈对车辆进行制动时，ESP系统仍能在必要时校正车辆的行驶轨迹在真实道路的驾驶环境中，由于道路交通环境的复杂化，某些工况需要ESP系统对过度转向与不足转向同时进行干预，如换道行驶工况。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU视频演示ESP（Bosch工作原理）ESP（Continental）吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU5、ESP的基本结构ESP系统架构吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUESP系统架构吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU传感器：方向盘转角传感器、制动主缸压力传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器与轮速传感器ECU：电子控制单元，HCU：液压控制单元产品化的ESP产品将ECU与HCU放在一起集成的HCU、ECU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUHCU汽车ESP控制系统的液压调节器比ABS/ASR液压调节器多了预压泵和压力生成器吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU6、ESP的控制策略ESP控制的两类问题ESP可分为两类问题：一类是轨迹保持问题，可由汽车的质心侧偏角来描述；另一类是稳定性问题，可由汽车的横摆角速度来描述吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU—车辆质心侧偏角—车辆横摆角速度ESP的控制系统分类ESP以横摆角速度和质心侧偏角作为被控变量，它们之间是互相耦合的。按照ESP的理想控制目标可以将目前国际ESP控制算法大体划分为汽车横摆角速度控制、前后轮侧偏角控制、横摆角速度和侧偏角综合控制等。大陆公司的ESP控制算法以横摆角速度为主要控制变量，Bosch公司以横摆角速度和侧偏角综合控制。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUBosch的ESP控制策略吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU期望值实际值期望横摆角速度期望质心侧偏角实际横摆角速度实际质心侧偏角根据横摆角速度与质心侧偏角偏差的大小确定要产生修正横摆力矩的大小根据修正横摆力矩的大小值确定各个车轮最优的滑移率根据各个车轮最优的滑移率确定每一个车轮制动力的大小进行稳定控制期望横摆角速度的确定期望横摆角速度的确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUMwrruwvmkwbkakukk121211rZrwIakwkbkaubkak12212211车辆进入稳态行驶21tanKvLvwwno期望横摆角速度的确定考虑轮胎与地面的最大附着系数的条件限制由线性二自由度模型得出的期望横摆角速度值还要考虑最大附着系数的条件限制由于轮胎形式、实际磨损及磨损不均造成车辆特征参数的变化，确定期望横摆角速度时，需要做大量的实验综合考虑各种因数吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUgvywvRvvy2vgwyagvawyno期望质心侧偏角的确定由轮胎和地面的附着系数根据Shibahata的法则确定，该值随车速的变大而减少。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUM实际横摆角速度的确定横摆角速度由车辆上装有的横摆角速度传感器测得吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU车辆侧偏角的确定在纵向和侧向水平的路面上，若汽车无俯仰角和侧倾角，则汽车的侧偏角可由下式确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUwvvwvvxy2211车辆侧偏角的确定若汽车的侧偏角很小，汽车的速度恒定，上式可简化为为了提高计算的精度，消除误差，由两自由度的四轮汽车模型算出。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLUwvvydtwvvdtttty0000车辆侧偏角的确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU控制车辆的横摆角速度通过对作用在车轮上的制动力和/或牵引力进行有效的分配，就会产生一个作用在整车上的横摆力矩，称之为横摆控制力矩通过调控这个横摆力矩，汽车的横摆和侧偏运动就能得到有效的控制吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU控制车辆的横摆角速度当轮胎产生极限侧偏力时，其制动力或牵引力相对于重心所产生的横摆力矩来源于以下三个分量制动力或牵引力本身产生的横摆力矩重力转移造成(由于制动或牵引的作用)的侧偏力变化所造成的附加横摆力矩变化制动力或牵引力的变化而造成的侧偏力变化所造成的附加横摆力矩变化吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU控制车辆的横摆角速度一个车轮所产生的总横摆力矩是上面三者之和吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLURear-InnerWheelRear-OuterWheelFront-InnerWheelFront-OuterWheel50005000BrakingForceFx(N)YawMomentChange(Nm)-5000InwardOutward50005000BrakingForceFx(N)YawMomentChange(Nm)-5000InwardOutwardFx车轮分别在其制动力的作用下所产生的横摆力矩变化Bosch的ESP控制策略吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室ADSLofJLU过度转向控制是通过对外侧前轮加制动力实现的不足转向控制是通过对内侧后轮加制动力实现的