system designed to im p rove veh icle hand ling and b rak ing respon se th rough p rog ramm ed in terven t ion in the
b rak ing system and o r pow ert ra in. In th is p ap er, describe the m a in cha racterist ics of ESP , the com ponen t s
2003 年 12 月
DR IV E SYST EM T ECHN IQU E
文章编号: 100628244 (2003) 04234203
D ecem ber 2003
ESP - 车辆新型主动安全系统
Esp-Veh icle New K ind of Active Safety System 张 炜 黄宏成 夏祥洪 邓 鑫
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© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
张 炜等: ESP- 车辆新型主动安全系统
令, 在不同的时间和条件下, 发挥各自的功能。 ESP 系统根据横摆率传感器、轮速传感器等多
个传感器发出的信号, 及时启动相应车轮上的制动 装置, 以修正转向过度或转向不足的倾向。ESP 系 统在加速、滑行、制动等各种操作状态下都保持工 作。 由各种传感器组成的庞大监视网络不断将汽车 的当前状态与驾驶员需要的状态进行比较, 这样无 论汽车处于加速、制动、滑行、直行、拐弯, 或者其他 状态, 电控车辆稳定行驶系统都能实现更好的行驶 稳定性。 一旦稳定性受到影响 , 系统就会触发相应 的制动动作。 此系统可人工关闭。
AB S 是防止车轮在制动时抱死, 而 A SR 抑制 加速时车轮空转。ESP 作为一个全面的系统, 以一 元化、互相作用的观念来控制车辆修正操纵方向; 同 时, 它维持车辆稳定, 防止车辆侧滑, 其控制层次比 AB S 和 A SR 更高。ESP 除了“制动干预”以外, 对动 力系统 (发动机和变速器) 的操作控制也有一定的影 响。AB S 和A SR 的功能均包含在 ESP 控制模块中, 3 个系统共用一个液压单元, 各自按 ESP 模块的指
在国外, AB S 系统从 80 年代开始得到广泛的 应用, 到目前已是一种较成熟的技术; 90 年代初发 展A SR 系统, 近两年发展到 ESP 系统。ESP 系统的 成功开发能在所有的行驶工作状态下, 对驾驶员提
供主动有效的安全保证。
1 ESP 系统主要特点
ESP 系统是一个闭环控制系统, 当车辆在转 向、制动或打滑时, 通过对制动、动力系统的干涉, 稳 定车辆的行驶。 例如, 驾驶员在转向时, 经常会由于 操作失误, 产生“转向过度”或“转向不足”。 此时, 如 果不立即改正, 车辆就会偏离正确的行驶轨迹, 严重 时还会发生事故。ESP 系统根据“所有外部作用于 车辆上的力 (如制动力、推动力、侧向力) , 都会使车 辆绕其质心而转动”的原理, 通过对一个以上的前、 后车轮进行制动干预, 能迅速克服上述操作失误, 使 车辆不偏离正确的行驶轨迹, 确保安全。
图 7 ESP 在转弯时的作用 F ig. 7 Sudden w rench ing of the steering w heel
5 结论
图 6 ESP 在突发制动时的作用 F ig. 6 A vo id ing an ob stacle
2、ESP 在转弯时的作用 如图 7 所示, 车辆转弯时, 一旦车辆右侧过弯时
统还不能制止开始发生的不稳定状态, 控制系统将 后轮制动从而导致外侧后轮被加速, 即外侧后轮受
自动对该前轮实施瞬时制动, 使它产生较高的滑动 到的驱动力增加而侧向力减少, 于是产生了又一个所
图 4 转向过度时的控制措施 F ig. 4 A ction of oversteer
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了其稳定性。 根据附着椭圆我们知道轮胎的纵向附 力迅速增大, 侧向附着力是此消彼长的关系。ESP 系统通 摆力矩。 由于对一个前轮制动, 车速也会降低, 从而
过对每个车轮滑动率的精确控制, 使各个车轮的纵 获得了一个附带产生的有利稳定性的因素。
向分力和侧向分力迅速改变, 从而在所有工况下均 2、不足转向时的控制措施
图 5 转向不足时的控制措施 F ig. 5 A ction of understeer
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期望的横摆力矩。
方向。
4 ESP 系统的应用
1、ESP 在突发制动时的作用 如图 6 所示, 车辆直行, 侧向突然出现障碍, 一 般在突发情况下驾驶员会紧张制动, 车辆将有发生 不足转向的趋势 (1) , 此时, ESP 将对左后轮制动 (2) , 车辆沿着转向轮的输入方向行驶; 随之, 车辆将 有可能发生过度转向的趋势, 此时 ESP 对右前轮制 动 (3) , 车辆重新回到稳定状态(4)。
Z hang W ei, H uang H ong C heng , X ia X iang H ong , D eng X in 上海大众汽车有限公司 上海交通大学
S hang ha i V olksw ag en A u tom otiv e C om p any L td. , S hang ha i J iao T ong U n iv ersity
( 1) , 前方向右滑出, ESP 便立即动作, 左后车轮制 动, 如此将产生一种反时钟的转向力量, 同时右前轮 制动, 而使车辆转回到行驶的方向 (2) ; 一旦车辆右 侧不足 (3) , ESP 将立即动作, 左前车轮制动, 如此 将产生一种顺时钟的转向力量, 使车辆转回到行驶
ESP 车身电子稳定系统是新一代的主动安全 系统, 在 AB S 与 A SR 系统基础上的改进与结合, 不 仅提高了系统的集成度, 减少体积和重量; 而且在原 来基础上开发和改进传感器, 如零频率响应轮速传 感器、横摆动角速度传感器等; 又进一步提高电磁阀 的响应速度、开发适应复杂情况的控制软件, 能够对 汽车瞬态运动状况进行精确定量分析、计算和控制, 使整车电子控制系统从分散到集成。
驱动力矩, 以提高后轴的侧向附着力。 地面作用于 向力迅速减少而纵向制动力迅速增大, 于是产生了
后轴的侧向力相应会提高, 从而产生一个与过度转 一个与横摆方向相同的横摆力矩。 此外还获得了两
向相反的横摆力矩。 位于弯道外侧的非驱动前轮 个附带的减少不足转向倾向的因素。 首先, 由于制
(左前轮) 开始时几乎不滑动, 若仅依靠动力分配系 动而使车速降低; 其次, 由于差速器的作用, 对内侧
能获得所期望的操纵稳定性。
在不足转向时 ESP 系统的控制措施如图 5 所
1、过度转向时的控制措施
示, 一旦 ESP 系统判定汽车具有较大的不足转向倾
在过度转向时 ESP 系统的控制措施如图 4 所 向, 控制系统会自动对位于弯道内侧的后轮实施瞬
示。 一旦出现过度转向, 驱动力分配系统就会降低 时制动, 以产生预定的滑动率, 导致该车轮受到的侧
2 ESP 系统结构组成
ESP 系统主要由以下几部分组成: AB S (防抱死系统)、A SR (牵引力控制系统)、 BA S (制动辅助系统)、ETC (电子节气门系统)、转向 角度传感器、侧加速传感器、轮速传感器、横摆率传 感器、制动压力传感器、监视器 警示灯、ESP 开关、 含 ECU (电子控制单元) 的液压泵模块等。 ETC 和巡航控制系统的功能都包含在发动机 控制模块中。ESP 系统的 ECU 与发动机、传动系的 ECU 通过 CAN (Con t ro ller A rea N etw o rk) 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 系统, 以估算驱动轮上的驱动力矩。 当 ESP 系统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 系统会 告知传动系 ECU 应事先挂入二档, 这将显著改善 起步舒适性, 尤其是对那些大功率轿车。
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图 3 ESP 控制框图
F ig. 3 T he p rog ram of ESP
轮胎力和其他外力决定了汽车的运动, 也由此决定 率, 导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动
[ 摘要 ]ESP 车身电子稳定系统是新型主动安全系统, 是一个闭环系统, 通过制动系统和 或 pow ert ra in 系统 的干涉来改善车辆的操纵和制动响应。 本文主要介绍了 ESP 系统的主要特点、组成、工作原理以及对 ESP 系统所控制的转向及制动等工况进行分析。
[Abstract ]T he ESP (elect ron ic stab ility p rog ram ) is a new k ind of act ive safety system s, is a clo sed2loop
车辆安全系统包括主动安全系统和被动安全系 统, 它们的配合使用改善了行驶的安全性及操纵性, 为减少事故发生做出了巨大贡献。 主动安全系统包 括驾驶特性 (如 AB S、A SR 和 ESP )、视野条件和工 作元件 (如轮胎) 等, 这些系统可以在危急的情况下 使车辆保持稳定及操纵响应, 帮助驾驶员在第一时 间避免事故的发生, 为行车安全做出了预防性的贡 献。 被动安全系统是设计用来保护车辆内驶乘人员 免受严重的伤害, 通过减少伤害的风险或减轻事故的 严重性来实现, 如车身防撞性能、安全气囊、安全带等。