汽车电子稳定系统（ESP）详解

汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统(Electronic Stability Program，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(Active Yaw Control)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。 　　在汽车行驶过程中，因外界干扰，比如行人、车辆或环境等突然变化，驾驶员采取一些紧急避让措施，使汽车进入不稳定行驶状态，即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态。装置ESP的汽车能在极短的几毫秒时间内，识别并判定出这种汽车不稳定的行驶趋势，通过智能化的电子控制方案，让汽车的驱动传动系统和制动系统产生准确响应，及时恰当地消除汽车这些不稳定的行驶趋势，使汽车保持行驶路线和预防翻滚，避免交通事故的发生。 　　ESP系统是汽车主动安全措施的巨大突破，它通过控制事故发生的可能性来实现安全行车，使汽车在极其恶劣的行车环境中确保行驶的稳定性和安全性。 　　1．汽车电子稳定系统的组成 　　ESP在ABS和ASR各种传感器的基础上，增加了汽车转向行驶时横摆率传感器、车身翻转角速度传感器、侧加速度传感器、制动总泵中的液压力传感器和转向盘转角传感器等。其中最重要的是车身翻转角速度传感器，这种车用传感器是航天飞机和空间飞行器上使用的旋转角速度传感器的类似产品。车身翻转角速度传感器就像一个罗盘，适时地监控汽车行驶的准确姿态，监控汽车每个可能的翻转运动角速度。其他传感器则分别监控汽车的行驶速度和各车轮的速度差，监控转向盘的转动角度和汽车的水平侧向加速度，当制动发生时则监控制动力的大小和各车轮制动力的分配情况。 　　ESP系统包括车距控制、防驾驶员困倦、限速识别、并线警告、停车入位、夜视仪，周围环境识别、综合稳定控制和制动助力(BAS)9项控制功能。通过综合应用9种智能主动安全技术，ESP可将驾驶员对车辆失去控制的危险性降低80％左右。 　　ESP智能化随车微机控制系统，通过各种传感器，随时监测车辆的行驶状态和驾驶员的驾驶意图，及时向执行机构发出各种指令，以确保汽车在制动、加速、转向等状况下的行驶稳定性。 　　图1是汽车电子稳定系统ESP的各种传感器及电子稳定系统ECU在轿车上的安装，其ECU中配置了两台56kB内存的微机。ESP系统利用这两台微机和各种传感器信号不间断地监控车内电子模块、系统的工作状态和汽车的行驶姿势，比如，速度传感器每相隔20ms就会自检一次。ESP系统还通过车内电子模块之间的信号交流通信网络，充分利用防抱死制动系统ABS、制动助力系统BAS和驱动防滑控制系统ASR等的先进功能。紧急情况下，如紧张的驾驶员对制动力施加不够，制动助力系统BAS将自动增大制动力。在ESP系统出现故障不能正常工作时，ABS和ASR系统能照样工作，以保证汽车正常行驶和制动。 　　ESP系统的功能不简单是ABS和ASR功能之和，而是ABS与ASR功能之和的平方，因此使汽车能在极其恶劣的条件下保持行驶的稳定性。梅塞德斯-奔驰A级轿车的安全理念是通过先进的电子控制模块与液压机械执行机构的智能化集成，实现了对汽车及乘员安全的最大可能保护。 　　2．汽车电子稳定系统的工作原理 　　从外部作用于汽车的所有力，包括制动力、驱动力、任何一种侧向力，都会引起汽车绕其质心转动。ESP系统根据此原理，在汽车进人不稳定行驶状态时，通过对制动系统、驱动传动系统的干涉，修正过度转向或转向不足的倾向，使汽车保持稳定行驶状态。 　　微机控制系统的ROM中，预先储存了控制程序中的标准技术数据。在汽车传感器监测并将汽车行驶状态的各种数据随机传送给ECU时，ECU立即调出预存标准数据与之进行比较，判定轿车是否出现不稳定行驶趋势和不稳定的程度及原因。一旦确定汽车有不稳定行驶的趋势，ESP系统就会自动代替驾驶员控制汽车，通过微机控制系统向制动执行机构和发动机执行机构发出指令，采取最有利的安全措施修正驱动力和制动力，阻止潜在危险情况的发生，使汽车恢复到安全稳定的行驶状态。 　　微机控制系统指令执行的安全措施是指，当汽车传感器监测到汽车有发生翻转或偏离驾驶员需求的行驶路线的趋势时，系统能有选择地对单个汽车前轮或后轮实施制动，或必要时同时增加或者减少发动机的输出转矩，调整驱动力。 　　图2是汽车在转弯道路上行驶时的轨迹示意。见图2(a)，当汽车驶入弯道时，假如驾驶员通过转向盘使汽车转向的转弯半径大于弯道半径，这种情况称为不足转向。如汽车车速过快，则汽车可能冲出路面。安装在汽车上的横摆率传感器会测出转向偏差，侧加速度传感器会测得右驶加速度偏大和转向盘转角传感器测得左转向不足，并立即监测到这种冲出路面的危险趋势，将信号输入电子稳定系统中的ECU。ECU立即指令在左后轮实施脉冲制动力，制动力在汽车质心产生一个向内偏转力矩，迫使汽车绕质心向内偏转一个角度。同时ECU立即指令发动机减少输出转矩，将汽车速度降下来，并代替驾驶员使汽车转向角度稍大一些，使汽车按弯道半径要求的转向角度行驶，回到正确路线上。 　　反之，见图2(b)，汽车行驶轨迹的最初位置。假如驾驶员转向盘转动过猛，使汽车转弯半径小于弯道半径，这种情况称为过度转向。如汽车速度过快，则汽车可能因离心力而向外翻转。安装在汽车上的横摆率传感器、侧加速度传感器和转向盘转角传感器等监测到这种翻转的危险趋势，立即将信号输入电子稳定系统中的ECU，ECU迅速指令在右前轮实施脉冲制动，制动力在汽车质心产生一个向外偏转力矩，抵消离心翻转力矩，迫使汽车绕质心向外偏转一个角度，制止了汽车可能侧翻的趋势。同时ECU控制迅速减少驱动力，将汽车速度降下来，并代替驾驶员使汽车转向角度稍小一些，使汽车按弯道半径要求的转向角度行驶。 　　综上所述，汽车电子稳定系统ESP在汽车出现不稳定行驶趋势时，采用了两种不同的控制方法，使汽车消除不稳定行驶因素，回复并保持汽车预定的行驶状态。这两种控制方法是，首先ESP系统通过精确地控制一个或者多个车轮的制动过程(脉冲制动)，根据需要分配施加在每个车轮上的制动力，迫使汽车产生一个绕其质心转动的旋转力矩，同时代替驾驶员调整汽车行驶方向。其次在必要时(比如车速太快，发动机驱动转矩过大)，ESP系统自动调整发动机的输出转矩，控制汽车的行驶速度。 　　通过采取上述两种技术措施，当汽车进行蛇形线路测试的时候就可以有效避免汽车的翻转。ESP系统不仅仅是在干燥路面上提高了汽车的稳定性，还可以在路面附着性比较差的时候，诸如结冰、湿滑，以及碎石等情况下起作用。在上述不利状况下，车轮与路面之问的附着力降低，即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上，汽车容易发生侧滑和跑偏，失去方向稳定性，甚至在急转弯的时候发生翻车事故，这时就需要ESP系统。

关键词： 汽车电子稳定系统ES