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图解汽车底盘技术11-稳定性控制系统ESP

凌凯汽车技术
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一、稳定性控制系统ESP组成

ESP是英文 Electronic Stability Program的缩写,其中文含义为“电子稳定程序”我们一般称为稳定性控制系统,它是基于ABS系统基础上设计的一种综合性主动安全系统。

稳定性系统由众多部件组成,通过以下几个方面介绍系统的结构组成:传感元件、液压单元、控制模块。

1.传感元件

ESP稳定性系统中的传感元件主要包括: 车轮传感器;方向盘转角传感器;稳定性传感器;制动真空传感器;ESP开关;ESP指示灯。

(1)车轮传感器

车轮传感器向控制模块提供每个车轮转速的信息;控制模块利用来自车轮传感器的信号来计算车辆速度以及汽车加速和减速。

结构

福特车系的现在采用的是霍尔型的主动式轮速传感器。传感器的信号发生由两部分完成:

①传感器

②触发轮,触发轮安装在车轮的轴承中。

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(2)方向盘转角传感器

该传感器将方向盘的转角信息传递给控制单元。福特汽车上主要使用两种类型的传感器:光电式和霍尔式。

①光电式传感器

此传感器是一个叶片式双光学传感器,装在转向柱上,用于监测方向盘的转动方向和转速。安全气囊的带滑环的回位环集成在该传感器内且位于该传感器下部。传感器在左右两个转动方向都可以测量720°的转角,相 当于方向盘转动4圈的角度。

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②霍尔式传感器

此方向盘转角传感器也是位于转向盘下方。

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(3)稳定性传感器

稳定性控制传感器实际是由偏航速率传感器,纵向加速度和横向加速度传感器组成。

■横向加速表可测量车辆转弯时产生的倾向于横向作用于车辆的力量 ;

■偏航角速度传感器可测量偏航角,偏航角指车辆在转弯时指向的方向与车辆实际移动方向之间的差异;

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■纵向加速表可在车辆前行与倒车时测量汽车加速与减速情况。

①加速度传感器结构

横向加速度与纵向加速度传感器都是按电容原理工作的。 假设有两个串联的电容器,中间那块公用的电容器片可以 通过力的作用而移动。每个电容器都有一定的电容,也就 是说可以容纳一定量的电荷。

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②偏航率传感器结构

偏航率传感器的基本组件是一个硅单晶体制成的双音叉微 机械系统,该系统在一个小电子部件内,这个电子部件装 在传感器片上。

现在让我们看一下双音叉的简化图:双音叉在其“腰部” 处与其它硅元件相连,为了清楚起见,此处未画出这部分。 双音叉由一个励磁音叉和一个测量音叉构成。

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偏航率传感器结构件图

(4)制动真空传感器

制动助力器的真空传感器是一种被ABS的压电装置模块,用来监测制动助力器中的真空度。

传感器是通过3根线与ABS模块连接的:

■传感器5伏电压;

■传感器搭铁;

■传感器输出。

传感器输出范围从0.2伏到4.9伏,这取决于增压器中真空度的大小。

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真空助力传感器

(5)ESP开关

ESP的开关使我们平时说的“软开关”,可以通过显示屏控制ESP的关闭。

当驾驶员需要关闭ESP的功能时,可以通过仪表操作,在辅助驾驶的菜单里取消牵引力控制。

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ESP的关闭

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(6)ESP指示灯

ESP指示灯有两个:稳定性控制指示灯和稳定性控制关闭指示灯。

稳定性控制灯在发动机启动时暂时点亮,而在驾驶状态下稳定性系统被激活时转为闪烁。

稳定性控制关闭灯在发动机启动时暂时点亮,而在关闭稳定性控制系统时持续点亮。

在开关牵引力控制系统时,在信息显示器中会出现说明系统状态的消息。

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ESP指示灯

2.液压单元

液压控制单元(HCU)将来自电子控制模块的电信号转变为液压动作,控制车轮分泵压力。HCU与电子控制模块组装在发动机舱内。HCU是独立单元,只能整体维修。液压单元由以下四部分构成:油泵总成、阀体、蓄压器、电磁阀。

(1)油泵总成

油泵总成安装在液压单元上,维修时不能单独进行更换。油泵总成由一个电机和一个双回路柱塞液压泵组成。在ABS控制过程中,油泵总成确保减压阶段制动液快速回流和增压阶段所需的压力油液的供应。

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(2)阀体

阀体与油泵总成组成一体,阀体有两根管与制动总泵相连,有四根管与四轮的制动分泵相连。

在液压控制单元中,双回路径向活塞泵和低压蓄压器都集成一个在铝壳阀体中。左图是内部结构示意图。

(3)蓄压器

低压蓄压器安装在液压单元内部,用于储存释放制动时回流的制动油。

在ABS减压阶段制动液流回制动管路低压侧。低压蓄压器活塞压缩弹簧移动并储存制动液。当油泵运转吸油时活塞回移,油泵把制动液泵回到制动分泵和高压蓄压器管路。高压蓄压器在管路中用于降噪缓冲。

对角分布的液压控制制动回路中一般都采用2个低压蓄压器和2个高压蓄压器。

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阀体的低压蓄压器

(4)电磁阀

电磁阀被直接用来控制制动管路的压力变化。如下图所示:HCU包含12个电磁阀:4个进液电磁阀(常开);4个出液电磁阀(常闭);2个隔离电磁阀(常开);2个开关电磁阀(常闭)。

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阀体的电磁阀

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3.控制模块

配备ESP的车辆运行时通过控制器局域网(CAN)进行模块间的通信。CAN网络将ESP与PCM模块连接起来。

(1)ESP控制模块

ESP控制模块利用各种传感器,将司机的转向输入信号和制动操作与汽车的实际运动进行比较。然后再对制动系统和发动机控制系统进行同时管理,以保持在减速,加速和汽车机动操纵时对车辆的稳定性控制。电子控制模块与液压控制单元(HCU)组合为一体装在发动机舱内,一般位于制动总泵下方的位置。

控制模块有十二个用于液压调节的电磁阀线圈,控制模块还有一个内部压力传感器,用于测量系统中的制动压力。

在配备稳定性辅助控制系统的车辆上控制模块集成了 ABS,EBD和牵引力控制功能。

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(2)PCM控制模块

动力控制模块(PCM)用于控制汽车动力传动系部件的操作。PCM可在任何速度下调整发动机扭矩,以保持汽车的稳 定性。PCM通过对点火正时进行修正,调整燃油喷射量来达到减小发动机扭矩的目的,直到控制模块中止请求。PCM 既向控制模块输入信号,也从这些模块接收输出信号。现在福特车辆PCM通常安装在发动机舱内,位于前围板的附近。

在发生ESP事件时,PCM与ESP电子控制模块进行通信, 帮助防止滑移和对牵引力进行控制。

当汽车以超过预定速度(通常为45至56km/h之间)行驶 时,如果控制模块发现一个车轮将要抱死,就会命令PCM 减小发动机扭矩。

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二、稳定性控制程序ESP控制策略

单独对车轮进行制动是ESP的首要功能。换句话说,为了使车辆恢复稳定行驶,必须对各个车轮单独施加精确的制动力。而且ESP还能调整发动机扭矩并干预自动变速器的档位,而整个过程中ESP利用微处理器分析来自传感器的信号并输出相应的控制指令。对车轮的制动生产的转动力矩可以抵消汽车过大的横摆力矩,使汽车回到驾驶员所要的方向来。

所以说ESP调整主要通过下列途径:

■发动机干涉

■制动干涉。

ESP系统在操作的所有阶段,可以通过下列途径保持横向附着力:

■ABS系统液压干涉,防止车轮在紧急制动时抱死。

■TCS降低发动机驱动扭矩及对驱动轮进行液压干涉,确保足够的牵引力。

■ESP在转弯时,调整发动机驱动扭矩及对所有车轮制动器进行液压干涉,将转向过度和转向不足的情况减到最低程度倒车时ESP关闭。在自动档车辆上倒车信号通过CAN或网络送给 ABS/ESP模块,手动档车辆则是通过倒车灯开关直接输送信号给控制模块。

如果在ESP控制期间ABS控制激活,则受ESP控制的车轮不受ABS逻辑的控制。

(1)转向不足时的ESP工作状态

当驾驶员希望转弯时,虽然前轮已转向弯道方向,但汽车仍沿前行轨迹继续前进,这时就会发生转向不足。主要原因是,前轮缺乏足够的横向附着力。转向不足通常是由于转弯速度过大或路面附着力有差异造成轮胎损失附着力所致。

ESP的工作调整:

当汽车有不足转向倾向时,ESP根据需要先减小发动机扭矩,然后再进行制动干涉。

PCM根据ESP模块通过CAN总线发来的请求,减小发动 机的扭矩。之后,发动机控制模块再将扭矩减小的确认信息传回ESP模块。

ESP对弯道内侧的车轮施加制动并对后轮施加更大的制动力,这个过程降低临界偏航扭矩,促使车辆又恢复稳定状态。

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(2)转向过度时的ESP工作状态

汽车转向时后部朝弯道的外侧滑移,被称为转向过度。转向过度通常是由于路面附着力有差异造成轮胎损失侧向附着力,不能克服作用于汽车的离心力所致。

ESP的工作调整:

当汽车有过度转向倾向时,ESP根据需要启动一个纠正措施,先减少发动机扭矩,然后再进行受控制动干涉。

PCM根据ESP通过CAN总线发来的请求,减小发动机的扭矩。然后再将扭矩减小的确认信息传回ESP。

ESP再对弯道外侧的车轮施加制动并对前轮施加更大的制动力。

图解汽车底盘技术11-稳定性控制系统ESP

内容来源:

图解汽车底盘技术11-稳定性控制系统ESP

《透视图解汽车构造.原理与拆装》

化学工业出版社 主编:于海东

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