毕业设计(论文)-汽车电子稳定程序控制ESP系统.doc
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1、本科生毕业论文本科生毕业论文 题题 目目: :汽车电子稳定程序控制汽车电子稳定程序控制 ESPESP 系统系统 学生姓名学生姓名: : 专专 业业: : 班班 级级: : 指导教师指导教师: : 20112011 年年 0101 月月 摘摘 要要 摘摘 要要 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 Contr01)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(
2、BOSCH)和梅塞德斯一奔驰(MERCEDESBENZ)公司联合开发的汽车底 盘电子控制系统。 汽车电子稳定程序控制系统除了具有ABS和TCS的功能之外,更是一种智 能的主动安全系统,它通过高度灵敏的传感器时刻监测车辆的行驶状态,并 通过计算分析判定车辆行驶方向是否偏离驾驶员的操作意图,识别出危险情 况,并提前裁决出可行的干预措施使车辆恢复到稳定行驶状态。 汽车电子稳定系统(ESP)能够纠正汽车的各种不稳定行驶状态,提高汽 车线内行驶的稳定性,缩短在弯道或湿滑路面上紧急制动时的制动距离。 为了提高车辆的动力学性能,还可以在ESP转向功能的基础上继续引入 诸如可调减震器、主动稳定性控制和可调弹簧
3、等的电子底盘控制系统。 关键词关键词:ESPESP 主动安全系统主动安全系统 ABSABS 电子控制电子控制 目录目录 目目 录录 绪 论1 第一章 ESP 电子稳定系统简介 .3 1.1 ESP 电子稳定系统概念 3 1.2 ESP 的功能与组成 3 1.3 ESP 工作原理与工作过程 6 第二章 汽车电子稳定系统分析.9 2.1 ESP 系统的控制原理 9 2.2 ESP 系统特点和性能 9 2.3 ESP 系统的应用 .10 2.4 ESP 系统的可靠性 .11 2.5 汽车底盘电子控制系统的发展 .11 2.6 新一代 ESP .12 第三章 第二代汽车电子稳定程序 ESPII 13
4、3.1 ESPII 的系统及组件 .13 3.2 ESP转向控制功能 14 3.3 系统集成控制 .16 结 束 语.18 参考文献.19 致 谢.20 绪论绪论 1 绪绪 论论 20世纪80年代,日本铃木公司首次开发出电动助力转向系统(Electrical Power Steering,简称EPS),在此之后,日本的大发汽车公司、三菱汽车公 司及本田汽车公司均研制出适合各自车型的EPS。日本精工已成为世界最大的 EPS生产厂,占全球的30%,日本光洋2006年已达到800万套,日本丰田从2003 年开始批量生产P-EPS,年产已上100万套,美国的Delphi公司、TRW公司已经 成功开发出
5、EPS系统,大大促进了EPS技术的发展。经过近20年的发展,EPS技 术日趋完善,其应用范围从最初的微型轿车配套向负荷较大的中、高档型轿 车配套发展。国外生产的中低档小型、微型汽车大都备配了电动助力转向器, 在部分中档轿车和高级轿车上已经得到应用,在中型车辆和重型车辆的应用 也已处于研究阶段。2006年EPS的市场占有率已达到30。 2006年,国内汽车产销均超过500万,目前国内开发的EPS主要针对16 排量以下的中小型汽车,而16排量以下的汽车约占70左右,因此市场潜 力巨大。当前国内实际安装EPS的汽车已达到15,主要是昌河北斗星、哈飞 路宝等,轿车有广州本田飞渡、上海大众途安、长安雨燕
6、、一汽天津花冠 30、一汽大众开迪及郑州日产MPV旅行车,这些厂家都在寻求国产化合作伙 伴。批量安装国产EPS的车型有:爱迪尔车、新雅图轿车及吉利轿车;小批安 装国产EPS的车型有天津夏利、双环S6“小贵族”汽车;正在试装EPS的车型 有:天津夏利X121轿车、福瑞达面包车、奇瑞QQ轿车及杨子皮卡等车型。一 汽轿车也准备安装国产电动转向器,正在寻求有实力的合作伙伴。重庆长安 铃木、长安福特准备在其生产的新车型中试装电动转向器。研制EPS的厂家和 科研院所已有好几十家,其中科研院所有清华大学、北京理工大学、天津大 学、吉林大学及重庆大学等。传统的汽车转向器厂家有湖北恒隆、南京标准 绪论绪论 2
7、件厂、杭州万向集团、重庆驰骋、天津津丰、浙江万达、浙江双辉剑、杭州 世宝、跃进汽车转向器公司及豫北光洋等厂家。但由于EPS为机电一体的高科 技产品,传统的汽车转向器厂家缺乏控制器开发方面的电子专家;而科研院 所重于理论研究,缺乏实际经验和批生产建线的能力,因而EPS研制进展较慢。 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 3 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 1.11.1 ESPESP 电子稳定系统概念电子稳定系统概念 ESP是电子稳定程序(Electronic Stability Programme)的简称。属于车 辆的主动安全,人们也可称之为动态驾驶控制
8、系统。 ESP以ABS制动防抱死系统与ASR牵引力控制系统为基础,增加方向盘转角 传感器、侧向加速度传感器等信息,通过对车轮制动器和发动机动力的控制, 实现对侧滑的纠正。因此,ESP整合了ABS和ASR的功能,并大大拓展了其功能 范围。 1.21.2 ESPESP 的功能与组成的功能与组成 1.2.1 ESP 的功能的功能 ESP能保证在转向状态下车辆的稳定性(横向),避免车辆产生侧滑。ESP 能以25次秒的频率对驾驶员的行驶意图和实际行驶情况进行检测,在转向 状态下,能自动根据车辆的状态,有针对性地单独制动各个车轮,或控制发 动机、自动变速器的状态使车辆保持稳定行驶。ABS是在制动的状态下保
9、持车 辆的稳定性,避免车轮抱死;TCS(ASR)是在起步或加速的状态下保持车辆的 稳定性,避免车轮打滑。 1躲避前方突然出现的障碍物 紧急制动,猛打方向盘,车辆有转向不足倾向。ESP工作,增加左后 轮制动压力,车辆按照转向意图行驶。恢复正常的行驶路线,车辆有转向 过度的倾向,在左前轮施加制动力。车辆保持稳定。 2在急转弯车道上高速行驶 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 4 车辆有甩尾倾向。自动在右前轮上施加制动力。车辆保持稳定。 车辆有甩尾倾向。自动在左前轮上施加制动力。车辆保持稳定。 3在地面附着力不同路面行驶 车辆表现出转向不足的趋势,即将跑偏。ESP发挥作用,增加后
10、右轮制 动力的同时,降低发动机输出扭矩。 从湿滑路面驶入干燥路段,车辆保持稳定。 1.22 ESP 的组成的组成 BOSCH和IrI-r为两个ESP的生产厂家,他们ESP的设计原理和基本结构是 相同的,不同的是组成元件,在备件使用上应注意其对应系统。 1 1 ESP组成(见图1): 2 2ESP主要部件(见图2): 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 5 图2 ESP主要部件 (1)ESP控制单元:为保障系统的可靠性,在系统中有两个处理器,两个 处理器用同样的软件处理信号数据。并相互监控比较。控制单元出现故障, 驾驶者仍可做一般的制动操作,但ABSEBSASRESP功能失效
11、。 (2)方向盘转角传感器:G85位于转向灯开关和方向盘之间。向控制单元 传送方向盘转动角度,测量的角度为正负720度,对应方向盘转4圈。无该传 感信号车辆无法确定行驶方向,ESP失效。 (3)组合传感器:组合传感器包括横向加速度传感器G200和偏转率传感器 G202,集中在一个舱盒内,位于副仪表台内烟灰缸下方,此处为整车的重心 位置。 a横向加速度传感器:确定车辆是否受到使车辆发生滑移作用的侧向力 以及侧向力的大小。无该信号控制单元将无法计算出车辆的实际行驶状 态ESP功能失效。 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 6 b偏转率传感器:确定车辆是否沿垂直轴线发生转动,并提
12、供转动速率。 没有横摆率测量值,控制单元无法确定车辆是否发生转向ESP功能失效。 (4)制动压力传感器:通知控制单元制动系统的实际压力,控制单元相应 算出作用在车轮上的制动力和整车的纵向力大小。如果ESP正在对不稳定状态 进行调整,控制单元将这一数值包含在侧向力计算范围之内。没有制动力压 力信号系统无法计算出正确的侧向力,故ESP失效。 (5)ASRESP按钮开关:按下该按钮,ESP功能关闭。通过再次按该按钮, ESP功能重新激活。重新启动发动机该系统也可自动激活。当ESP调整工作正 在进行或在超过一定的车速。系统将不能被关闭。 为从深雪或松软地面前后摆动驶出,有意让驱动轮打滑以摆脱被陷状 态
13、;带防滑链行驶;在车辆处于功率测试状态下行驶。出现故障后ESP无 法关闭,组合仪表上的ESP警报灯有警报显示。 (6)动态调节液压泵:由于液压控制单元回油泵设计的改进,已能满足工 作需要,所以现已取消动态调节液压泵。 (7)回油泵:单级、双级。 (8)液压控制单元:制动分泵通过液压控制单元的电磁阎控制,通过制动 分泵的人口阀和出口阀的控制,建立了三个工作状态:建压;保压;卸压。 当电磁阀功能出现不可靠故障,整体系统关闭。 1.31.3 ESPESP 工作原理与工作过程工作原理与工作过程 1ESP工作原理:ABSTCS系统就是要防止在车辆加速或制动时出现我 们所不期望的纵向滑移。而ESP就是要控
14、制横向滑移。他是各种工况下的一个 主动安全系统,处理各种异常情况,减轻驾驶员的精神紧张及身体疲劳。只 要ESP识别出驾驶员的输入与车辆的实际运动不一致,它就马上通过有选择的 制动发动机干预来稳定车辆。ESP首先通过方向盘转角传感器及各车轮转速传 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 7 感器识别驾驶员转弯方向(驾驶员意愿)。ESP通过横摆角速度传感器,识别车 辆绕垂直于地面轴线方向的旋转角度及侧向加速度传感器识别车辆实际运动 方向。ESP对危急驾驶情况作出反应前,必须获得两个问题的应答(见图3) 图3 ESP动作程序 图4 ESP工作过程 工作过程 车辆转向 行驶状态 受制动
15、车轮 目的 第一章第一章 ESP 电子稳定系统简介电子稳定系统简介 8 第一阶段 制动/向左 不足转向 左后轮 前轮保留侧向力有 效保证车辆的转向 第二阶段 向右 不足转向 右前轮 保证后轴的最佳侧向力,后轴 车轮自由转动 第三阶段 向左 过度转向 左前轮 为防止车辆出现甩尾,为限制前 轴侧向力的建立,在特殊危险情形下这个车轮将强烈制动 第四阶段 中间 稳定 无 在所有不稳定行驶状态被校正后, ESP结束调整工作 2ESPESP制动油路控制过程(见图5)调节控制阀 制动分泵(e)调节高压阀 回油泵(f)部件组成:入口阀(c) 动态液压泵(g)出口阀(d) 制动助 力器(h)建压: ESP进行控
16、制凋整动态液压泵(g)开始从制动液储液罐中 向制动管路输送制动液在制动分泵和回油泵内很快建立制动压力,回油泵 开始输送制动液使制动压力进一步提高。保压: 入口阀关闭,出口阀也保持 关闭。制动压力不能卸压。回油泵停止工作,高压阀关闭。卸压: 控制阀反 向打开在出13阀打开时,入13阀保持关闭。制动液通过制动主缸返回储液罐. 图5 ESPESP制动油路控制过程 第二章第二章 汽车电子稳定系统分析汽车电子稳定系统分析 9 第二章第二章 汽车电子稳定系统分析汽车电子稳定系统分析 2.12.1 ESPESP 系统的控制原理系统的控制原理 由汽车行驶理论可知,控制汽车的力(牵引力、制动力及转向力等)来 自
17、于地面的反作用力,此反作用力的极限值等于车轮与地面间的附着力,若 行驶中汽车所需的控制力大于该附着力,则汽车将失去控制。 汽车行驶在一定的路面上,车轮与路面间的附着系数一定,其与路面间 的附着力也一定。车辆的牵引力(或制动力)与侧向力的合力不得大于附着 力,否则车辆将失去稳定性。显然,牵引力(或制动力)若增大,则路面可 提供的侧向力减小。当滑移率A=0时,车轮与路面间不打滑,侧向附着状态最 佳;而A=1时,车轮与地面间纯滑动,侧向附着状况最差,不能控制车辆转 向。ESP系统通过直接控制作用在4个车轮上的制动力或牵引力,间接改变车 轮受到的侧向力及汽车受到的横摆力矩,使汽车的运动方向得到修正。
18、2.22.2 ESPESP 系统特点和性能系统特点和性能 2.2.1 ESP 系统的特点系统的特点 (1)实时监控。ESP是一个实时监控系统,它每时每刻都在监控驾驶者 的操控、路面反应和汽车运动状态,并不断向发动机和制动系统发出指令。 ( 2 ) 主动干预。ABS/EBD等系统在起作用时,系统对驾驶者的操控起一 定干预作用,但它不能调控发动机,而ESP则是主动调控发动机的转速并可调整 每个车轮的制动力(四通道系统),以修正汽车的过度转向和转向不足。 (3)事先提醒。ESP具有实时警示功能,当驾驶者操作不当和路面异常 时,它会在主动干预的同时用警告灯警示驾驶者。 第二章第二章 汽车电子稳定系统分
19、析汽车电子稳定系统分析 10 2.2.2 ESP 系统的功能系统的功能 奔驰公司关于ESP系统适用性和可靠性检测试验结果表明,ESP系统在汽 车行驶的各种工况下都能起到良好效果,如弯道行驶、急速绕过障碍等。ESP 系统不仅可提高汽车在干燥路面上行驶时的稳定性,还可以在路面附着性较 差(如结冰、湿滑及碎石等)时起作用。在上述不利状况下,车轮与路面之 间的附着力降低,汽车容易发生侧滑和跑偏,失去方向稳定性,甚至在急转 弯时发生翻车事故。这时ESP系统干预驾驶操作,精确控制各车轮的受力以稳 定车辆。 在过去几年中,多家世界著名汽车厂商和研究机构对ESP的有效性进行了 科学研究。结果表明,装备ESP系
20、统的汽车可以减少80%由侧滑引起的交通事 故,而且可有效降低42%的行车事故(并非因驾驶员受其他路人的影响而失去 对车辆控制而引起的交通事故)。 虽然ESP系统是汽车主动安全技术中堪称里程碑式的突破,但它并不是车 辆自动驾驶系统,不能因为使用了ESP系统,驾驶员就粗心大意,ESP系统并不能 在任何情况下都能保持汽车的行驶稳定性。 2.32.3 ESPESP 系统的应用系统的应用 奔驰公司是第一个在其轿车上使用ESP系统的汽车制造商,该系统的首 次亮相是在1995年,目前,德国已有超过70% 的新注册车辆配备了ESP。博 世公司的研究表明,2005年,欧洲大约40%的新注册车辆配备了ESP。在高
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