www.qp110.com 来源:互联网 作者:xjm82395219邢 类别:汽车电器维修 时间:2008-08-21
内容提要:电子稳定系统ESP是对人们熟知的ABS、TCS系统的进一步扩展,具有很高的集成度,从而降低了轿车的重量和价格。标准化的接口使用户可以根据自己的需要选装相应功能,也使之适用于多种排量的发动机和多种驱动形式。 关键词:ESP,行驶状态,操纵稳定性,过度转向,不足转向 1 技术现状 车轮转速是一切底盘控制系统的基本信息参量,由它计算出纵向的相对速度以及车轮滑动率,从而掌握汽车行驶状态。控制参量是车轮滑动率,通过适当的执行机构使它被限制在一定的范围内,并调节到一个额定值附近。这种方式输入信号只有车轮转速一个,并不能全面掌握汽车行驶状态,因而ABS和TCS总是不得不在牵引性能和行驶稳定性之间作出一定的妥协。为了有利于行驶稳定性,一般都避免出现可获得最大附着力的车轮滑动率。较低的车轮滑动率能提高车轮的侧向附着力,在用ABS进行制动时可获得较好的转向能力和行驶稳定性,对于装有TCS系统的车辆可以减少加速时的过度转向倾向。为了改进ABS和TCS的性能,可采用随路面附着情况变化的车轮滑动率门槛值,这将显著提高在良好附着情况下的稳定性和转向性能。 2 ESP系统简介 2.1行驶状态的更全面掌握 现代汽车的动力学控制系统对于横向动力学也要加以控制,并有效地防止诸如侧滑之类的失稳现象。为了实现这一目标,除了汽车的纵向动力学状态外,该系统还必须能进一步掌握横向动力学状态。为此奔驰公司作了广泛的试验研究,并取得了重要的成果。它选取了如下几个最少但却必要的信息输入单元:轮速传感器(每车轮一个)、前轮转角传感器和模搜角速度传感器。另外侧向加速度传感器使得β角的估计成为可能,从而使ESP实现对大β角的限制,进一步改善了行驶特性。当汽车的行驶状态通过这些参量得到了更精确的反映后,就不必在行驶稳定性和牵引性能上作较大妥协了,而可以依据不同状态对两者进行最佳的调节和控制。 2.2 ESP的基础——行驶状态的识别 ESP系统的作用原理如下:期望横摆角速度反映了在稳定行驶状态下驾驶员所期望的汽车行驶特性。这个值通过测得的前轮转向角、侧向加速度以及车速等参数由公式(2)给出。另一方面。当前的实际横摆角速度由横摆角速度传感器直接提供。期望值与实际值的差就反映了实际行驶状态与理想状态的偏离程度。见公式(2)根据这个差值以及实际横摆角速度和前轮转向角,控制单元作出是过度转向还是不足转向的判断。例如一辆汽车正沿向左的弯道行驶,那么对于一辆过度转向的汽车应满足△ω<a而对于不足转向的汽车应满足△ω>b
△ω=ωsoll – ωist 式中: V ----- 车速; I ----- 轮距; δH ----- 前轮转向角; iS ----- 转向机构传动比; Ih ----- 质心到后轴的距离; Vch ----- 特征车速; ay ----- 侧向加速度; a ----- 过度转向门槛值; b ----- 不足转向门槛值; △ω ----- 横摆角速度之差; ωsoll ----- 实际横摆角速度; ωist----- 期望横摆角速度。 2.3 实现汽车稳定的可能性 汽车与路面之间力的作用全靠轮胎,轮胎通过纵向、横向滑转来传递地面施加的纵向及测向力。轮胎力和其他外力决定了汽车的运动,也由此决定了其稳定性。根据附着椭圆我们知道轮胎的纵向附着力和侧向附着力是此消彼长的关系。ESP通过对每个车轮滑动率的精确控制,使各个车轮的纵向分力和侧向分力迅速改变,从而在所有工况下均能获得所期望的操纵稳定性。 2.3.1 过度转向时的控制措施 在过度转向时ESP的控制措施如图1所示。一旦出现过度转向,驱动力分配系统就会降低驱动力矩,以提高后轴的側向附着力。地面作用于后轴的側向力相应会提高,从而产生一个与过度转向相反的横摆力矩。位于弯道外侧的非驱动前轮开始时几乎不滑动,若仅依靠动力分配系统还不能制止开始发生的不稳定状态,控制系统将自动对该前轮实施瞬时制动,使它产生较高的滑动率,导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大,于是也产生一个与横摆方向相反的横摆力矩。由于对一个前轮制动,车速也会降低,从而获得了一个附带产生的有利稳定性的因素。
2.3.2不足转向时的控制措施 在不足转向时ESP的控制措施如图2所示。一旦ESP判定汽车具有较大的不足转向倾向,控制系统会自动对位于弯道内侧的后轮实施瞬时制动,以产生预定的滑动率,导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大,于是产生了一个与横摆方向相同的横摆力矩。此外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素。首先,由于制动而使车速降低;其次,由于差速器的作用,对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速,即外侧后轮受到的驱动力增加而恻向力减少,于是产生了又一个所期望的横摆力矩。
2.3.3 通过CAN完善控制功能 ESP的ECU(电子控制单元)与发动机、传动系的 ECU通过 CAN(Controller Area Networ)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、液力变矩器变短比和所在档位等信息传给ESP,以估算驱动轮上的驱动力短。当ESP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。 2.4试验结果 ESP惊人的稳定性潜力在计算机的模拟实验中得到了证明。它能否帮助普通的驾驶者防止侧滑,能否得到用户的认可,对此奔驰公司在它的模拟驾驶器上作了大量研究试验。模拟驾驶器的一大优点是它能反复模拟一些极限行驶工况而不会危及乘员的生命安全。 试验分两组,每组40名成员;一组没装ESP,而另一组装有ESP。他们在模拟器中驾车驶过一段多弯道的公路,其中有4个弯道,路面附着系数由1.0突然降至0.28-0.34之间,经过55m后又突然变回l.0,汽车将以100km/h和0.3g的恻向加速度驶过。在试验前驾驶员们既不知道路面状况也不知道车上是否装有ESP。试验结果表明,没有ESP的一组中78%的驾驶员在多达三个弯道上出现了侧滑事故,而在装备了ESP的一组中没有发生任何事故,也没有出现侧滑现象。这说明ESP的引入确实提高了主动安全性,对用户有很高的实用价值。 奔驰公司还对所有未出事故的试验(带有和不带有ESP)作了对比分析。结果表明无论带不带ESP,对道路宽度的要求是相近的,明显不同的是,为保证车辆稳定所需的转向动作,装备了ESP的车辆其转向轮转角范围和最大转向角速度都要小50%左右,这意味着极大地减轻了驾驶员的负担。 3 结束语 ESP投放市场后获得了广大用户的一致好评,被证明是继ABS(制动防抱死系统)和TCS(牵引力控制系统)之后,汽车主动安全性的又一重大飞跃。目前它已不再是豪华轿车才有的标准装备,奔驰E级、C级轿车,奥迪A6、A4等其它轿车上也陆续配上了这种安全系统。将来它也会象ABS系统的发展历史一样,逐渐在轿车上得到普及。
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