汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)的原理分析
綜上所述,汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP在汽車(chē)出現(xiàn)不穩(wěn)定行駛趨勢(shì)時(shí),采用了兩種不同的控制方法,使汽車(chē)消除不穩(wěn)定行駛因素,回復(fù)并保持汽車(chē)預(yù)定的行駛狀態(tài)。這兩種控制方法是,首先ESP系統(tǒng)通過(guò)精確地控制一個(gè)或者多個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)過(guò)程(脈沖制動(dòng)),根據(jù)需要分配施加在每個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)力,迫使汽車(chē)產(chǎn)生一個(gè)繞其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)力矩,同時(shí)代替駕駛員調(diào)整汽車(chē)行駛方向。其次在必要時(shí)(比如車(chē)速太快,發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)大),ESP系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,控制汽車(chē)的行駛速度。
通過(guò)采取上述兩種技術(shù)措施,當(dāng)汽車(chē)進(jìn)行蛇形線(xiàn)路測(cè)試的時(shí)候就可以有效避免汽車(chē)的翻轉(zhuǎn)。ESP系統(tǒng)不僅僅是在干燥路面上提高了汽車(chē)的穩(wěn)定性,還可以在路面附著性比較差的時(shí)候,諸如結(jié)冰、濕滑,以及碎石等情況下起作用。在上述不利狀況下,車(chē)輪與路面之問(wèn)的附著力降低,即使是最好的駕駛員也很難將高速行駛的汽車(chē)保持在預(yù)定的路線(xiàn)上,汽車(chē)容易發(fā)生側(cè)滑和跑偏,失去方向穩(wěn)定性,甚至在急轉(zhuǎn)彎的時(shí)候發(fā)生翻車(chē)事故,這時(shí)就需要ESP系統(tǒng)。
3.汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)的可靠性
梅塞德斯-奔馳公司從1994年起就對(duì)ESP系統(tǒng)進(jìn)行了適用性和可靠性的全面驗(yàn)證試驗(yàn)。
在微機(jī)控制系統(tǒng)的ROM中,預(yù)先儲(chǔ)存的控制程序中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù),應(yīng)該來(lái)源于大量的實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)。但由于在沒(méi)有安全保障的情況下的實(shí)車(chē)試驗(yàn),有可能造成無(wú)法彌補(bǔ)的安全事故后果,因此標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)的取得,采用了模擬器。模擬器內(nèi)輸入了大量的通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù),可以仿真出很多復(fù)雜的路面狀況和駕駛過(guò)程。再通過(guò)80位梅塞德斯轎車(chē)車(chē)主用模擬器進(jìn)行時(shí)速為100km/h的模擬路面駕駛試驗(yàn),得到各種不同性能的汽車(chē)在各種駕駛過(guò)程中的響應(yīng)。模擬器檢測(cè)手段既安全,又可以得到很多實(shí)車(chē)試驗(yàn)無(wú)法測(cè)量的數(shù)據(jù)。比如,在試驗(yàn)場(chǎng)的4個(gè)轉(zhuǎn)彎處,用模擬器模擬路面突然結(jié)冰的情況,這將使車(chē)輪和路面之間的附著力在幾米的路程內(nèi)減少 70%以上。如果轎車(chē)沒(méi)有ESP系統(tǒng),則78%的駕駛員不能將他們的汽車(chē)穩(wěn)定在冰雪路面上,還可能遭受汽車(chē)連續(xù)3次翻轉(zhuǎn)造成的傷害。有了ESP系統(tǒng),所有參加過(guò)模擬測(cè)試的駕駛員都能避免汽車(chē)翻轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。
1995年,梅塞德斯-奔馳S級(jí)轎車(chē)開(kāi)始安裝ESP系統(tǒng),ESP系統(tǒng)突出的安全保障表現(xiàn),大大降低了汽車(chē)在各種道路狀況下以及轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的可能性。同時(shí)汽車(chē)在彎道和濕滑路面上的制動(dòng)距離得到縮短,在彎道行駛加強(qiáng)了汽車(chē)線(xiàn)內(nèi)行駛能力。1998年,梅塞德斯-奔馳A級(jí)微型轎車(chē)也安裝了。ESP系統(tǒng),使這種采用大量高新技術(shù)開(kāi)發(fā)的A級(jí)微型轎車(chē),克服了因車(chē)身較窄,在汽車(chē)以小轉(zhuǎn)彎半徑急轉(zhuǎn)向時(shí),容易產(chǎn)生側(cè)向翻轉(zhuǎn)而造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失的缺點(diǎn),成為一輛安全性能卓越的微型轎車(chē)。
目前,梅塞德斯-奔馳公司的S600、CL600、sL600、FA30、E320、4MATIC以及高性能的E55AMG和C43AMG等車(chē)型上都選配了ESP系統(tǒng),2002年所有G級(jí)車(chē)上都安裝了該系統(tǒng)。
新一代汽車(chē)電子穩(wěn)定系統(tǒng)將主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(Active steering Control,ASC)和可選擇懸架模式的主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)(Active Damping Control,ADC)和ESP集成在一起,使汽車(chē)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)更加完善,提高了汽車(chē)在任何情況下的行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性。
在非危險(xiǎn)行駛狀況下,主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)使駕駛更靈活,以增加駕駛樂(lè)趣。在危險(xiǎn)行駛狀況下,主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)共同控制汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。
5.綜合穩(wěn)定控制系統(tǒng)
綜合穩(wěn)定控制系統(tǒng)在任何給定的條件下,具有綜合控制車(chē)上所有的主動(dòng)系統(tǒng),如驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和操縱系統(tǒng)等功能。綜合穩(wěn)定 控制系統(tǒng)與現(xiàn)行的主動(dòng)車(chē)輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)相比,可以對(duì)汽車(chē)進(jìn)行持續(xù)控制,并實(shí)現(xiàn)控制的個(gè)性化。
6.汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展
(1) 集成底盤(pán)管理系統(tǒng)
隨著電子技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路和微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,汽車(chē)的電子化程度越來(lái)越高。汽車(chē)的底盤(pán)系統(tǒng)也改變了以往那種完全依靠液壓或氣壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞力的機(jī)械式結(jié)構(gòu),開(kāi)始步入電子伺服控制(By-wire,操縱裝置與執(zhí)行器之間靠電信號(hào)聯(lián)系而非機(jī)械的連接)階段,底盤(pán)綜合控制系統(tǒng)也已開(kāi)始出現(xiàn)。先進(jìn)的底盤(pán)電子控制系統(tǒng)優(yōu)化了車(chē)輪與地面之間的附著狀況,顯著地改善了汽車(chē)的動(dòng)力性、安全性和舒適性。
汽車(chē)底盤(pán)電子控制系統(tǒng)將逐步形成一個(gè)集成底盤(pán)管理(ICM)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將集成所有的底盤(pán)電控子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)問(wèn)硬件、能量和信息的共享,以最大限度地獲取系統(tǒng)集成帶來(lái)的增效作用,提高汽車(chē)的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。圖3是ICM系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)圖的上層只包含了一些關(guān)鍵的監(jiān)控功能,在這一層次上系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)“協(xié)調(diào)器”ECU來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、底盤(pán)系統(tǒng)等的管理??瞻追綁K代表其他的功能,如導(dǎo)航和ACC功能。結(jié)構(gòu)圖的下層代表目前的電控系統(tǒng),不過(guò)它 們不再是單獨(dú)工作的模塊,而是在上層單元監(jiān)控、管理下協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器可分為兩類(lèi):傳統(tǒng)型和智能型。傳統(tǒng)型傳感器和執(zhí)行器與各自的ECU之間只有直接的物理連接,而智能傳感器和執(zhí)行器與ECU之間則使用總線(xiàn)接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。一般情況下它們都具有自診斷能力和一定的傳感器信號(hào)處理能力。
(2) 動(dòng)力車(chē)身控制系統(tǒng)(Dynamic Body Control)
對(duì)于多用途運(yùn)動(dòng)車(chē)(SUV)和其他質(zhì)心較高的汽車(chē),動(dòng)力車(chē)身控制系統(tǒng)可最大程度地提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定能力,同時(shí)汽車(chē)行駛舒適感增強(qiáng)。在汽車(chē)越野行駛時(shí),車(chē)橋通過(guò)相互配合來(lái)獲得更好的牽引性能。動(dòng)力車(chē)身控制系統(tǒng)使用1~2個(gè)主動(dòng)式平衡桿模塊,通過(guò)對(duì)平衡桿施加可調(diào)節(jié)的預(yù)加載荷來(lái)防止汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生左右搖晃。當(dāng)汽車(chē)車(chē)身要發(fā)生傾斜時(shí),加速度計(jì)監(jiān)測(cè)到汽車(chē)側(cè)滑傾向,將信號(hào)傳到控制系統(tǒng)ECU,ECU指令向平衡桿執(zhí)行器通入壓力油,壓力油產(chǎn)生力的大小根據(jù)加速度計(jì)監(jiān)測(cè)到的汽車(chē)橫向加速度大小和汽車(chē)產(chǎn)生搖晃的時(shí)間來(lái)確定。
評(píng)論