单元五电子稳定程序控制系统检修

单元五电子稳定程序控制系统的检修主讲教师：屈亚锋、张立新、王思霞学习情境一辆一汽大众速腾轿车进厂修理，客户反映该车在行驶中仪表板的ＥＳＰ警告灯一直点亮，经维修技师检查后判断为汽车电子稳定程序控制系统故障，需对其进行检修。单元五主讲内容生产任务相关知识课堂讨论相关技能小组工作知识拓展思考题生产任务ＥＳＰ警告灯常亮故障检修１、工作对象待检修装备ＥＳＰ的车辆１台。２、工作内容（１）领取所需的工具，做好工作准备。（２）检查电子稳定程序控制系统的工作。（３）拆卸、检查电子稳定程序控制系统主要零部件并进行检测，分析检测结果，制订修复方案。（４）安装电子稳定程序控制系统零部件，确定系统工作正常。（５）检查、评价工作质量。（６）整理工具，清洁工作场地。３、工作目标与要求（１）学生应以小组工作的方式，完成本项工作任务。（２）学生应当能在小组成员的配合下，利用汽车维修手册（或实训指导书）制订工作计划，实施工作计划。（３）能通过阅读资料和现场观察，辨别所检修电子稳定程序控制系统的结构类型。（４）能认识所检修电子稳定程序控制系统的零部件，口述电子稳定程序控制系统的工作原理和各零部件的作用。（５）能向客户解释所修电子稳定程序控制系统的故障原因和修复方案。（６）能按规范的步骤，完成电子稳定程序控制系统主要零部件的拆卸和安装。（７）在工作过程中，注意工作安全，做好废料的处理，保持工作环境整洁。相关知识5.1ESP的理论基础5.2ESP的基本原理5.3ITTMK60ESP5.4LS400车辆稳定性控制系统汽车电子稳定程序控制系统ＥＳＰ是改善汽车行驶性能的一种控制系统，是ＡＢＳ和ＡＳＲ两种系统在功能上的延伸。利用与ＡＢＳ一起的综合控制可防止汽车在制动时车轮抱死；利用ＡＳＲ可阻止汽车在起步时驱动轮滑转（空转）。ＥＳＰ可以通过有选择性地控制各车轮上的制动力，防止车辆滑移，因此，ＥＳＰ是一个主动安全系统。ＥＳＰ在不同的车型中有不同的名称，如奔驰、奥迪称为ＥＳＰ，宝马称其为ＤＳＣ，即动态稳定性控制，丰田、雷克萨斯称其为ＶＳＣ，即汽车稳定性控制系统，三菱称为ＡＳＣ／ＡＹＣ，即主动稳定控制／主动横摆控制系统，本田称为ＶＳＡ，即车身稳定性辅助系统，而ＶＯＬＶＯ汽车称其为ＤＳＴＣ即动态循迹防滑控制系统。5.1ＥＳＰ的理论基础转向时汽车的操纵稳定性至关重要，图５—１表示了汽车的侧向运动（用浮角表示）和绕汽车垂直轴的转动（横摆速度）。图５—２表示了转向角一定时的汽车横向动力学模型（圆周行驶模型）。位置１是汽车突然转向，即转向盘偏转时刻。曲线２是汽车在坚实的硬路面上行驶的车道，该车道与转向角是一致的。因为在车轮与路面间的附着系数足够大时，横向加速度力能传递到路面。当车轮与路面间的附着系数较小时，如在光滑路面，则浮角相当大，如曲线３。控制横摆速度将使汽车进一步绕其垂直轴转动，如曲线２那样，但由于浮角过大而威胁到汽车的稳定性。因此，非常有必要控制汽车横摆速度并限制浮角β，从而来保证车辆的行驶稳定（图５—２中曲线４）。5.2ＥＳＰ的基本原理ＥＳＰ工作的基本原理是利用汽车上的制动系统使汽车能够完成“转向”。车轮制动器原本任务是使汽车减速或停车。在允许的物理极限范围内，ＥＳＰ系统通过控制车轮制动器的工作，使汽车在各种行驶状况下都能在车道内保持稳定行驶。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通过侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向。例如：ＥＳＰ判定为出现不足转向时，将制动内侧后轮，使车辆进一步沿驾驶员转弯方向偏转，从而稳定车辆，如图５—３所示；ＥＳＰ判定为出现过度转向时，ＥＳＰ将制动外侧前轮，防止出现甩尾，并减弱过度转向趋势，从而稳定车辆，如图５—４所示。5.3ＩＴＴＭＫ６０ＥＳＰ１、ＭＫ６０ＥＳＰ的基本组成ＭＫ６０ＥＳＰ主要由传感器信号部件、电子控制单元和执行部件三部分组成，如图５—５所示。２、ＭＫ６０ＥＳＰ的工作原理ＭＫ６０ＥＳＰ的工作原理如图５—６所示。轮速传感器不断提供每只车轮的转速数据，转向盘转角传感器将它得到的数据直接通过ＣＡＮ总线传给电子控制单元。由这两种信息电子控制单元计算出车辆的所需转向和所需行驶状态。横向加速度传感器向电子控制单元传送侧向的偏转信息，偏转率传感器传送车辆的离心趋势，由这两种信息电子控制单元计算出车辆实际状态。如计算出所需值和实际有偏差，控制系统进行调节。ＥＳＰ决定以下内容：哪个轮子应制动或加速；发动机转矩是否该减小；在自动变速器车辆上是否需要使用变速器电子控制单元，然后根据传感器传输的数据，系统检查调节器作用是否有成效。如果有成效，则ＥＳＰ停止工作，并继续观察车辆的运行状态；如果没有成效，则调节系统重新工作。调节系统工作时，ＥＳＰ指示灯亮，提示驾驶员注意。5.3.2主要部件的构造及工作原理１、电子控制单元Ｊ１０４带ＥＢＤ／ＡＳＲ／ＥＳＰ的ＡＢＳ电子控制单元Ｊ１０４和液压调节单元合并成一个标准组件，如图５—７所示。电子控制单元具有如下功能：进行ＡＢＳ／ＥＢＤ／ＡＳＲ／ＥＳＰ以及ＥＢＣ的功能控制，连续监控所有的电器部件，进行故障自诊断。打开点火开关后，控制单元将执行自诊断，所有的电器连接都将被连续监控，并周期性检查电磁阀功能。２、转速传感器Ｇ４４、Ｇ４５、Ｇ４６、Ｇ４７ＭＫ６０ＥＳＰ系统采用的是霍尔主动式车轮转速传感器，其测量元件是带有３个霍尔元件的霍尔传感器，如图５—８所示。３、转向盘转角传感器Ｇ８５转向盘转角传感器Ｇ８５安装在转向柱上，在转向开关与转向盘之间，与安全气囊弹簧线圈集成为一体，如图５—１０所示。４、横向加速度传感器Ｇ２００横向加速度传感器的外形如图５—１３所示。横向加速度传感器具有如下功能：用来确定车辆偏离预定方向的侧向力及其大小，从而使ＥＳＰ能估算出在实际道路情况下，车辆应做怎样的运动才能保持车辆稳定。５、偏转率传感器Ｇ２０２偏转率传感器的外形如图５—１５所示。偏转率传感器的功能：用来确定车辆受不受到旋转力矩；根据它的安装位置，可以检测物体绕空间某个轴的旋转；在ＥＳＰ系统中，它是用来确定车辆是否绕着垂直轴旋转，即偏转率。６、纵向加速度传感器Ｇ２４９纵向加速度传感器（图５—１７）位于右侧Ａ柱处，并且仅应用于四轮驱动的车上。７、制动压力传感器Ｇ２０１／Ｇ２１４制动压力传感器的外形如图５—１８所示。两个压力传感器都与制动串列主缸相连。为确保最大的安全性，该传感器系统采用了冗余设计，即一个传感器失效后，另外一个可以取代其进行信号传递。传感器的功用：实时监控制动压力，以用来计算施加到整车上的制动力和附加纵向力。当ＥＳＰ进行工作时，又通过纵向力计算出横向力。８、ＥＳＰ／ＡＳＲ开关Ｅ２５６如果司机想要关闭ＥＳＰ／ＡＳＲ开关（图５—２０），按动该按钮，同时ＥＳＰ警告灯亮起。如果再想激活ＥＳＰ／ＡＳＲ功能，再次按动该按钮。如果驾驶员在停车之前忘记再次激活ＥＳＰ／ＡＳＲ功能，那么在再次起车后，ＥＳＰ控制单元将自动激活该功能。下列情况下，有必要关闭ＥＳＰ：（１）在积雪路面或松软路面上，让车轮自由转动，前后移动车辆。（２）安装了防滑链的车辆。（３）在测功机上检测车辆。９、串联主缸式制动助力装置串联主缸式制动助力装置如图５—２１所示。真空助力器由经过改进的制动串列主缸和制动助力部分组成。制动助力部分又细分为真空单元和压力部分，这两部分通过一个膜片隔开，此外，还有一个活塞阀和电磁单元。活塞阀和电磁单元包括ＥＳＰ制动识别开关Ｆ８３、制动压力电磁线圈Ｎ２４７及多种气道阀。１０、液压调节单元液压单元有两条对角线分布的制动回路。与先前的ＡＢＳ液压单元不同，现在的液压单元在每条回路中又增加了高压阀和控制阀，回油泵也变为了自吸式的回油泵。以制动回路中的一个车轮加以说明。液压调节单元基本的部件包括控制阀Ｎ２２５、ＥＳＰ动态控制高压阀Ｎ２２７、进油阀、回油阀、车轮制动轮缸、回油泵、主动制动助力、低压蓄能器等，如图５—２４所示。5.4ＬＳ４００车辆稳定性控制系统5.4.1概述１、系统组成ＬＳ４００车辆稳定性控制系统（ＶＳＣ）如图５—２７所示，可大致分为４个部分：（１）用于检测汽车状态和驾驶员操作的传感器部分。（２）用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所需的旋转动量和减速度的ＥＣＵ部分。（３）用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器部分。（４）用于告知驾驶员汽车失稳的信息部分。２、元件安装位置图５—２８所示为ＶＳＣ系统的元器件在车上的安装位置。5.4.2ＶＳＣ液压控制装置的结构和工作原理１、ＶＳＣ液压控制装置的结构如图５—２９所示，ＶＳＣ液压控制装置主要分４个部分：供能部分、制动主缸和制动助力器部分、选择电磁阀部分和控制电磁阀部分。２、ＶＳＣ液压控制装置的工作原理（１）抑制后轮侧滑。当因后轮产生侧滑而使汽车滑移角增加时，ＶＳＣ系统立即把制动力加到正在转弯的外前轮上。（２）抑制前轮侧滑。当因前轮产生侧滑而出现“漂出”现象时，ＶＳＣ系统把制动力施加到两后轮上。ＶＳＣ液压控制装置的基本动作是把经调节的供能部分的动力液压送到两个后轮制动轮缸上。课堂讨论请分析ＥＳＰ警告灯常亮的故障原因。相关技能5.5电子稳定程序控制系统检修１、转向盘转角传感器Ｇ８５零点平衡２、侧向加速度传感器Ｇ２００零点平衡３、制动压力传感器Ｇ２０１零点平衡４、ＥＳＰ起动检测小组工作（１）每８名学生组成１个工作小组，确定小组长，接受工作任务，做好工作准备。（２）阅读工作单，查阅维修手册（或实训指导书）观察待检修电子稳定程序控制系统统，讨论检修方法和步骤，确定小组人员工作分工。向实训指导教师汇报讨论结果，经指导教师同意后，开始下一步的工作。（３）按照工作单的引导，完成待检修电子稳定程序控制系统的检查工作。（４）在完成工作任务的过程中，根据工作单的要求，完成电子稳定程序控制系统零部件认识、作用和工作原理描述等学习任务。（５）完成工作单要求的电子稳定程序控制系统主要零部件的检测，将检测结果记录在工作单的相应栏目，并对检测结果作出分析。（６）回答指导教师的现场提问，接受指导教师的技能考核。（７）完成工作任务后，对工作过程进行自我评价和小组互评，听取指导教师的点评。（８）清洁工作场所，清点维护工具设备，完成任务交接。回答指导教师的现场提问，接受指导教师的技能考核。知识拓展5.6电子驻车制动系统（ＥＰＢ）传统的制动系统中，为了实现驻车功能，驾驶员必须用力拉驻车制动手柄或用力踩脚部空间里的辅助制动踏板。而对于装备电子驻车制动系统（ＥＰＢ，ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰａｒｋＢｒａｋｅ）的车辆而言，只需要轻轻按仪表板上的开关即可实现驻车功能。与传统的手动驻车系统相比，电子驻车系统具有很多优点：（１）在内部空间结构中有更大的自由度。无需安装驻车制动手柄，而由一个按钮来替代，使得内部空间结构具有更大的自由度，并且使中控台和脚部空间的设计更自由。（２）对于驾驶员来说，扩展了的功能性。由于使用了电子控制系统和ＣＡＮ联网，电子驻车制动系统能提供给驾驶员更多有用的功能［例如ＡＵＴＯＨＯＬＤ（自动保持）功能或动态起动辅助功能］以及更高的舒适度。（３）装配过程中的优点。由于无需安装驻车制动手柄及拉索，大大简化了车辆的生产过程和装配过程。（４）自诊断功能。电子驻车制动系统是一个机电一体化系统，该系统的功能会被持续监控。5.6.1基本组成及工作原理本部分以一汽大众迈腾轿车的电控机械式驻车制动器为例介绍电子驻车制动系统的结构及工作原理。电子驻车制动系统由装有减速机构和电机的左、右后轮制动执行器、传感器及开关和电子控制单元组成，如图５—３２所示。5.6.2系统元件１、后车轮制动执行器制动执行器是一个电控机械式伺服单元，它集成在后车轮制动钳中，如图５—３３所示。通过电机、多级变速器及螺杆传动，制动执行器将命令“操作驻车制动器”转换成相应的力，然后制动摩擦片以这个力压靠到制动盘上。制动执行器的结构及工作原理如图５—３４所示。电机转动运动到直线运动的整体传动比为１∶１５０（电机转动１５０转，能带动螺杆转动１次），整个过程分成三步进行。２、离合器位置传感器Ｇ４７６如图５—３８所示，离合器位置传感器固定在主动缸上，主动缸通过插销节固定在支撑座上。驾驶员踩离合器踏板时，挺杆推动主动缸中的活塞。通过这个传感器可以获知，驾驶员是否踩了离合器踏板。下列情况时，需要使用离合器位置传感器信号：（１）用于发动机起动。（２）为了关闭定速巡航装置。（３）为了暂时降低喷射量以及阻止由此而产生的换挡过程中发动机急冲现象。３、按钮及指示灯组合仪表及各个按钮中的指示灯显示电控机械式驻车制动器的状态。（１）电控机械式驻车制动器按钮Ｅ５３８。通过电控机械式驻车制动器按钮可以开启或关闭电控机械式驻车制动器。这个按钮位于车灯旋钮左边。（２）ＡＵＴＯＨＯＬＤ按钮Ｅ５４０。通过ＡＵＴＯＨＯＬＤ按钮可以开启或关闭ＡＵＴＯＨＯＬＤ功能。这个按钮位于中控台换挡杆左边。（３）电控机械式驻车制动器指示灯Ｋ２１３。电控机械式驻车制动器指示灯位于电控机械式驻车制动器按钮中。按下按钮且驻车制动器打开时，指示灯点亮。（４）制动装置指示灯Ｋ１１８。制动装置指示灯位于组合仪表中。驻车制动器打开时，指示灯点亮。（５）电控机械式驻车制动器故障指示灯Ｋ２１４。电控机械式驻车制动器故障指示灯位于组合仪表中。如果制动装置发生故障，故障指示灯点亮，请立即将车辆送至工厂检修。（６）ＡＵＴＯＨＯＬＤ指示灯Ｋ２３７。ＡＵＴＯＨＯＬＤ指示灯位于ＡＵＴＯＨＯＬＤ按钮中。按下按钮并且ＡＵＴＯＨＯＬＤ打开时，指示灯点亮。４、电子控制单元Ｊ５４０电控机械式驻车制动器控制单元Ｊ５４０如图５—４０所示，位于车内中控台区域，在中控台中进行所有对电控机械式驻车制动器的起动和诊断。电控机械式驻车制动器控制单元有２个处理器，并且通过一个专用ＣＡＮ数据总线与ＡＢＳ控制单元联网。电控机械式驻车制动器控制单元中集成了一个传感器串，包括横向加速度传感器、纵向加速度传感器以及行驶偏转传感器。传感器串的信号不仅用于电控机械式驻车制动器，还用于ＥＳＰ调节功能。5.6.3系统功能电控机械式驻车制动器提供给驾驶员以下功能：驻车制动功能、动态起动辅助功能、动态紧急制动功能和ＡＵＴＯＨＯＬＤ功能等。１、驻车制动功能电控机械式驻车制动器确保车辆能够在３０％坡度的斜坡上也能够安全驻车。通过按电控机械式驻车制动器按钮来开启和关闭电控机械式驻车制动器。任何时候都可以实施电控机械式驻车制动，即使在“点火系统关闭”的情况下。如果在点火系统接通的情况下实施电控机械式驻车制动，电控机械式驻车制动器按钮中的指示灯以及组合仪表中制动灯的指示灯就会点亮。如果在点火系统关闭的情况下实施电控机械式驻车制动，两个指示灯只点亮大约３０ｓ，然后熄灭。只有在“点火系统接通”的情况下才可以解除电控机械式驻车制动（脚踩制动踏板，同时按电控机械式驻车制动器按钮）。当驾驶员系上安全带，关上车门并起动发动机后，踩下加速踏板或车辆起动时，电控机械式驻车制动器自动松开。系统会根据路面坡度和发动机转矩，来计算出何时松开电控机械式驻车制动器。电控机械式驻车制动器按钮和组合仪表中的指示灯熄灭。２、动态起动辅助功能在电控机械式驻车制动开启的情况下，动态起动辅助功能确保车辆在倾斜道路上起动时车辆不会猛冲向前或倒退。如果实施了驻车制动，在交通信号灯前驻车时就无需踩制动踏板。一旦踩下加速踏板，驻车制动就会自动解除，车辆可以继续行驶。在上坡路上起动时，由于只有当车辆的输入转矩大于控制单元计算出的斜坡输出转矩时，驻车制动才会解除，因此确保了车轮不会自行向后滚动，可以减轻驾驶员的负担。３、动态紧急制动功能制动踏板失灵或锁住时，可以通过动态紧急制动功能强行制动车辆。车辆行驶时，通过按住电控机械式驻车制动器按钮，可以制动车辆，但是有６ｍ／ｓ２的车辆减速度。这时，警报音响起，并且制动信号灯接通。车速超过７ｋｍ／ｈ时，通过建立液压制动压力，可以在所有４个车轮上实现动态