现代汽车安全技术2章3主动安全

..第2章3汽车主动安全技术

----VSC车辆稳定控制系统主讲：朱明高级技师、经济师,工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员第一页，共四十三页。

ABS车型在原有装备基础上，又增加了车身稳定系统VSC(VDC,ESP,DSC,DSTC,ASC)车身稳定控制系统第二页，共四十三页。VSC车辆稳定控制系统车身稳定系统VSC(VDC,ESP,DSC,DSTC,ASC)1.车辆稳定性控制（防侧滑控制装置）（VSC—VehicleStabilityControl）（丰田汽车公司开发）2.车辆动态控制系统（VDC—VehicleDynamicsControlSystem），3.电子稳定化程序／电子稳定化控制程序系统（ESP—ElectronicStabilizationProgram/(control)Procedure）（由德国梅赛德斯—奔驰和波许公司联合开发）这些控制技术对车辆在所有的行驶状态下，尤其在车辆转弯时发生的车轮侧滑控制具有明显的优点。

第三页，共四十三页。ESP是英语单词ElectronicStabilityPrograme缩写。意为电子稳定程序,在大众、奥迪、奔驰车型上使用此简称。在其它车型上，相同或相近功用的系统采用了不同的名字。如：

DynamicStabilityControl (DSC)-BMW VehicleStabilityControl (VSC)-Toyota VehicleStabilityAssist (VSA)-Honda AutomaticStabilityManagementSystem DrivingDynamicControl车辆稳定控制系统是一个主动安全系统。它是建立在其它牵引控制系统之上的一个非独立的系统。车辆稳定控制系统第四页，共四十三页。ABSABS系统防止制动时车轮出现抱死，使车辆具有方向性和稳定性，并缩短制动距离。EBD-ElectronicBrakePressureDistributionEBD系统是防止ABS起作用以前，或者由于特定的故障导致ABS失效后，后轮出现过度制动。EDL-ElectronicDifferentialLock两驱动轮在附着系数不同的路面上，出现单侧车轮打滑时，制动打滑车轮。TCS-TractionControlSystem通过发动机管理系统干预及制动车轮，防止驱动轮打滑。例如在沙石及冰面上。ESP-ElectronicStabilityPrograme通过有选择性的分缸制动及发动机管理系统干预，防止车辆滑移。

EBC-EngineBrakingControl防止在发动机制动时（突然收油门踏板或挂入低档）出现驱动轮抱死。第五页，共四十三页。TCSEDL

ABS/EBDVSCVSC(ESP)包含TCS装备VSC(ESP)的车型，将同时具有TCS（ASR)、EDL、ABS功能装备TCS的车型，将同时具有EDL、ABS功能第六页，共四十三页。汽车技术进步的一个主要任务就是提高主动安全性以避免发生事故，并充分发挥车辆的动力性能。ABS/TCS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ElectronicDynamicControl/ESP就是要控制横向滑移。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VSC(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。VSC(ESP)的工作第七页，共四十三页。VSC(ESP)的用途

VSC(ESP)系统的出现，极大地改善了汽车在行驶过程中的安全性和操纵性，特别是在路况很差，路面被雨水和冰雪覆盖时，VSC(ESP)控制系统在车辆行驶过程中，始终监测车的运动状态，尤其是与转向相关的运行状态，一旦出现不稳定的预兆，VSC(ESP)控制系统便实时予以修正，从而使汽车的行驶安全性大大提高，驾车人员感觉更灵活，更快捷，更安全。VSC(ESP)系统使汽车在极限状况下更容易操纵，它可以降低汽车突然转向时的危险，提高方向稳定性。VSC(ESP)系统可以辩识汽车的趋向，并且做出反应，它可在单个车轮上施加制动力，从而产生附加横摆调节力矩，帮助汽车回到正确的方向上来。

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VSC(ESP)降低事故风险当不得不采取紧急避让动作时，也许弯道比预料的还要急拐，或者路面状况突然发生变化时。德国保险公司协会推荐所有尺寸规格的乘用车都将VSC(ESP)作为标准装置．

VSC(ESP)避免打滑德国保险公司协会通过对受调查事件碰撞之前情况的研究，显示25%导致严重人员伤害事故的车辆发生了打滑。VSC(ESP)极大地提高对车辆的操控机会。第九页，共四十三页。

VSC(ESP)避免侧面碰撞研究也证实了碰撞死亡事故中有60%因侧面碰撞所致。VSC(ESP)意识到打滑的危险，并在车道上稳定车辆，因此能帮助驾驶者保持操纵，以避免危险。

VSC(ESP)增强被动驾驶安全性德国保险公司协会事故分析得出结论：装备VSC(ESP)后发生打滑的风险很小，车辆能够保持循迹及前向行驶。如果安装了VSC(ESP)的车辆发生了碰撞事故，它常常也是由车辆前端吸能区的溃变来吸收碰撞能量，而不是自身安全防护措施较少的车身侧面（车辆发生打滑碰撞时，所有的冲击能量都集中在车身侧面上了）。VSC(ESP)因此能大大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全。第十页，共四十三页。(1)避让始料不及的障碍物在悠长平整的路面上交替进行着超车和变道。突然出现一个障碍物。第十一页，共四十三页。

(2)路程的错误估计行驶于蜿蜒曲折的山路。下一弯道始料不及地出现。第十二页，共四十三页。

(3)始料不及的新状况

冰雪路面、弯道上的湿树叶或者鹅卵石路旁的铁轨。第十三页，共四十三页。

无论是在弯道或紧急避让状态，还是在制动、加速过程中。或是车轮打滑时。一旦实际状态变得危急，VSC(ESP)都能利用之前讲过的原理来增加车辆行驶的方向稳定性，同时VSC(ESP)还能缩短ABS在弯道上和对开路面(车辆的一侧为光滑路面）上的制动距离。不管什么样的电子稳定系统不是万能的。VSC(ESP)只有在轮胎与地面之间还有附着力时，才能控制使车辆保持稳定。如果车速超过了一定值，VSC(ESP)系统也会不起作用。VSC(ESP)第十四页，共四十三页。VSC(ESP)系统构成图P451—VSC执行器2—制动总泵压力传感器3—转向舵角传感器4—加速度传感器5—横向摆动率传感器6—节气门动作器7—节气门位置传感器8—车轮速度传感器9—ABS、ASR与VSC用ECU第十五页，共四十三页。VSC(ESP)的类型目前VSC(ESP)有3种类型：a．4通道或4轮系统。能自动地向4个车轮独立施加制动力。b．2通道系统。只能对2个前轮独立施加制动力。c．3通道系统。能对2个前轮独立施加制动力，而对后轮只能一同施加制动力。第十六页，共四十三页。实际上ESP是一套电脑程序，通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向ABS、TCS发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP的电脑会计算出保持车身稳定的理论数值，再比较由侧滑率传感器和加速度传感器所测得的数据，发出平衡、纠偏指令。主要控制偏航率。转向不足，会产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，而转向过度则正好相反，向内侧偏离。

VSC(ESP)的工作原理第十七页，共四十三页。第十八页，共四十三页。VSC(ESP)的工作当轮胎运动超过侧向附着力时，就会形成不稳定因素。这时有两种情况：1.后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力，其结果是产生强烈的过多转向倾向；2.前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力，这时会产生强烈的不足转向倾向。VSC则可对上述两种倾向起到限制作用。为了消除上述两种倾向的不稳定因素，首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素。2.不足转向倾向1.过多转向倾向第十九页，共四十三页。VSC(ESP)首先通过方向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向（驾驶员意愿）a图VSC(ESP)通过横摆角速度传感器（英文原称为yawratesensor）,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b图若a〉b,VSC(ESP)判定为出现不足转向，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。（图I）若a〈b,ESP判定为出现过度转向，VSC(ESP)将制动外侧前轮，防止出现甩尾，并减弱过度转向趋势，稳定车辆。（图II）VSC(ESP)的工作第二十页，共四十三页。传感器执行元件TCS/ESP开关E256制动灯开关FESP制动识别开关F83

在伺服器内转速传感器G44-G47方向盘转角传感器G85侧向加速度传感器G200制动压力传感器-1G201

横摆角速度传感器G202制动压力传感器-2G214纵向加速度传感器G249附加信号发动机管理系统变速箱管理系统ABS回油泵ABS进油阀N99,N101,N133,N134ABS出油阀N100,N102N135.N136DDC阀N225,N226DDC高压阀N227,N228预压电磁线圈N247继电器J508ABS警告灯K47制动系统警告灯K118TCS/ESP警告灯K155附加信号发动机管理系统速箱管理系统巡航系统自诊接口VSC(ESP)

电控系统控制单元第二十一页，共四十三页。方向盘转角传感器G85安装位置：转向柱上，转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集成为一体。任务：向带有EDL/TCS/ESP的ABS控制单元传递方向盘转角信号。测量范围为+-720度，4圈测量精度：1.5度分辨速度：1-2000度/秒第二十二页，共四十三页。侧向加速度传感器G200安装位置：转向柱下方偏右侧，与横摆角速度传感器一体。任务：确定侧向力失效影响：没有G200信号，无法识别车辆状态，ESP失效测量精度：1.2V/g测量范围：+-1.7g(加速度） 信号：0-2.5V第二十三页，共四十三页。横摆角速度传感器G202安装位置：转向柱下方偏右侧，与侧向加速度传感器一体。任务：G202感知作用在车辆上的扭矩，识别车辆围绕垂直于地面轴线方向的旋转运动。失效影响：没有此信号，控制单元不能识别车辆是否发生转向，ESP功能失效。第二十四页，共四十三页。纵向加速度传感器G249注：只在4驱车上安装此传感器。对于单轴驱动车辆，系统通过计算制动压力、车轮转速信号以及发动机管理系统信息，得出纵向加速度。第二十五页，共四十三页。此开关安装在仪表板上。按此开关可关闭ESP/TCS功能，并由仪表上的警告灯指示出来。再次按压此开关可重新激活TCS/ESP功能如果司机忘记重新激活TCS/ESP，再次启动发动机后系统可被重新激活。TCS/ESP开关E256下列情况下，有必要关闭ESP-在积雪路面或松软路面上，让车轮自由转动，前后移动车辆。-安装了防滑链的车辆-在测功机上检测车辆ESP正在介入时，系统将无法被关闭。E256失效，ESP将不起作用第二十六页，共四十三页。制动压力传感器G201安装位置：在主缸上为最大限度的保证安全，有些系统采用了2个传感器（双重保障，实际1个就够用，本车采用1个）功能：计算制动力，控制预压力第二十七页，共四十三页。VSC(ESP)控制框图制动压力制动灯车轮转速偏航角侧向加速度方向盘转角液压单元车辆司机传动器电子控制单元发动机管理系统油门踏板警告信息系统第二十八页，共四十三页。VSC(ESP)第二十九页，共四十三页。ESP与其它动力控制系统的关系（优先原则）TCS逻辑覆盖ESP逻辑（只发生在驱动轮）即：选择较低的制动压力施加在车轮上。与TCS直接介入有所不同的是，此时动力源来自ESP压力调节器，否则将破坏液压系统。ESP逻辑覆盖ABS逻辑。这是由于ESP系统将产生接近50%的滑移率来稳定车辆.（超出ABS20%逻辑控制范围）优先原则第三十页，共四十三页。发动机扭矩调节：如果ESP和TCS都想降低发动机扭矩，将优先采用最大调节量。ESP与EBC:当ESP工作时，EBC需要介入，则此时EBC起作用，提高发动机转速。优先原则第三十一页，共四十三页。

VSC(ESP)系统研究的关键技术

VSC(ESP)

系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破：

1传感技术的改进在VSC(ESP)系统中使用的传感器有汽车横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是VSC(ESP)系统中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。

第三十二页，共四十三页。2体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的结构设计

这方面BOSCH公司在ESP系统中采用的结构有一定的代表性，其液压作动系统由预加压泵(PrechargePump，简称为PCP)+压力产生装置(PressureGeneratorAssembly)+液压单元HU5．0所构成

第三十三页，共四十三页。

3ECU的软、硬件设计

由于VSC(ESP)的ECU需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力和程序容量要比ABS系统大数倍。一般采用多CPU结构。而ECU软计算的研究则是研究的重中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应VSC(ESP)

这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。第三十四页，共四十三页。4通过CAN完善控制功能VSC(ESP)

的ECU与发动机、传动系的ECU通过CAN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、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给VSC(ESP)

，以估算驱动轮上的驱动力。当VSC(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，VSC(ESP)会告知传动系ECU应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。5CAN的发展方向随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控制是今后发展的方向，汽车稳定性控制将综合考虑对制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制，并共享传感器信号，进一步提高汽车的稳定性。第三十五页，共四十三页。车身动态综合管理系统6)VDIM(车身动态综合管理系统)(2-6)为了确保行车安全，并获得更大的驾驶乐趣，在VDIM（VehicleDynamics