[精选]现代汽车安全技术(第四章2-2)35660.pptx

ESP的发展历史的发展历史n1995年，年，Bosch与奔驰联合开发的电子稳定程序开与奔驰联合开发的电子稳定程序开始批量生产，并首次装备于奔驰始批量生产，并首次装备于奔驰S级轿车。级轿车。n1996年，年，Continental Teves公司也以公司也以MK60液压调液压调节器为基础进行节器为基础进行ESC(Electronic Stability Control)的研制与开发。的研制与开发。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP的发展历史的发展历史n1997年奔驰年奔驰A级车麋鹿试验的翻车事故级车麋鹿试验的翻车事故n事故后三个月，加装事故后三个月，加装ESP系统并通过麋鹿试系统并通过麋鹿试验验吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP的发展历史的发展历史n美国国家高速公路交通安全局（美国国家高速公路交通安全局（NHTSA）的）的Federal Motor Vehicle Safety Standard No.126规定在美国制造并销售的整车总重规定在美国制造并销售的整车总重在在4536kg以下的车辆（包括乘用车、多用以下的车辆（包括乘用车、多用途车及卡车等），必须安装途车及卡车等），必须安装ESP，并规定了，并规定了具体实施的时间表具体实施的时间表吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP的发展历史的发展历史n欧洲委员会已提出到欧洲委员会已提出到2012年全部新车均配年全部新车均配备备ESP的目标的目标n2007年欧洲新车评价计划年欧洲新车评价计划Euro-NCAP机构机构也开展了欧洲市场也开展了欧洲市场ESP装车率调查（德国、装车率调查（德国、丹麦及瑞典等国标准配置率都在丹麦及瑞典等国标准配置率都在70%以上）以上），并建议用户在购买新车时应避免选择未，并建议用户在购买新车时应避免选择未配备配备ESP的车型。的车型。n目前欧洲市场目前欧洲市场2006年新注册车辆年新注册车辆ESP装配率装配率已达到已达到43%吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP装车情况装车情况吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU4、ESP的工作原理的工作原理ESP的工作原理的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP的工作原理的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP控制原理框图控制原理框图ESP的工作原理的工作原理nESP系统判断驾驶员的期望行驶意图吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU通过方向盘转角、油门制动踏板位移传感器判断驾驶员期望行驶通过方向盘转角、油门制动踏板位移传感器判断驾驶员期望行驶意图意图（通过线性两自由度模型获取理想的横摆角速度和质心侧偏角）（通过线性两自由度模型获取理想的横摆角速度和质心侧偏角）ESP的工作原理的工作原理n汽车实际运动状态吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU通过横摆角速度与侧向加速度传感器估算汽车实际运动状态通过横摆角速度与侧向加速度传感器估算汽车实际运动状态（判断是否进入过度转向或不足转向区）（判断是否进入过度转向或不足转向区）ESP的工作原理的工作原理ESP系统进行干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP精确分配制动压力，引导车辆按驾驶员的意图行驶精确分配制动压力，引导车辆按驾驶员的意图行驶ESP的工作原理的工作原理n当理想和实际横摆角速度之间的差距超过给定的当理想和实际横摆角速度之间的差距超过给定的门限值时（或侧偏角超过设定的最大允许值），门限值时（或侧偏角超过设定的最大允许值），按一定控制逻辑对车轮的纵向力大小进行相应的按一定控制逻辑对车轮的纵向力大小进行相应的控制和调节，使作用在汽车上的横摆力矩发生变控制和调节，使作用在汽车上的横摆力矩发生变化化n利用左右两侧制动力差产生的附加横摆力矩，迫利用左右两侧制动力差产生的附加横摆力矩，迫使汽车作相应的横摆运动，使汽车实际运动状态使汽车作相应的横摆运动，使汽车实际运动状态更接近于驾驶员对汽车的期望运动状态，从而保更接近于驾驶员对汽车的期望运动状态，从而保证制动和加速时的方向稳定性和可操纵性，避免证制动和加速时的方向稳定性和可操纵性，避免出现不足转向和过度转向。出现不足转向和过度转向。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP的工作原理的工作原理nESP系统对过度转向的干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU未装备未装备ESC的车辆的车辆车辆进入了一个左弯，由于车辆的速度车辆进入了一个左弯，由于车辆的速度太快，车辆的后轴将会发生侧滑。太快，车辆的后轴将会发生侧滑。对于没有装备对于没有装备ESP系统得车辆，后轴的侧系统得车辆，后轴的侧滑将引起车辆的滑将引起车辆的“激转激转”。ESP的工作原理的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU对于装备有对于装备有ESPESP系统的车辆，系统将立即系统的车辆，系统将立即感知出相对于驾驶员期望的车辆轨迹感知出相对于驾驶员期望的车辆轨迹汽车的行进方向的变化太快（车辆的汽车的行进方向的变化太快（车辆的横摆角速度变化太快）。它将即刻对横摆角速度变化太快）。它将即刻对右前轮进行制动以使车辆的实际行进右前轮进行制动以使车辆的实际行进方向返回到驾驶员期望的路径上来。方向返回到驾驶员期望的路径上来。ESP的工作原理的工作原理nESP系统对不足转向的干预吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU未装备未装备ESC的车辆的车辆车辆进入了同过度转向类似的工况，车辆车辆进入了同过度转向类似的工况，车辆的前轴达到路面附着系数的极限开始发的前轴达到路面附着系数的极限开始发生侧滑生侧滑对于没有装备对于没有装备ESP系统得车辆，前轴的侧系统得车辆，前轴的侧滑将引起车辆滑出路面。滑将引起车辆滑出路面。ESP的工作原理的工作原理吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU系统将立即感知出相对于驾驶员期望的系统将立即感知出相对于驾驶员期望的车辆轨迹汽车的行进方向的变化太慢车辆轨迹汽车的行进方向的变化太慢（车辆的横摆角速度变化太慢）。它（车辆的横摆角速度变化太慢）。它将即刻对左后轮进行制动以使车辆的将即刻对左后轮进行制动以使车辆的实际行进方向返回到驾驶员期望的路实际行进方向返回到驾驶员期望的路径上来。径上来。ESP的工作原理的工作原理n干预过程是非常快的，并且非常的平稳，干预过程是非常快的，并且非常的平稳，以至于驾驶员很难觉察到以至于驾驶员很难觉察到ESP的干预过程。的干预过程。甚至在驾驶员意识到弯道过于剧烈对车辆甚至在驾驶员意识到弯道过于剧烈对车辆进行制动时，进行制动时，ESP系统仍能在必要时校正车系统仍能在必要时校正车辆的行驶轨迹辆的行驶轨迹n在真实道路的驾驶环境中，由于道路交通在真实道路的驾驶环境中，由于道路交通环境的复杂化，某些工况需要环境的复杂化，某些工况需要ESP系统对过系统对过度转向与不足转向同时进行干预，如换道度转向与不足转向同时进行干预，如换道行驶工况。行驶工况。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU视频演示视频演示nESP（Bosch工作原理）nESP（Continental）吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU5、ESP的基本结构的基本结构ESP系统架构系统架构吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUESP系统架构系统架构吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUn传感器：方向盘转角传感器、制动主缸压力传感器、传感器：方向盘转角传感器、制动主缸压力传感器、横摆角速度传感器、侧向加速度传感器与轮速传感横摆角速度传感器、侧向加速度传感器与轮速传感器器nECU：电子控制单元，：电子控制单元，HCU：液压控制单元：液压控制单元n产品化的产品化的ESP产品将产品将ECU与与HCU放在一起放在一起集成的集成的HCU、ECU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUHCUn汽车ESP控制系统的液压调节器比ABS/ASR液压调节器多了预压泵和压力生成器吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU6、ESP的控制策略的控制策略ESP控制的两类问题控制的两类问题nESP可分为两类问题：一类是轨迹保持问题，可分为两类问题：一类是轨迹保持问题，可由汽车的质心侧偏角来描述；另一类是稳定可由汽车的质心侧偏角来描述；另一类是稳定性问题，可由汽车的横摆角速度来描述性问题，可由汽车的横摆角速度来描述吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车辆质心侧偏角车辆质心侧偏角车辆横摆角速度车辆横摆角速度ESP的控制系统分类的控制系统分类nESP以横摆角速度和质心侧偏角作为被控变以横摆角速度和质心侧偏角作为被控变量，它们之间是互相耦合的。按照量，它们之间是互相耦合的。按照ESP的理的理想控制目标可以将目前国际想控制目标可以将目前国际ESP控制算法大控制算法大体划分为汽车横摆角速度控制、前后轮侧体划分为汽车横摆角速度控制、前后轮侧偏角控制、横摆角速度和侧偏角综合控制偏角控制、横摆角速度和侧偏角综合控制等。等。n大陆公司的大陆公司的ESP控制算法以横摆角速度为主控制算法以横摆角速度为主要控制变量，要控制变量，Bosch公司以横摆角速度和侧公司以横摆角速度和侧偏角综合控制。偏角综合控制。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLUBosch的的ESP控制策略控制策略吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU期望值期望值实际值实际值期望横摆角速度期望横摆角速度期望质心侧偏角期望质心侧偏角实际横摆角速度实际横摆角速度实际质心侧偏角实际质心侧偏角根据横摆角速度与质心侧偏角偏差的大小确定要产生修正横摆力矩的大小根据横摆角速度与质心侧偏角偏差的大小确定要产生修正横摆力矩的大小根据修正横摆力矩的大小值确定各个车轮最优的滑移率根据修正横摆力矩的大小值确定各个车轮最优的滑移率根据各个车轮最优的滑移率确定每一个车轮制动力的大小进行稳定控制根据各个车轮最优的滑移率确定每一个车轮制动力的大小进行稳定控制期望横摆角速度的确定期望横摆角速度的确定n期望横摆角速度 的确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车辆进入稳态行驶车辆进入稳态行驶期望横摆角速度的确定期望横摆角速度的确定n考虑轮胎与地面的最大附着系数考虑轮胎与地面的最大附着系数 的条件限制的条件限制n由线性二自由度模型得出的期望横摆角速度值还要考虑最大附着系数的条件限制n由于轮胎形式、实际磨损及磨损不均造成车辆特征参数的变化，确定期望横摆角速度时，需要做大量的实验综合考虑各种因数吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU期望质心侧偏角的确定期望质心侧偏角的确定n由轮胎和地面的附着系数根据由轮胎和地面的附着系数根据Shibahata的的 法则确定法则确定 ，该值随车速的变大而减少。，该值随车速的变大而减少。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU实际横摆角速度的确定实际横摆角速度的确定n横摆角速度由车辆上装有的横摆角速度传横摆角速度由车辆上装有的横摆角速度传感器测得感器测得吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车辆侧偏角的确定车辆侧偏角的确定n在纵向和侧向水平的路面上，若汽车无俯在纵向和侧向水平的路面上，若汽车无俯仰角和侧倾角，则汽车的侧偏角仰角和侧倾角，则汽车的侧偏角 可由下式可由下式确定确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车辆侧偏角的确定车辆侧偏角的确定n若汽车的侧偏角若汽车的侧偏角 很小，汽车的速度恒定，很小，汽车的速度恒定，上式可简化为上式可简化为n为了提高计算的精度，消除误差，由两自由度的四轮汽车模型算出。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车辆侧偏角的确定车辆侧偏角的确定吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU控制车辆的横摆角速度控制车辆的横摆角速度n通过对作用在车轮上的制动力和通过对作用在车轮上的制动力和/或牵引力或牵引力进行有效的分配，就会产生一个作用在整进行有效的分配，就会产生一个作用在整车上的横摆力矩，称之为横摆控制力矩车上的横摆力矩，称之为横摆控制力矩n通过调控这个横摆力矩，汽车的横摆和侧通过调控这个横摆力矩，汽车的横摆和侧偏运动就能得到有效的控制偏运动就能得到有效的控制吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU控制车辆的横摆角速度控制车辆的横摆角速度n当轮胎产生极限侧偏力时，其制动力或牵当轮胎产生极限侧偏力时，其制动力或牵引力相对于重心所产生的横摆力矩来源于引力相对于重心所产生的横摆力矩来源于以下三个分量以下三个分量制动力或牵引力本身产生的横摆力矩重力转移造成(由于制动或牵引的作用)的侧偏力变化所造成的附加横摆力矩变化制动力或牵引力的变化而造成的侧偏力变化所造成的附加横摆力矩变化吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU控制车辆的横摆角速度控制车辆的横摆角速度n一个车轮所产生的总横摆力矩是上面三者一个车轮所产生的总横摆力矩是上面三者之和之和吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU车轮分别在其制动车轮分别在其制动力的作用下所产生力的作用下所产生的横摆力矩变化的横摆力矩变化Bosch的的ESP控制策略控制策略吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ADSL of JLU过度转向控制是通过度转向控制是通过对外侧前轮加制过对外侧前轮加制动力实现的动力实现的不足转向控制是通不足转向控制是通过对内侧后轮加制过对内侧后轮加制动力实现的动力实现的演讲完毕，谢谢观看！