汽车电子稳定控制系统ESP综述

汽车电子稳定控制系统ESP综述摘要：ESP是“Electronic Stability Program”的缩写形式，是电子稳定程序，即车辆稳定性控制系统。

是提高汽车安全性的重要系统。

近年来，汽车行驶速度不断加快，道路的行车密度不断增大，因此，车辆的稳定性越来越得到人们的重视，许多交通事故的发生，都是因为车辆稳定性差的原因。

ESP系统就是解决这一问题的重要措施。

它可以大大降低交通事故并提高道路安全。

它整合了防抱死制动系统和牵引力控制系统，能够有效防止汽车在转向时滑移、不稳定的现象，有效提高汽车的安全性。

关键词：ESP系统发展稳定性一、ESP简介汽车高速行驶安全性是当今国际汽车技术发展的前沿领域，集成了汽车制动防抱死系统ABS、牵引力控制系统TCS以及主动横摆力矩系统AYC的汽车电子稳定性控制系统（简称ESP）能够有效的解决汽车制动过程中的制动效能与制动安全性、强驱动过程中的加速性能与驱动防滑以及转向过程中汽车的动力性与转向稳定性问题，因而可以有效地减少汽车安全事故，成为最重要的汽车高速行驶安全性控制系统。

自2012年起，欧美等地区已经通过法规，在新车上强制安装ESP：我国自2013年起亦通过相关法规推荐新车装备ESP。

汽车在高速或低附着系数路面上转向行驶或受到侧向干扰时，轮胎与地面的侧向附着系数很容易达到附着极限而发生侧滑，而使丧失操纵稳定性，进一步引发交通事故。

—汽车电子稳定系统正是工作于此种工况，通过对车轮主动实施制动，来改善汽车的操纵稳定性,使驾驶员能够对车辆进行正常操纵，保证汽车行驶的稳定性。

ESP是一种车辆新型主动安全系统，是ABS（防抱死制动系统）、ASR（加速防滑系统）、EBD（电子制动力分配）、TCS（牵引力控制系统）、AYC（主动车身横摆控制系统）的结合。

在ABS和ASR的基础上，增加了车辆转向行驶时传感器、侧向加速度传感器和转向盘转角传感器，ECU通过庞大的监视网络监测车辆的状态喝家伙寺院的需求，发出各种指令确保车辆在制动、加速、转向等情况下行驶的稳定性。

图1 ESP结构单元示意图如果汽车在行驶时失去稳定性，则很可能会导致交通意外的发生，根据AUDI公司的统计数据，在所有发生的交通事故中，车速在80km/h到100km/h的有40%和车辆失去稳定性有关，车速越高，这个比例越大，而当车速达到时，几乎所有的事故都和车辆失去稳定性有关。

因此如何提高汽车高速行驶时的制动稳定性和安全性成为了热点，为了提高汽车的行驶和制动稳定性，各种电子控制系统陆续被研发出来，如ABS（防抱死制动系统）、（驱动防滑系统）、（电子助力转向系统）、（电子稳定程序）等。

判断出汽车的行驶轨迹与操作者的输入不统一时，就会迅速做出反应，对汽车行驶姿态进行干预。

当轿车和客车装配之后碰撞的事故率可以降低左右，而的碰撞事故率甚至可以降低左右，可见，在保证汽车行驶安全发面发挥了的重要的作用[1]。

二、ESP组成ESP系统的主要组成部分包括传统的汽车制动器（制动主缸、轮缸等）、监控汽车行驶状态的传感器、根据传感器信号判断汽车运行状态及发出指令的汽车电子控制单元ECU以及辅助的汽车发动机控制单元EMS等。

液压调节器接收到ESP系统ECU控制指令后通过对电磁阀控制信号的调节控制轮缸压力变化。

它主要由12个电磁阀、1个电机、2个回油泵喝高、低压蓄能器组成，他在主缸与轮缸之间建立联系，将主缸的制动液输送到轮缸形成制动力。

作为一种智能的汽车主动安全系统，ESP 系统由电子控制单元（ECU）、轮速传感器、横向或纵向角速度传感器、方向盘转角传感器，横摆角速度传感器和液压系统构成。

1、ECUECU 主要负责检测车辆的行驶状态，以高度灵敏的传感器为媒介，可以计算分析出车辆的行驶方向是否偏离了司机的操作意图，ESP 能够迅速识别出危险，它的作用是很重要的。

2、电磁感应式传感器轮速传感器主要用于检测轮速信号，分为两种，一种是电磁感应式，另一种是霍尔式。

现在最常用的轮速传感器主要是电磁感应式传感器，它安装在车轮总成的非旋转部分，和它相对的是随车轮一起转动的齿圈，它由导磁材料制成。

当齿圈的相对传感器转动时，由于磁阻的变化，传感器上会激励出交变电压信号，交变电压的频率与车轮转速是成正比的[3]。

ECU将传感器信号转换成同一个频率的方波，然后通过频率和周期来计算车轮转速。

3、横向或纵向角速度传感器角速度传感器分为两种，纵向角速度传感器和横向角速度传感器，纵向角速度传感器是沿汽车前进方向的，横向角速度传感器是垂直于前进方向的，它们的基本原理是相同的，只是呈90度夹角安装。

在传感器的内部，致密物质连接在可以移动的悬臂上，这样可以反映出汽车的纵向和横向角速度的大小。

4、方向盘转角传感器我们说过ESP 能够识别到驾驶员的操作意图，正是通过计算方向盘转角的大小和变化速率来实现这一目的的。

方向盘转角传感器可以将方向盘转角转化为一个可以代表司机期望的行驶方向的信号，转角一般根据光电编码来确定，会有一个编码盘来显示，这上面的信息由接近式光电耦合器进行扫描。

方向盘转角传感器与ECU的连接通过CAN总线来完成。

5、横摆角速度传感器这个传感器主要是用来检测汽车沿垂直轴的偏转，偏转的大小代表的是汽车的稳定程度[3]。

如果偏转角速度达到一定值的时候，说明汽车有侧滑或者甩尾的危险，就会触发ESP 来进行控制。

6、液压调节器液压调节器是ESP 控制系统的主要执行机构，它的目的是提高响应速度。

这种液压器要求驾驶员在没有踩到制动踏板的时候，也要产生足够的轮缸压力，为了提高主动制动时的压力建立的响应速度，又引进了预压泵。

预压泵启动后，可以将主动制动产生的压力施加到回油泵的吸油端，使它产生一定的压力，从而提高响应速度[2]。

三、ESP系统工作原理ESP系统控制的主要参数为车轮的纵向滑移，使汽车拥有良好的操纵稳定性。

ECU首先根据方向盘转角信号数据分析驾驶员的驾驶意图，并计算出车辆理想参数，再根据恒宝加速度和侧向加速度信号计算汽车的实际运动参数，并将两个运动参数进行比较得到偏差，如果偏差超过门限值，则认为汽车处于不稳定运行状态，ECU会根据偏差的大小计算出所需要的稳定横摆力矩数值，通过液压调节器调节相应车轮制动力，通过左右两侧车轮给以不同的制动力形成横摆力矩，使车辆回到稳定状态。

有必要时可以调节发动机系统，减小汽车驱动力以稳定车辆。

一般情况下，在行车过程中突发危险情况时，一般驾驶者极有可能由于惊慌导致不能及时、正确的对汽车进行操控，甚至出现错误操控导致车辆失稳的状况发生，对于驾驶者不能在极限工况下正确操纵汽车有一种解释为，一般情况下驾驶员的驾驶经验是在附着极限之内的区域，对车辆失稳的界限没有明确的意识，当出现突发事故时，驾驶员无法对车辆与道路之间的附着系数进行分辨，突发状况的发生时间很短，驾驶员没有足够的时间去思考，一旦到达极限，一般驾驶员都会惊慌失措从而导致车辆的转向更大，因此此时想要单纯根据驾驶员的操作使汽车回到稳定状态十分困难，这时就需要ESP系统的介入。

当ESP系统检测到车辆的运动状态与驾驶员的意图不一致时，ESP就会迅速做出反应，对汽车行驶姿态进行干预[4]。

图2 ESP工作效果示意图当车辆在非常极端的操控情况，如高速转弯、高速躲闪障碍物的情形下，ESP系统会在极短的时间内收集包含了ABS、EDL及ASR系统的庞大数据，并加上转向盘转向角度、车速、横向加速值及车身滚动情形，再与电脑记忆体中的基准值作一对比后，显示ABS等各有关系统做出适当的应变动作，目的就是要使车辆遵从驾驶人意愿的方向行驶，这时即使驾驶人不断改变行驶路径，电脑也能坚持运算，并以对个别车轮增加或降低刹车力道的方式，修正转向过度或不足的倾向，维持车身的动态平衡。

1、湿滑路面车辆在湿滑的路面上行驶时，前轮会出现打滑，而且转向不足，这时踩刹车，如果没有ESP，前轮会偏离正常的轨迹，使车辆失去转弯能力。

如果有ESP，ESP电控车辆稳定性行驶系统根据横摆速度传感器、车轮转速传感器、转向盘转角传感器等多个传感器采集到的信号，及时增大右后轮的制动力，同事减少发动机的输出扭矩，使车辆保持稳定行驶。

2、转弯车辆转弯时，如果速度过快，在没有ESP的情况下，车辆会出现甩尾。

如果有ESP，ESP电控车辆稳定行驶系统根据多个传感器采集到的信号，及时启动右前轮上的制动装置，以修正转向过度的倾向，使车辆保持稳定形势。

3、高速闪避障碍物车辆在高速闪避障碍物时，驾驶员慌忙制动，扭转方向盘，车辆转向不足，车辆继续冲向障碍物，驾驶员为避免冲撞，必须加大转弯角度，当躲过障碍物后，驾驶员迅速回正转向盘，车辆失控甩尾。

如果有ESP，ESP电控车辆稳定行驶系统根据多个传感器采集到的信号，及时增大左后轮制动压力，增大前轮的转向角度。

为使前轮返回原来轨迹，回正转向盘，车辆面临转向过多的危险，在ESP作用下，前左轮自动制动，车辆继续向前稳定行驶。

四、ESP的研究、应用及其发展现状1、国外研究及应用现状研究初期，人们突出了有关ESP的一些解决方案，并未进行实时的应用。

第一个ESP的解决方案由vanZanten等提出，他通过改变汽车在全制动转弯时车轮滑动率的分配，来降低车辆的偏航，同时也减少了制动距离；H eeβ等提出了另一种解决方案，将ABS、ASR、悬架控制、转向控制作为子系统添加到动态控制系统中；同时一些有关通过四轮转向、四轮驱动和主动悬架等来改善汽车稳定性的文献也有发表；McLellan等在文献中提到通过利用ABS 和ASR来控制车辆的动态运动，并指出通过利用驾驶员期望的汽车运动与汽车实际运动的差别来单独控制车轮滑动率的必要性。

德国Bosch公司根据H eeβ等和McLellan等提出的思想，与BMW公司合作，从1992年开始致力于该系统的开发，并在当年推出了第一代系统，他只是通过检测横摆角速度来调整发动机的输出扭矩来阻止汽车进入非稳定行驶工况。

两年后，他们在第一代的基础上推出了第二代系统，该系统是根据检测左右轮速差通过施加制动力和改变发动机输出扭矩来改善汽车的动力学稳定性。

两年后他们又推出第三代产品，从最开始的支队横摆加速度控制，增加到也对车辆质心侧偏角的控制，从而使汽车行驶稳定，控制更加完善。

到1998年为止，该公司开发的ESP可以用在所有驱动形式（前驱、后驱、四驱）的汽车上。

此外，福特公司通过仿真与1995年提出了其BSS（Brake Steer System）的基本构想，使用横摆角速度作为反馈控制来实习那自行转向的制动力矩控制。

丰田汽车公司开发出了通过主动差动控制来改善汽车在转向极限时操纵稳定性和方向稳定性的动力学稳定性控制系统VSC。

此后，奔驰公司也推出了ESP，凯迪拉克推出了其Stabilitrak System 产品，成本为北美第一个关于VDSC系统的制造商。