汽车ESP控制技术

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｎ　Ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　

汽车ＥＳＰ控制技术　

路兴国　

（鹤岗－ｑ＆－￣局交巡警支队机动车检测中心，黑龙江鹤岗１５４１０３）　臻　

摘要：汽车高速或在低附着系数路面上转向行驶时，由于受转向或外界干扰的影响，侧向附着力容易超过附着极　

限，使汽车丧失动力学稳定性，从而发生交通事故。汽车电子稳定程序可以改善汽车在该极限工况下的操纵性和稳　

定性，用于控制车辆的横摆角速度，并将其例偏角限制在一定的范围内。对ＥＳＰ的基本组成与控制原理进行分析，　

并通过分析优化措施确定今后的发展方向。　

关键词：汽车；ＥＳＰ；控制技术　

中图分类号：Ｕ４６３．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—５６９６（２００８）Ｏ１—００５２—０３　

Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ＥＳＰ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＬＵ　Ｘｉｎｇ—ｇｕｏ　

（Ｈｅｇａｎｇ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｐｏｌｉｃｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｃｈｅｃｋｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｅｇａｎｇ　１５４１０３，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｏｒ　ｌｏｗ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｔｔａｃｈｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏａｄｓ，ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｈｉｆｔ　ｏｒ　ｔｈｅ　

ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ。ｌａｔｅｒａ１　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｅａｓｉｅｒ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　１ｉｍｉｔ，１ＯＳＳ　ｏｆ　ｋｉｎｅｔｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅｒｅｂｙ　ｃａｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｏｃｃｕｒｒｅｄ．Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　

ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｎ　ｔｈｅｓｅ　ｌｉｍｉｔｓ　ｔｈｅ　ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉ１ｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｙａｗ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　

１ａｔｅｒａｌ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｓｃｏｐｅ．Ｔｅｘｔ　ｏｆ　ＥＳＰ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌ—　

ｏｐｍｅｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ＥＳＰ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

汽车电子稳定程序（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｐｒｏｇｒａｍ，简称　

ＥＳＰ）是车辆新型的主动安全系统，是汽车防抱死制动系统　

（ＡＢＳ）和牵引力控制系统（ＴＣＳ）功能的进一步扩展，并在此　

基础上，增加了车辆转向行驶时横摆率传感器、测向加速度　传感器和方向盘转角传感器，通过ＥＣＵ控制前后、左右车轮　

的驱动力和制动力，确保车辆行驶的侧向稳定性。　

ｌ　ＥＳＰ的组成　

ＥＳＰ由传感器、电子控制单元（ＥＣＵ）和执行器３部分组　

成，在ＥＣＵ实时监控汽车运行状态的前提下，对发动机及制　

动系统进行干预和调控。典型的汽车ＥＳＰ包括传统制动系　

统（真空助力器、管路和制动器）、传感器（４个轮速传感器、方　

向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制　

动主缸压力传感器）、液压调节器、汽车稳定性控制ＥＣＵ和　

辅助系统（发动机管理系统）。　１）轮速传感器用于检测轮速信号。目前采用的轮速传　

感器有电磁感应式和霍尔式２种。电磁感应式轮速传感器　

的低速响应比较差，而霍尔传感器有较好的低速响应特性。　

２）方向盘转角传感器用于测量方向盘的转角。方向盘　

转角传感器通常分为编码器和电位计式２种。光学编码器　

收稿日期：２００７—１０—１８　作者简介：路兴国（１９６３￣），男，工程师，研究方向：汽车运用与检测　式传感器的测量精度高，使用寿命长，但它通常测量相对位　

置，因此需要对零点进行识别，而电位计可以直接测量绝对　

位置，但其使用寿命较低。　

３）侧向加速度传感器用于测量侧向加速度。侧向加速　

度传感器主要有２种：一种采用压电石英谐振器的力一频特　

性进行加速度的测量；一种使用衰减弹簧质量系统进行加速　

度测量。　

４）横摆角速度传感器根据陀螺原理进行测量，一般采用　

微机械系统结构。随着以硅原料为基础的微机械测量系统　

的发展，近期出现了能同时测量侧向加速度和横摆角速度的　高精度传感器。　

５）液压调节器是汽车ＥＳＰ控制系统的执行机构，其基　

本结构与ＡＢＳ／ＡＳＲ液压调节器相似，只是为了提高响应速　

度，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（Ｐｒｅｃｈａｒｇｅ　Ｐｕｍｐ，ＰＣＰ）和压力生成器（Ｐｒｅｓ－　

ｓｕｒｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＰＧＡ）。Ｂｏｓｃｈ公司的ＨＵ５．０液　

压调节器分为ＭＣ　和ＭＣｚ两个独立的管路，如图ｌ所示。　

分别控制前轮和后轮，每一制动轮缸通过两个电磁阀ＥＶ和　

ＡＶ的通断来产生升压、降压和保压状态。当ＥＶ和ＡＶ都　

处于断电状态时处于升压状态，都处于通电状态时处于降压　状态，当ＥＶ处于通电状态而ＡＶ处于断电状态时处于保压　

状态，ＥＶ处于断电状态而ＡＶ处于通电状态的组合是禁止　

出现的。ＳＰＫ为低压蓄能器，

用于维持低压状态；ＲＦＰ为回　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　路兴国：汽车ＥＳＰ控制技术　·５３·　

油泵，它把低压蓄能器中的制动液送回主油路，用于补偿降　

压过程中损失的制动液，保持油路的连续；Ｄ为串联的阻尼　

器，用于吸收液压调节器造成的压力脉动。以上部分与ＡＢＳ　

液压调节器的结构基本一致。汽车ＥＳＰ控制系统的液压调　

节器要求在驾驶员没有踩制动踏板时也要产生足够的轮缸　

压力，因此，在ＡＢＳ液压调节器的基础上又增加了两种控制　

电磁阀（ＶＬＶ和ＵＳＶ）。当ＶＬＶ和ＵＳＶ均断电的情况下，　

在ＰＣＰ未启动时ＥＶ阀前端的压力就是由驾驶员通过踩制　

动踏板产生的。当ＶＬＶ和ＵＳＶ均通电时，ＶＬＶ与主油路　

相连，ＵＳｖ切断与主油路通路，此时回油泵ＲＦＰ启动，使得　制动管路产生汽车稳定性控制所需要的压力。由于在低温　

下制动液粘性较高，为提高主动制动（驾驶员不踩制动踏板）　

时压力建立的响应速度，引入了预压泵ＰＣＰ，ＰＣＰ启动后，由　

ＰＧＡ产生的压力通过ＶＬＶ阀施加到回油泵的吸油端，使之　

产生一定的预压，从而提高响应速度。ＰＣＰ运行过程中会产　生一些泡沫，为了防止这些泡沫进入制动系统而影响制动效　

果，于是在ＰＣＰ与主油路间增加了压力生成器（ＰＧＡ），用于　

阻断泡沫并能传递ＰＣＰ产生的压力。此外，ＰＧＡ还可以协　

调驾驶员踩下的压力与ＰＣＰ产生的压力之间的关系，把二　

者中较大的压力传递到主油路。　

图１　Ｂｏｓｃｈ液压调节器（ＨＵ５．０）　

６）电子控制单元是汽车ＥＳＰ控制系统的核心部件，它　

是控制逻辑的载体，用来处理各种传感器信号，驱动执行机　

构动作，从而构成控制闭环。ＥＣＵ一般具有２个微处理器，　

个用来计算控制逻辑，一个用于故障诊断和处理，２个微处　

理器通过内部总线相互交换信息。除了微处理器以外，ＥＣＵ　

还包括电源管理模块、传感器信号输入模块、液压调节器驱　

动模块、各种指示灯接口以及ＣＡＮ总线通讯接口等。现在　

的ＥＣＵ大多与液压调节器安装在一起，通过电磁线圈与电　

磁阀阀芯之间的电磁耦合连接，这样不仅减少了连线的长　

度，且结构紧凑。　

２　ＥＳＰ控制原理　

２．１　ＥＳＰ的基本原理　ＥＳＰ是一个整体式的主动控制系统，控制框图如图２所　

示。它是在ＡＢＳ和ＴＣＳ的基础上，吸收优点，并加以系统控　

制，具有自动对制动力、驱动力进行修正、补偿的综合控制功　

能，能主动探测和分析车况并纠正驾驶时的错误，防患于未　然，并在极限工况下主动辅助驾驶员操纵汽车，对高速行驶　

汽车的横向动力学能进行很好的控制。而ＡＢＳ和ＴＣＳ只在　

制动和加速时工作，通过控制车轮的纵向滑移，提高车辆的　

制动和加速性能，同时间接控制车辆在减速和加速时的横向　

稳定性。而且由于ＥＳＰ具有附加的传感器和信息（如横摆　率传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器和车轮制　

动液压的估算等），ＡＢＳ／ＴＣＳ所需的一些参数可以直接得　

到，不用估算，从而可以改进和加强ＡＢＳ／ＴＣＳ的性能。因　

而，ＥＳＰ在某种程度上更能提高汽车的主动安全性能，适用　

范围更广。　

２．２工作原理　汽车稳定性控制的ＥＣＵ通过方向盘转角传感器和制动　

主缸压力传感器得到的信息判断驾驶员对车辆的驾驶意图，　

决策出理想的车辆运行状态（如理想的横摆角速度等）。　

ＥＣＵ通过检测得到的实际车辆状态与理想车辆状态进行比　

较，并通过一定的控制逻辑决定应该对车辆实施多大的汽车　

横摆力矩可以使车辆恢复稳定，

然后通过液压调节器对制动　维普资讯 http://www.cqvip.com ５４·　交通科技与经济　第１Ｏ卷　

系统各制动轮缸进行调节来产生所需要的汽车横摆力矩，必　

要时与ＥＭＳ通讯，由发动机管理系统改变驱动轮的驱动力，　使车辆改变运行状态。改变后的车辆运行状态由传感器测　

量到ＥＣＵ，然后进行下一循环的控制，从而使汽车保持稳　

定，如图２所示。　

图２　ＥＳＰ控制原理　

以在湿滑路面上紧急换道时的情况为例进行说明。图３　

和图４分别为不施加稳定性控制和施加稳定性控制时车辆　

的运行情况。可以看出，没有施加稳定性控制的车辆开始时　

驾驶员向左打方向盘进行换道操作，由于路面的摩擦系数不　能提供足够的侧向力，于是在位置３时发生了过多转向。这　

时车辆急速沿逆时针方向旋转，为了弥补这种过度、转向，驾　

驶员在位置４时向右急打方向盘作为补偿，由于补偿过度车　

辆又在位置５时发生了过多转向，使得车辆急速沿顺时针方　

向旋转。由于此时车辆的质心侧偏角很大，驾驶员通过方向　

盘对车辆的控制效果不明显，从而引起慌乱，于是车辆失去　

控制而被甩出。　

立：…　…　：…　

图３不施加汽车稳定性控制的车辆在湿滑路面上紧急换道　

吼一　…　…　一　

图４施加汽车稳定性控制的车辆在湿滑路面上紧急换道　由图４可以看出，施加稳定性控制的车辆同样在位置３　

时发生了过多转向，汽车稳定性控制系统检测到车辆发生了　

不稳定状态，于是通过对液压调节器的调节使车辆产生抵消　

当前过多转向趋势的沿顺时针方向的横摆力矩，使车辆尽量　

按驾驶员的操作运行。在位置４时驾驶员向右打方向盘完　

成换道操作，在位置５时又发生了不稳定情况，汽车稳定性　

控制系统通过施加逆时针方向的汽车横摆力矩纠正了不稳　定趋势。因此，尽管路面附着系数比较低，但在汽车稳定性　

控制系统的辅助下车辆还是比较好地依照驾驶员的意图完　

成了换道操作。汽车稳定性控制在保障汽车稳定方面具有　

很大的优势，在如下情况下汽车稳定性控制相对于没有控制　

时具有明显的效果：①紧急移线或在湿滑路面上移线；②移　

线过程中突然制动；③在幅值很大的方向盘转角下连续躲避