汽车电子稳定程序ESP技术现状扫描

庄盛 编译

汽车安全性能的提升是汽车业界不断的追求，秉承这一理念，ABS在经过普及阶段以后，目前已进入了产品升级阶段。业界的一致共识是ABS（防抱死制动系统）将向ESP（电子稳定性控制系统）演化。 市场上ESP已在拓展自己的领地。在欧洲，2005年大约40%的新注册车辆配备了ESP，在高档车上，ESP已经成为了标准配置，中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。北美和日本的ESP装配率上升也很快。在中国，目前ESP的装配率还比较低，但是可喜的变化正在显现，以往通常只在高档车上才装配ESP，而今年上市的新车东风雪铁龙的凯旋一汽大众的速腾和上海通用的君越都配有ESP。 ESP的结构及控制原理 汽车电子稳定程序控制系统，英文缩写为ESP（Electronic Stability Program）。虽然不同的车型，往往赋予其不同的名称，如BMW称其为DSC，丰田、雷克萨斯称其为VSC，而VOLVO 汽车称其为DSTC，但其原理和作用基本相同。 ESP系统由电子控制单元（ECU），方向盘转角传感器，轮速传感器，横摆角速度传感器，横向角速度传感器及液压系统组成，ESP除了具有ABS和TCS的功能之外，更是一种智能的主动安全系统。 ESP的ECU通过高度灵敏的传感器时刻监测车辆的行驶状态，并通过计算分析判定车辆行驶方向是否偏离驾驶员的操作意图。ESP能立刻识别出危险情况，并提前裁决出可行的干预措施使车辆恢复到稳定行驶状态，ESP的干预措施包括对车轮独立的施加制动力；在特殊工况对变速箱的干预措施；通过发动机管理系统减小发动机扭矩。 ESP三大特点 1．实时监控：ESP能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。 2．主动干预：ABS等安全技术主要是对驾驶者的动作起干预作用，但不能调控发动机。ESP则可以通过主动调控发动机的转速，并调整每个轮子的驱动力和制动力，来修正汽车的过度转向和转向不足。 3．事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，ESP会用警告灯警示驾驶者。换句话说ESP实际上是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。 ESP研究的关键技术 ESP系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破。因此科研人员要在以下几个方面多下功夫，争取研究开发出更加完善和优化的ESP系统。 1．传感技术的改进 在ESP系统中使用的传感器有车辆横摆角速度传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、轮速传感器等，它们都是ESP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。随着价格低廉的微机械（Micro—Machined）加速度和横摆角速度传感器的出现，为这项技术的广泛应用创造了一定的条件。 2．体积小质量轻及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PCP（Precharge Pump）+压力产生装置（Pressure Generator Assembly）+液压单元HU5.0所构成。 3．ESP的软硬件设计 由于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，一般多采用CPU结构。而ECU软件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。 4．通过CAN完善控制功能 ESP的ECU（电子控制单元）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ESP，以估算驱动轮上的驱动力。当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，ESP会告知传动系ECU应事先挂入2档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。 目前国外，特别是欧洲，越来越多的车型已将ESP系统作为其标准配置，国内一些中高档车型也逐渐将其作为标准配置。据报道，2004年中国新车的ESP系统装备率为3%，欧洲的新车装备率为35%。2005年欧洲出产新车ESP装备率达到40%，中国达到4%。ESP正在向一般的商用车及重型卡车普及，多家商用车生产厂商和重型卡车生产厂商正在推出带ESP系统的车型。现在正是欧美汽车工业界推广应用ESP系统的高潮时期，国内也正处于迅速的推广普及阶段。 可以预见，ESP汽车安全产品不久将成为多款中、高档轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。所以攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。它将为我国汽车工业的繁荣发展以及促进其它相关工业的繁荣发展起着重要作用，并能带来巨大的社会效益和经济效益。 生产企业 当前，全球共有6家主要汽车零部件制造商生产ESP，他们是德国博世、日本电装、德国大陆Teves、美国德尔福、日本爱信精工和美国TRW公司。 德国博世公司一直是这方面技术的领先者，无论是ABS/ASR还是更先进的ESP系统，技术上都一直处于领先地位，为国际大多数汽车厂商供应ABS/ASR/ESP系统。国内汽车稳定性控制的研究还处在起步阶段，只有少数学者从事控制方法的仿真研究，而且由于缺少试验条件，研究还不十分深入，现在吉林大学、清华大学、上海交大、西北工大等高校和中国重汽集团、上海汇众汽车制造公司等企业也在开展相关的研究工作。 世界上最大的ESP供应商——博世（Bosch） 世界上最大的汽车原厂配套装备独立供应商——博世于1995年成为第一个把ESP技术投入量产的公司，并在接下来的数年中不断优化其设计，到2002年，已经发展到第8代。2005年，适逢博世对汽车产业的重要贡献之一——ESP电子稳定程序面世10周年之际，ESP8.0系统这一世界领先的技术实现了在中国苏州国产化。 博世集团总部位于德国斯图加特，在全球50多个国家设有子公司和分支机构，2005年收益超过415亿欧元。目前公司在全球拥有25.1万余名员工，其中在华员工超过1.3万人。博世的产品涉及汽车技术、工业技术、消费品和建筑智能化技术等领域。博世自上世纪80年代重新进入中国市场以来，已经在国内设立了10个代表处、5个贸易公司、1个贸易办事处、11个全资企业、9个合资企业，并由博世（中国）投资有限公司负责统一协调。目前，博世集团在中国的投资总额已超过6亿美元。博世中国旗下的博世贸易(上海)有限公司、博世汽车部件(苏州)有限公司、博世汽车柴油系统股份有限公司、南京华德火花塞有限公司和联合汽车电子有限公司均在各自的领域内占据市场主导地位。 知识链接 ABS英文全称是“Anti-Lock Brake System”，即“刹车防抱死系统”。在没有ABS时，如果紧急刹车会使轮胎抱死，刹车的距离变长，容易跑偏或甩尾。ABS是通过控制刹车油压的收放，来达到对车轮抱死的控制，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。 TCS英文全称是“Traction Control System”，即“牵引力控制系统”，在日本等地也称为TRC或TRAC。TCS是在ABS基础上发展起来的新系统。ABS控制4个轮，而TCS只控制驱动轮，其制动原理与驱动防滑系统ASR（Acceleration Slip Regulation）系统如出一辙。当汽车加速时，TCS将滑动控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。其功能在于提高牵引力和保持车辆行驶稳定性。 参考文献 1.汽车安全 电子稳定程序ESP——让安全变得更主动、更可靠，杨建 罗建东（摄影），汽车驾驶员-2006年1期 2.汽车电子稳定程序控制系统的研究现状及发展趋势，裴锦华李以农，天津汽车2005年02期 3.浅谈汽车电子稳定程序系统(ESP)，李国勇，汽车维修与保养2005年12期