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都说买车必须要有ESP,那ESP到底是个什么鬼?

传感器技术  · 公众号  ·  · 2017-05-25 06:25

正文

文 | 传感器技术(WW_CGQJS)


人们在准备购买小汽车时,往往会将是还否装有ESP作为购买意向的一个重要因素。不过如果问为什么?大多数人可能最多只能说装了ESP的小汽车更安全,至于ESP是如何保障驾驶安全的,它能起到的作用到底有多大,很多人应该说不甚了了。

 

ESP的来历

 

首先,ESP国内通常翻译为电子稳定系统,或者电子车身稳定系统,是由英文Electronic Stabilty Program的缩写而来,它是由德国博世公司发明的。因为ESP是博世公司的专利产品,所以只有博世公司的车身电子稳定系统才可称之为ESP。

 


ESP融合了电子系统与刹车系统,其作用是防止汽车遇到紧急状况时出现打滑失控情况的电子系统。ESP一般与ABS/EBD/BAS/ASR等电子辅助系统共同作用。

 

在博世公司之后,也有很多公司研发出了类似的系统,由于各大汽车品牌策略差异,对电子车身稳定系统命名也有所差别,比如:英菲尼迪称之为VDC,宝马、路虎称为DSC,本田、丰田称其为VSA,法拉利称为CST等,其基本原理和作用与ESP是类似的。

 

ESP系统其实是ABS(防抱死系统)和ASR(驱动轮防滑转系统)功能上的延伸,是当前汽车防滑装置的最高形式。主要由控制总成及转向传感器(监测方向盘的转向角度)、车轮传感器(监测各个车轮的速度转动)、侧滑传感器(监测车体绕纵轴线转动的状态)、横向加速度传感器(监测汽车转弯时的离心力)等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断,进而发出控制指令。

  


先了解一下ABS(防抱死系统)的工作原理

 

在我国ABS已经成为小型汽车的强制标配系统,其主要作用是为了防止紧急刹时车车轮抱死,避免车辆因失去抓地力而失控。

 

ABS主要由ECU控制单元、车轮转速传感器、制动压力调节装置和制动控制电路等部分组成。

  


制动过程中,ABS控制单元不断从车轮速度传感器获取车轮的速度信号,并加以处理,进而判断车轮是否即将被抱死。ABS刹车制动其特点是当车轮趋于抱死临界点时,制动分泵压力不随制动主泵压力增加而增高,压力在抱死临界点附近变化。

   


如判断车轮没有抱死,制动压力调节装置不参加工作,制动力将继续增大;如判断出某个车轮即将抱死,ECU向制动压力调节装置发出指令,关闭制动缸与制动轮缸的通道,使制动轮的压力不再增大;如判断出车轮出现抱死拖滑状态,即向制动压力调节装置发出指令,使制动轮缸的油压降低,减少制动力。

 

因此,ABS防抑死系统,能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑,使车轮在刹车时不被锁死,不让轮胎在一个点上与地面摩擦,从而加大摩擦力,使刹车效率达到90%以上,同时还能减少刹车消耗,延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。

 

ESP系统工作原理

  


上图中,1是液压调节控制器,2是轮速传感器,3是方向盘转角传感器,4是横摆角速度和侧向加速度传感器,5是同发动机管理系统进行通讯。

  


各传感器采集的信号经过特定算法和汽车模型运算后,可以得到横摆角速度和质心侧偏角的目标值和实际值,通过比较作差可以得到这两个值之间的误差。


如果误差很小,那么ESP根本不会介入汽车的正常运行控制;如果误差比较大,那么ESP系统就会根据误差的大小确定要产生的横摆力矩大小,然后ESP就根据横摆力矩大小确定各车轮的最优滑移率(举个例子,如果轮胎抱死,滑移率就是100%;如果车轮只有滚动成分,滑移率就是0),得到滑移率以后根据轮胎模型便可以确定每一车轮的制动力大小,从而可以确定每一个车轮的制动电磁阀开关时间,制动电磁阀工作后便实现了对汽车的稳定性控制。

 

车辆因为要避开障碍物而切换到逆行车道的情形。假设前方有车疾驰过来,司机急打方向盘,试图回到正常车道。这时候,在急转弯所造成的强大离心力的作用下,车身很容易甩尾,失去控制,造成车祸。这也是我们常说的转向过度的极端表现。这时候,系统的传感器感应到了汽车要失控,于是对左前轮实行制动,汽车就获得了一个额外的,尾部向逆时针方向转的力矩。把汽车“扭”回来。确保行驶安全

  



如图如示,当车辆前面突然出现障碍物时,驾驶员必须快速向左转弯,此时转向传感器将此信号传递到ESP控制总成,侧滑传感器和横向加速度传感器发出汽车转向不足的信号,这就意味着汽车将会直接冲向障碍物。那么这时ESP系统将会瞬间将后轮紧急制动,这样就能产生转向需要的反作用力,使汽车按照转向意图行驶。

  

如果在汽车转向后行驶的左车道上反向转向时,汽车会有转向过度的危险,向右的扭矩过大,以至于车尾甩向左侧。这时ESP系统会将左前轮制动,扭矩就会减小,使得汽车顺利转向。

 


ESP在汽车安全驾驶中的作用和意义

 

ESP通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析,然后向ABS、ASR发出纠偏指令,来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性,在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP最重要的特点就是它的主动性,如果说ABS是被动地作出反应,那么ESP却可以做到防患于未然。

 


汽车电子稳定系统ESP在汽车出现不稳定行驶趋势时,采用了两种不同的控制方法,使汽车消除不稳定行驶因素,回复并保持汽车预定的行驶状态。


这两种控制方法是,首先ESP系统通过精确地控制一个或者多个车轮的制动过程(脉冲制动),根据需要分配施加在每个车轮上的制动力,迫使汽车产生一个绕其质心转动的旋转力矩,同时代替驾驶员调整汽车行驶方向。


其次在必要时(比如车速太快,发动机驱动转矩过大),ESP系统自动调整发动机的输出转矩,控制汽车的行驶速度。

 

通过采取上述两种技术措施,当汽车进行蛇形线路测试的时候就可以有效避免汽车的翻转。ESP系统不仅仅是在干燥路面上提高了汽车的稳定性,还可以在路面附着性比较差的时候,诸如结冰、湿滑,以及碎石等情况下起作用。


在上述不利状况下,车轮与路面之问的附着力降低,即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上,汽车容易发生侧滑和跑偏,失去方向稳定性,甚至在急转弯的时候发生翻车事故,这时就需要ESP系统。

 


要实现以上功能,就必须在和的基础上,增加感应驾驶员意图的传感器(转向盘传感器),感应车辆自身打转的传感器(横摆角速度传感器)和感应车辆侧滑的传感器(侧向加速度传感器)。后两个传感器一般安装在车辆的中心位置。

 

在实际驾驶中,山路,看不清前方弯道,过高的速度,过急的弯,加上雨天甚至雪天,稍不留神,车辆就会发生侧滑事故。那么,当汽车的速度过快,已经发生了侧滑后,ESP还能不能力挽狂澜呢?电子系统显然不是万能的,不然就没有人安全驾驶了。但在某种程度上,减少失控的时间,增加可控范围,ESP还是能做到的。

 

另外需要注意的是,方向盘会给ESP最终的辅助效果起到很大的影响作用。还是以上为例子,ESP系统之所以会制动左前轮,那是有条件的,就是你的方向盘往左打,系统得知驾驶员的期望。


如果这时候你的方向盘还是往右打的话,ESP系统感知的,就仅仅是严重的侧滑,而不知道你真正想修正的方向。所以,即使是装备有ESP的车辆,在车辆发生严重侧滑时,保持方向盘指向你想要的方向,才能发挥最大的作用。

  

ESP的组成部分

 


1、传感器:转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。这些传感器负责采集车身状态的数据。

 

2、ESP电脑:将传感器采集到的数据进行计算,算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。当电脑计算数据超出存储器预存的数值,即车身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作,以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。

 

3、执行器:说白了ESP的执行器就是4个车轮的刹车系统,其实ESP就是帮驾驶员踩刹车。和没有ESP的车不同的是,装备有ESP的车其刹车系统具有蓄压功能。简单的说蓄压就是电脑可以根据需要,在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。另外ESP还能控制发动机的动力输出什么的,反正是相关的设备他都能插一腿!

 

4、与驾驶员的沟通:仪表盘上的ESP灯。

  


ESP的不足

 

那么ESP系统有没有什么缺点呢?答案是肯定的。市面上大多数ESP系统,分配车轮动力都是通过给对向车轮施加制动力的方法,通过差速器自身的等扭矩特性,来增加有附着力一侧车轮的附着力。


然而给车轮增加刹车力的这个过程本身,需要大量消耗能量,使得车辆整体的动力水平下降,此时ESP系统的效率就不如配置了差速锁或者限滑差速器的车辆。在有些越野路况的时候,关闭ESP系统反而是一个更加明智的选择,这需要有着丰富驾驶经验的驾驶员来灵活操作汽车。

  


需要关闭ESP的特殊情况有:

 

  • 1、当车辆陷入泥地或越野时

 


当出现陷车和其他越野情况时,需要适当的车辆打滑来帮助脱困以及攀爬,这时候ESP不让车轮打滑的特性就帮了倒忙,所以极限越野以及陷车的时候,就一定要把ESP关了!

 

  • 2、激烈驾驶或甩尾漂移时

  


刚才上面说了,驾驶高手对于车操控极限的掌握水平要高于ESP,所以一般的赛车上面是没有ESP的。同时ESP根本不让车轮打滑的原理,也就和漂移说再见了。所以想激烈驾驶找刺激或者漂移玩耍,还是要关了ESP。但是记住:激烈驾驶和漂移请去专业场地,不要在马路上飙车!

 

  • 3、当车辆轮胎安装防滑链时

  


雪地行驶用的防滑链,因为改变车轮外径等原因,防滑链会干扰ESP系统中某些传感器的数据,造成信号会失准,这会影响到ESP系统的正常工作,可能ESP会不断介入或者报故障码,不如关掉。


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