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全面解析ESC系统

发布时间: 2024-12-31 07:38:45
来源: 电控知识搬运工
本文系统通过五个部分给大家详细介绍了ESC的系统、ESC的附加功能、 ABS工作原理 、TCS和VDC工作原理和ESC液压工作原理。

汽车电子稳定控制系统ESC（Electronic StabilityController）是一个主动安全控制系统，通过传感器监控车辆自身行驶状态，在车辆紧急躲避障碍物、转弯等容易出现不稳定状况时，以及在转向过度或转向不足情况下，利用动力系统干预及制动系统干预，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，为车辆行驶提供更好的安全性。

博世是世界上第一家实现ESC量产的公司，博世将自己的ESC产品称为ESP（Electronic Stability Program），本系列文章将主要依据博世ESP的产品特性介绍ESC的相关知识。


Part1:ESC系统介绍




一

ESC硬件组成


ESC系统的硬件包括ESC控制器、轮速传感器、齿圈（集成在轮毂轴承或驱动轴上）、转向角传感器、YG传感器、线束和ESP仪表警告灯等，见下图1。

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1 – ESC控制器；2 – 轮速传感器；3 – 转向角传感器；4 – YG传感器
图 1  ESC硬件组成

1.
ESC控制器

ESC控制器总成由ECU电子控制单元、HCU液压控制单元、马达等部分组成，具体见图2。

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图 2  ESC控制器

随着ESC系统功能的不断扩展，同一家供应商的ESC控制器往往存在多个不同功能版本。

2.
轮速传感器

轮速传感器通过与齿圈配合，采集车轮的转动速度转化为电信号，输入到ESC电子控制单元进行处理。常用的轮速传感器分为两类：被动式轮速传感器和主动式轮速传感器。

被动式轮速传感器又称为电磁式，利用电磁感应原理，产生的是正弦波信号，见图12.1-5。而主动式轮速传感器目前主要使用霍尔式，利用霍尔原理，产生的是方形波信号，见图12.1-6。由于主动式轮速传感器具有抗干扰能力强、工作气隙范围宽及可零速输出等优点，已成为当前应用的主流产品。

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图3  被动式轮速传感器

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图4  主动式轮速传感器

3.
YG传感器

YG传感器分为集成式和独立式：集成式是将传感器集成到ESC控制器内部，独立式是将传感器单独安装在整车质心附近。目前，集成式YG传感器已逐步成为趋势。

4.
转角传感器

在以往的车型中，转角传感器通常集成在方向盘组合开关上，为一个单独零件。但目前出于成本等方面考虑，电动助力转向系统EPS直接外发转角信号给ESC使用，整车取消单独转角传感器已成为趋势。

二

ESC基本功能



对于传统ESC，其必须具备的四大基本功能为防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）、牵引力控制系统（TCS）、车辆动态控制系统（VDC）

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图 5  ESC基本功能

1.
EBD (Electronic Brake Distribution)

电子控制单元根据轮速信号计算车轮的转速及滑移率，如果后轮有抱死倾向，则由液压控制单元调节后轮制动压力，使后轮制动力降低，以保证后轮不会先于前轮抱死。

同传统制动力分配方式（如比例阀、感载阀）相比，EBD功能保证了较高的车轮附着力及合理的制动力分配。尤其在汽车制动时，根据轴荷转移的不同，自动调节前后轴制动力比例，提高制动效能。

EBD主要功能包括：

  • 在制动过程中保持稳定性；

  • 提供与机械液压比例阀同样的功能；

  • 防止后轮比前轮先抱死；

  • 当汽车载荷变化，利用EBD对汽车平衡进行改良。


2.
ABS(Anti-lock Brake System)


当车轮制动时，由装在车轮上的轮速传感器采集四个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出车辆的减速度及车轮的滑移率。电子控制单元根据计算结果调节车轮制动力，让车轮达到一个最佳制动状态（滑移率处于最理想状态），防止车轮抱死，使汽车在制动状态下仍能转向。

ABS主要功能包括：

  • 保持车辆稳定性——防止后轮抱死；

  • 保持转向功能——防止前轮抱死；

  • 减小制动距离；

  • 减少驾驶员工作量。



当ABS起作用时，EBD即停止工作，ABS与EBD的调节过程对比如下：

  • ABS是前后桥控制，EBD是后桥控制；

  • ABS在紧急制动情况下作用，EBD在普通制动情况下作用；

  • ABS工作时调节方式频繁，EBD的调节比较缓和。


3.
TCS (Traction Control System)


汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS依靠轮速传感器监测到从动轮速度低于驱动轮时（打滑特征），就会降低驱动轮上的有效驱动力，使驱动轮不再打滑。TCS主要功能包括：

  • 保持稳定性；

  • 保持转向性；

  • 改进易打滑路面的车辆加速性；

  • 减少驾驶员的工作量。


4.
VDC (Vehicle Dynamics Control)

当车辆出现非预期的过多或不足转向时，通过采集到的信号判断理论与实际的差异，进行主动对某个车轮施加制动力，使车辆运行状态符合驾驶员的期望，避免车辆的不稳定状态。VDC主要功能包括：

  • 维持车辆行驶稳定性；

  • 消除避让动作和路况改变所产生的险情；

  • 过弯时保持正确的路线；

  • 提供最佳驾驶条件，提供高程度驾驶安全。


Part 2  ESC附加功能




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