现代汽车安全技术-2章3主动安全课件.ppt

1、朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔.n.第第2章章3 汽车主动安全技术汽车主动安全技术 -VSC车辆稳定控制系统车辆稳定控制系统 主讲：朱明主讲：朱明高级技师、经济师高级技师、经济师,工程师工程师高级技能专业教师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员汽车维修工高级考评员授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 ABS车型在原有装备基础上，又增加了车身稳定系统车身稳定系统VSC(VDC,ESP,DSC,DSTC,ASC)授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室VSC车辆稳定控制系统车辆稳定控制系统 n车身稳定系统车身稳定系统VSC(

2、VDC,ESP,DSC,DSTC,ASC)n1.车辆稳定性控制（防侧滑控制装置）（车辆稳定性控制（防侧滑控制装置）（VSCVehicle Stability Control）（丰田汽车公司开发）（丰田汽车公司开发）n2.车辆动态控制系统车辆动态控制系统（VDCVehicle Dynamics Control System），），n3.电子稳定化程序电子稳定化控制程序系统电子稳定化程序电子稳定化控制程序系统（ESPElectronic Stabilization Program/(control)Procedure）（由德国梅赛德斯）（由德国梅赛德斯奔驰和波许公司联合奔驰和波许公司联合开发）开发

3、）n这些控制技术对车辆在所有的行驶状态下，尤其在车辆这些控制技术对车辆在所有的行驶状态下，尤其在车辆转弯时发生的车轮侧滑控制具有明显的优点。转弯时发生的车轮侧滑控制具有明显的优点。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室车辆稳定控制系统车辆稳定控制系统车辆稳定控制系统车辆稳定控制系统授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室ABSABS系统防止制动时车轮出现抱死，使车辆具有方向性和稳定性，并缩短制动距离。EBD-Electronic Brake Pressure DistributionEBD 系统是防止ABS起作用以前，或者由于特定的故障导致ABS失效后

4、，后轮出现过度制动。EDL-Electronic Differential Lock两驱动轮在附着系数不同的路面上，出现单侧车轮打滑时，制动打滑车轮。TCS-Traction Control System通过发动机管理系统干预及制动车轮，防止驱动轮打滑。例如在沙石及冰面上。ESP-通过有选择性的分缸制动及发动通过有选择性的分缸制动及发动机管理系统干预，防止车辆滑移机管理系统干预，防止车辆滑移。EBC-Engine Braking Control防止在发动机制动时（突然收油门踏板或挂入低档）出现驱动轮抱死。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室TCSEDL ABS/EBD装

5、备的车型，将同时具有TCS（ASR)、EDL、ABS功能装备TCS的车型，将同时具有EDL、ABS功能授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室汽车技术进步的一个主要任务就是提高主动安全性以避免发生事故，并充分发挥车辆的动力性能。ABS/TCS系统就是要防止在车辆加速或制动时出现我们所不期望的纵向滑移。而Electronic Dynamic Control/ESP就是要控制横向滑移。他是各种工况下的一个主动安全系统，处理各种异常情况，减轻驾驶员的精神紧张及身体疲劳。!只要只要 识别出驾驶员的输入与车辆的实际运识别出驾驶员的输入与车辆的实际运动不一致，它就马上通过有选择的制动动

6、不一致，它就马上通过有选择的制动/发动机干预来发动机干预来稳定车辆。稳定车辆。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室用途 系统的出现，极大地改善了汽车在系统的出现，极大地改善了汽车在行驶过程中的安全性和操纵性，特别是在路况很差，行驶过程中的安全性和操纵性，特别是在路况很差，路面被雨水和冰雪覆盖时，路面被雨水和冰雪覆盖时，控制系统在控制系统在车辆行驶过程中，始终监测车的运动状态，尤其是车辆行驶过程中，始终监测车的运动状态，尤其是与转向相关的运行状态，一旦出现不稳定的预兆，与转向相关的运行状态，一旦出现不稳定的预兆，控制系统便实时予以修正，从而使汽车控制系统便实时予以修正，从

7、而使汽车的行驶安全性大大提高，驾车人员感觉更灵活，更的行驶安全性大大提高，驾车人员感觉更灵活，更快捷，更安全。快捷，更安全。系统使汽车在极限状况系统使汽车在极限状况下更容易操纵，它可以降低汽车突然转向时的危险，下更容易操纵，它可以降低汽车突然转向时的危险，提高方向稳定性。提高方向稳定性。系统可以辩识汽车的系统可以辩识汽车的趋向，并且做出反应，它可在单个车轮上施加制动趋向，并且做出反应，它可在单个车轮上施加制动力，从而产生附加横摆调节力矩，帮助汽车回到正力，从而产生附加横摆调节力矩，帮助汽车回到正确的方向上来。确的方向上来。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 降低事故风

8、险降低事故风险 当不得不采取紧急避让动作时，也许弯道比当不得不采取紧急避让动作时，也许弯道比预料的还要急拐，或者路面状况突然发生变化时。预料的还要急拐，或者路面状况突然发生变化时。德国保险公司协会推荐所有尺寸规格的乘用车都德国保险公司协会推荐所有尺寸规格的乘用车都将将作为标准装置作为标准装置 避免打滑避免打滑 德国保险公司协会通过对受调查事件碰撞之前德国保险公司协会通过对受调查事件碰撞之前情况的研究，显示情况的研究，显示25%导致严重人员伤害事故的导致严重人员伤害事故的车辆发生了打滑。车辆发生了打滑。极大地提高对车辆极大地提高对车辆的操控机会。的操控机会。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以

9、渔朱明工作室朱明工作室 避免侧面碰撞避免侧面碰撞 研究也证实了碰撞死亡事故中有研究也证实了碰撞死亡事故中有60%因侧面碰撞因侧面碰撞所致。所致。意识到打滑的危险，并在车道上意识到打滑的危险，并在车道上稳定车辆，因此能帮助驾驶者保持操纵，以避免危稳定车辆，因此能帮助驾驶者保持操纵，以避免危险。险。增强被动驾驶安全性增强被动驾驶安全性 德国保险公司协会事故分析得出结论：装备德国保险公司协会事故分析得出结论：装备后发生打滑的风险很小，车辆能够保持后发生打滑的风险很小，车辆能够保持循迹及前向行驶。如果安装了循迹及前向行驶。如果安装了的车辆发的车辆发生了碰撞事故，它常常也是由车辆前端吸能区的溃生了碰撞事

10、故，它常常也是由车辆前端吸能区的溃变来吸收碰撞能量，而不是自身安全防护措施较少变来吸收碰撞能量，而不是自身安全防护措施较少的车身侧面（车辆发生打滑碰撞时，所有的冲击能的车身侧面（车辆发生打滑碰撞时，所有的冲击能量都集中在车身侧面上了）。量都集中在车身侧面上了）。因此能大因此能大大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全。大降低碰撞风险和保障车内乘员的安全。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室(1)避让始料不及的障碍物避让始料不及的障碍物 在悠长平整的路面上交替进行着超车和变道。突然出现在悠长平整的路面上交替进行着超车和变道。突然出现一个障碍物。一个障碍物。授人以鱼不如授人以渔授

11、人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 (2)路程的错误估计路程的错误估计 行驶于蜿蜒曲折的山路。下一弯道始料不及地出现。行驶于蜿蜒曲折的山路。下一弯道始料不及地出现。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 (3)始料不及的新状况始料不及的新状况 冰雪路面、弯道上的湿树叶或者鹅卵石路旁的铁轨。冰雪路面、弯道上的湿树叶或者鹅卵石路旁的铁轨。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 无论是在弯道或紧急避让状态，还是在制动、加速过无论是在弯道或紧急避让状态，还是在制动、加速过程中。或是车轮打滑时。一旦实际状态变得危急，程中。或是车轮打滑时。一旦实际状态变得危

12、急，都能利用之前讲过的原理来增加车辆行驶的方向都能利用之前讲过的原理来增加车辆行驶的方向稳定性，同时稳定性，同时还能缩短还能缩短ABS在弯道上和对开路面在弯道上和对开路面(车辆的一侧为光滑路面）上的制动距离。车辆的一侧为光滑路面）上的制动距离。不管什么样的电子稳定系统不是万能的。不管什么样的电子稳定系统不是万能的。只只有在轮胎与地面之间还有附着力时，才能控制使车辆保持稳有在轮胎与地面之间还有附着力时，才能控制使车辆保持稳定。如果车速超过了一定值，定。如果车速超过了一定值，系统也会不起作用。系统也会不起作用。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室系统构成图系统构成图 P45

13、1VSC执行器执行器 2制动总泵压力传感器制动总泵压力传感器 3转向舵角传感器转向舵角传感器 4加速度传感器加速度传感器 5横向摆动率传感器横向摆动率传感器 6节气门动作器节气门动作器 7节气门位置传感器节气门位置传感器 8车轮速度传感器车轮速度传感器 9ABS、ASR与与VSC用用ECU授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室的类型目前目前有有3种类型：种类型：a 4通道或通道或4轮系统。能自动地向轮系统。能自动地向4个车轮独立施个车轮独立施加制动力。加制动力。b 2通道系统。只能对通道系统。只能对2个前轮独立施加制动力。个前轮独立施加制动力。c 3通道系统。能对通道系统

14、。能对2个前轮独立施加制动力，而个前轮独立施加制动力，而对后轮只能一同施加制动力。对后轮只能一同施加制动力。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 实际上实际上ESP是一套电脑程序，通过对从是一套电脑程序，通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向进而向ABS、TCS发出纠偏指令，来帮助车辆发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。维持动态平衡。ESP的电脑会计算出保持车身的电脑会计算出保持车身稳定的理论数值，再比较由侧滑率传感器和加稳定的理论数值，再比较由侧滑率传感器和加速度传感器所测得的数据，发出平衡、纠偏指速度传感器所

15、测得的数据，发出平衡、纠偏指令。令。主要控制偏航率。转向不足，会产生向主要控制偏航率。转向不足，会产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，而转向过度则理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，而转向过度则正好相反，向内侧偏离。正好相反，向内侧偏离。的工作原理的工作原理授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室n当轮胎运动超过侧向附着力时，就会形成不稳定因素。这时有两当轮胎运动超过侧向附着力时，就会形成不稳定因素。这时有两种情况：种情况：n1.后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力，其结果是产生强烈的后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力，其结果

16、是产生强烈的过多转向倾向；过多转向倾向；n2.前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力，这时会产生强烈的前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力，这时会产生强烈的不足不足转向倾向转向倾向。nVSC则可对上述两种倾向起到限制作用。为了消除上述两种倾向则可对上述两种倾向起到限制作用。为了消除上述两种倾向的不稳定因素，首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素。的不稳定因素，首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素。2.不足转向倾向不足转向倾向1.过多转向倾向过多转向倾向授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室首先通过方向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向（驾驶员意愿）a图通过横摆角速度

17、传感器（英文原称为yaw rate sensor）,识别车辆绕垂直于地面轴线方向的旋转角度及侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向 b图若ab,判定为出现不足转向，若ab,ESP判定为出现过度转向，授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室传感器执行元件TCS/ESP开关E256制动灯开关FESP制动识别开关F83 在伺服器内转速传感器G44-G47方向盘转角传感器G85侧向加速度传感器G200制动压力传感器-1G201 横摆角速度传感器G202制动压力传感器-2G214纵向加速度传感器G249附加信号 发动机管理系统 变速箱管理系统ABS回油泵ABS进油阀N99,N101,N

18、133,N134ABS 出油阀N100,N102N135.N136DDC阀N225,N226DDC高压阀N227,N228预压电磁线圈N247继电器J508ABS警告灯K47制动系统警告灯K118TCS/ESP警告灯K155附加信号 发动机管理系统 速箱管理系统 巡航系统自诊接口 电控系统控制单元授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室方向盘转角传感器方向盘转角传感器G85G85安装位置：转向柱上，转向开关与方向盘之间，与安全气囊时钟弹簧集成为一体。任务：向带有EDL/TCS/ESP的ABS控制单元传递方向盘转角信号。测量范围为+-720度，4圈测量精度：1.5度分辨速度：

19、1-2000度/秒授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室侧向加速度传感器侧向加速度传感器G200G200安装位置：转向柱下方偏右侧，与横摆角速度传感器一体。任务：确定侧向力失效影响：没有G200信号，无法识别车辆状态，ESP失效测量精度：1.2V/g测量范围：+-1.7g(加速度）信号：0-2.5V授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室横摆角速度传感器横摆角速度传感器G202G202安装位置：转向柱下方偏右侧，与侧向加速度传感器一体。任务：G202感知作用在车辆上的扭矩，识别车辆围绕垂直于地面轴线方向的旋转运动。失效影响：没有此信号，控制单元不能识别

20、车辆是否发生转向，ESP功能失效。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室纵向加速度传感器纵向加速度传感器G249G249注：只在4驱车上安装此传感器。对于单轴驱动车辆，系统通过计算制动压力、车轮转速信号以及发动机管理系统信息，得出纵向加速度。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室此开关安装在仪表板上。按此开关可关闭ESP/TCS功能，并由仪表上的警告灯指示出来。再次按压此开关可重新激活TCS/ESP功能如果司机忘记重新激活TCS/ESP，再次启动发动机后系统可被重新激活。TCS/ESPTCS/ESP开关开关E256E256下列情况下，有必要关闭ESP

21、-在积雪路面或松软路面上，让车轮自由转动，前后移动车辆。-安装了防滑链的车辆-在测功机上检测车辆ESP正在介入时，系统将无法被关闭。E256失效，ESP将不起作用授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室制动压力传感器制动压力传感器 G201G201安装位置：在主缸上安装位置：在主缸上为最大限度的保证安全，有些系统采用了为最大限度的保证安全，有些系统采用了2 2个传感器（双重保障，实际个传感器（双重保障，实际1 1个就够用，本个就够用，本车采用车采用1 1个）个）功能：计算制动力，控制预压力功能：计算制动力，控制预压力授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作

22、室控制框图控制框图制动压力制动灯车轮转速偏航角侧向加速度方向盘转角液压单元车辆司机传动器电子控制单元发动机管理系统油门踏板警告信息系统授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室ESP与其它动力控制系统的关系（优先原则）与其它动力控制系统的关系（优先原则）TCS逻辑覆盖ESP逻辑（只发生在驱动轮）即：选择较低的制动压力施加在车轮上。与TCS直接介入有所不同的是，此时动力源来自ESP压力调节器，否则将破坏液压系统。ESP逻辑覆盖ABS逻辑。这是由于ESP系统将产生接近50%的滑移率来稳定车辆.（超出ABS20%逻辑控制范

23、围）优先原则优先原则授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室发动机扭矩调节：如果ESP和TCS都想降低发动机扭矩，将优先采用最大调节量。ESP与EBC:当ESP工作时，EBC需要介入，则此时EBC起作用，提高发动机转速。优先原则优先原则授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 系统研究的关键技术系统研究的关键技术 系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破：系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破：1传感技术的改进传感技术的改进 在在 系统中使用的传感器有汽车横摆角系统中使用的传感器有汽车横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感速度传感器、侧向加速度

24、传感器、方向盘转角传感器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是都是系统中不可缺少的重要部件。提高他系统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。求的目标。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室2体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的结构设计的结构设计 这方面这方面BOSCH公司在公司在ESP系统中采用的结构有一定的系统中采用的结构有一定的代表性，代表性，其液压作动系统由预加压泵其液压作动系统由预加压

25、泵(Precharge Pump，简称为，简称为PCP)+压力产生装置压力产生装置(Pressure Generator Assembly)+液压单元液压单元HU50所构成所构成 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室 3ECU的软、硬件设计 由于由于 的的 ECU需要估计车辆运行的状态变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容量要比 ABS 系统大数倍。一般采用多系统大数倍。一般采用多 CPU 结构。而结构。而 ECU 软计算的研究则是研究的重中之重，基于模型的现软计算的研究则是研

26、究的重中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应代控制理论已经很难适应 这样一个复杂系统的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。控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室4通过通过 CAN 完善控制功能完善控制功能 的的 ECU与发动机、传动系的与发动机、传动系的 ECU通过通过 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息传给 ，以估算驱动轮上的驱动力

27、。当，以估算驱动轮上的驱动力。当 识别出是在低附着系数路面时，它会禁止驾驶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，员挂低档。在这种路面上起步时，会告知传动会告知传动系系 ECU应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。步舒适性。5 CAN的发展方向的发展方向随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控制是今后发随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控制是今后发展的方向，汽车稳定性控制将综合考虑对制动系统、悬展的方向，汽车稳定性控制将综合考虑对制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制，并共享传感器信号，进架系统和转向系统

28、的协调控制，并共享传感器信号，进一步提高汽车的稳定性。一步提高汽车的稳定性。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室车身动态综合管理系统车身动态综合管理系统n6)VDIM(车身动态综合管理系统车身动态综合管理系统)(2-6)n为了确保行车安全，并获得更大的驾驶乐趣，在为了确保行车安全，并获得更大的驾驶乐趣，在VDIM（Vehicle Dynamics Integrated Management）这一概念的基础上对车辆的操控性做了进一步的改进。这一概念的基础上对车辆的操控性做了进一步的改进。传统的传统的ABS、TRC和和VSC均为各自独立的功能，而改均为各自独立的功能，而改进

29、后的进后的VDIM除了能对包括转向在内的各系统功能进行除了能对包括转向在内的各系统功能进行统一管理之外，而且还能在发生侧滑之前就开始对车统一管理之外，而且还能在发生侧滑之前就开始对车辆实行控制。不仅保证了更高的预防安全性能，同时辆实行控制。不仅保证了更高的预防安全性能，同时还使还使“行进、转弯、停止行进、转弯、停止”这一车辆的基本运动性能这一车辆的基本运动性能迈上了一个更高的台阶。为了使车辆真正达到人车一迈上了一个更高的台阶。为了使车辆真正达到人车一体的境界，体的境界，VDIM还采纳了通过还采纳了通过ESP等培育起来的识别等培育起来的识别及判断技术，并将在今后对这些技术做更进一步的改及判断技术

30、，并将在今后对这些技术做更进一步的改进。进。授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室以以VDIM为目标的改进为目标的改进 n从普通到极限领域，最大限度发挥轮胎的能力确保绝从普通到极限领域，最大限度发挥轮胎的能力确保绝对的安全性对的安全性+汽车所固有的驾驶乐趣汽车所固有的驾驶乐趣 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室VDIM线路图线路图(4-1)授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室与传统控制方式的比较与传统控制方式的比较 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室VDIM的新功能的新功能【转弯控制转弯控制】n转向助力转向助力 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室VDIM的新功能的新功能 n【转向控制转向控制】-主动转向主动转向 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔朱明工作室朱明工作室VDIM的新功能的新功能 n【转向控制转向控制】-主动转向主动转向