汽车电子稳定程序ESP实验系统设计论文.docx
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汽车电子稳定程序ESP实验系统设计论文
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业:
汽车维修工程教育
班级学号:
汽修0403–07
学生姓名:
代龙
指导教师:
尤明福教授
二〇〇九年六月
天津工程师范学院本科生毕业设计
汽车电子稳定程序实验系统设计
TheExperimentalSystemDesignofAutomobileElectronicStabilityProgramme
专业班级:
汽修0403
学生姓名:
代龙
指导教师:
尤明福教授
系别:
汽车与交通学院
2009年6月
摘要
为了让汽车维修行业的从业人员或汽车相关专业的学生系统的掌握汽车ESP系统的构造原理和维修技术,设计与制作出可用于实训教学的电子稳定程序系统实验台(包含ABS、ASR)是十分有益的,也是十分必要的。
教师在利用实验台进行授课时,学生更容易理解,记忆也更深刻,学习效率将大幅提高。
论文对电子稳定程序系统的结构组成进行了讲解,对其控制原理和油路工作原理进行了深入的分析,最主要的是对实验台的设计过程进行了全面的总结和详细的说明。
实验台的设计研究包括制动系统构成及油路图、汽车模型简图、含故障检测点的制动系统电路部分、操作面板、ESP的实物部分,另外设计了一个自制控制系统便于肉眼观察各车轮控制过程,实现实验功能。
最后强调了对实验台的维护及使用注意事项,以便于应用者对实验台更正确、更方便的使用。
关键词:
电子稳定程序系统;实验台实际设计;面板设计
ABSTRACT
Itisveryhelpfulandveryessentialtodesignandmaktheelectronicstabilityprogramsystemlaboratorybench(includesABS,ASR)fortrainingandteaching,sothattheautomobilemaintenanceindustrypractitionersorstudentscar-relatedsystemscangraspcarESPsystemstructureandmaintenanceoftheprincipleoftechnology.Studentscanunderstandeasilyandmemorisedeeply,then,learningefficiencywillbeimprovedgreatly,whentheteachergivelessonsbythelaboratorybench.
ThethesisexplainthecompositiononthestructureofElectronicStabilityProgramsystem,andthoroughanalysistoitscontrolprincipleandtheoilductprincipleofwork,whatismostmainhascarriedonthecomprehensivesummaryandthedetailedexplanationtothelaboratorybenchdesignprocess.Thelaboratorybenchdesignresearchincludingthebrakingsystemconstitutionandtheoilductchart,themodelofmotorcardiagram,includingthebreakdowncheckpoint'sbrakingsystemelectriccircuitpart,theoperationpanel,theESPphysicalpart,anddesignedaself-restraintcontrolsystemtobeadvantageousforthevisualobservationcontrolledprocessofthewheeltorealizetheexperimentfunction.Itisemphasizethatthemaintenanceoftheexperimenttableandattentivemattersofuseattheend,sothatpeopleuseitmorecorrectly,moreconveniently.
KeyWords:
ElectronicStabilityProgramSystem;ActualDesignofTheLaboratoryBench;Paneldesign
1ESP概述
随着现代汽车技术的发展,车辆的主动安全性大大提高。
为了防止车轮抱死,避免车辆在紧急制动时因车轮抱死而失控,1978年博世公司开发了世界首套ABS,并在1985年投产。
据统计在2004年欧洲生产的新车ABS,装备率已达到85%,而欧洲生产协会更保证对2004年7月起生产的新车100%装备ABS系统。
在我国生产的新车中装备ABS系统也达到66%[1]。
由于ABS不能解决车辆在湿滑路面上起步或加速出现的车轮打滑问题,更不能避免车辆发生侧滑。
因此,在ABS的基础上,进一步发展出了牵引力控制系统(TCS或ASR)。
在车辆起步或加速时,如果某个车轮出现了打滑现象(车轮速度传感器不断监视着每一个车轮),TCS(ASR)会迅速干预制动系统和发动机工作,使车辆能够安全地起步或加速(防止车轮打滑,保证车辆具有良好的牵引性能,同时照顾其稳定性和操纵性)[2]。
1995年博世公司又推出了电子稳定程序(ElectronicStabilityProgram,简称ESP系统)。
实际上ESP系统也是一种牵引力控制系统,但是与其它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。
如后轮驱动汽车出现转向过度时,ESP便会慢刹外侧的前轮来稳定车子,防止后轮失控而发生甩尾现象;在转向过小时,为了校正行驶循迹方向,ESP则会慢刹内侧后轮,从而校正行驶方向。
ESP是一个主动安全系统,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。
如果单独制动某个车轮不足以稳定车辆,ESP将通过降低发动机扭矩输出的方式来制动其它车轮来满足需求。
有ESP系统的与只有ABS的汽车相比,它们之间的差别在于ABS只能被动地做出反应,而ESP则能够控测和分析车况,并纠正驾驶错误,预患于未然。
例如,汽车在路滑时过度转向时会向外侧甩尾,传感器感觉到滑动就会迅速制动外侧前轮,使其恢复附着力,也就是产生一种相反的转矩,而使汽车保持在原来的车道内。
ESP是一个主动安全系统。
它是建立在其它牵引控制系统之上的一个非独立的系统。
在大众、奥迪、奔驰车型上使用此简称ESP。
在其它车型上,相同或相近功用的系统采用了不同的名字[3-4]。
如:
DynamicStabilityControl(DSC)-BMW
VehicleStabilityControl(VSC)-Toyota
VehicleStabilityAssist(VSA)-Honda
装备ESP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[1,5]。
如图1-1所示。
图1-1装备TCS车型的功能
1.1主动安全的重要性额
汽车安全性方面最重要的就是避免发生事故,也就是所谓的主动安全。
在事故发生前,驾驶员在主动安全方面起主要作用。
但是,在事故中,汽车的重要性就马上显示出来,如在碰撞中,汽车所起的作用就是以乘员保护(安全气囊、冲击吸能式车身等)为目的的“被动安全”;而事故之前汽车所起的作用被称为“主动安全”。
汽车主动安全所起的作用是避免一次事故的发生以及防止二次事故的出现。
汽车规避事故的功能是汽车重要而又基本的性能(汽车的稳定性),它帮助避免或自动地避免事故的发生。
ESP能够在几毫秒的时间内,识别出汽车不稳定的行驶趋势,比如,由于人为或环境的干扰,轿车可能进入不稳定的行驶状态,而出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险。
ESP系统通过智能化的电子控制方案,让汽车传动或制动系统产生所期望的准确响应,从而及时恰当地消除这些不稳定行驶趋势,使汽车保持在所期望的行驶路线上。
ESP系统是汽车主动安全性技术发展的一个巨大突破,它可以在极其恶劣的行车环境中确保汽车的行驶稳定性[6]。
1.2转弯极限时汽车的不稳定性
控制汽车转弯性能的轮胎转向力在轮胎滑移角约为10°时达到最大,如图1-2所示。
汽车动力性能的极限取决于这一轮胎摩擦力的极限。
当前胎或后胎的抓地力达到极限(最大附着极限),汽车转向的稳定就受到极大的影响[4,6,7]。
图1-2轮胎的转向特性
汽车出现的两种不稳定现象取决于前轮胎和后轮胎哪一个首先达到抓地极限,而抓地极限又取决于各种情况,如路面状况(附着系数)、汽车速度、加速或减速的程度等。
粗略地讲高速时驱动轮先达到抓地极限,在中、低速时,从动轮易达到抓地极限(本节以后轮为驱动轮来进行分析)。
前轮胎首先达到抓地极限而引起的过度侧滑现象称为“漂出”又称为“侧滑”。
当出现这种状态时,司机再打方向也不能减少转弯半径,从而难以按理想方向行驶,如图1-3。
图1-3前轮制动产生的“漂出”现象
图1-4后轮制动打滑产生的“回旋”现象
当后轮首先达到抓地极限,开始出现侧滑时,汽车本身会变得不稳定。
在这种情况下,就会出现所谓的“回旋”现象,又称为“甩尾”,就像汽车被快速拉向转弯角一侧,如图1-4所示。
1.3汽车运动的控制
要抑制由于前轮侧滑造成的“漂出”,确保车辆的循迹行驶,首先要通过减速,有效地减少所需的转向力。
为有效地利用后轮保留的转向力,可额外地增加向转向角内侧的旋转运动。
此外,后轮也可产生最大的转弯力,如图1—5(A)所示。
为抵消后轮的侧滑可额外增加向外的旋转运动,以防止汽车的不稳定性,如图1-5(B)所示[4,6,7]。
(A)反向平衡前轮制动原理
(B)反向平衡后轮制动打滑
图1-5为消除刹车打滑的稳定控制方法
1.4控制汽车运动的原理
通过实验,得出制动期间作用在每个轮子上的各种旋转运动,图1-6表示。
因此要抑制前轮的侧滑,首先制动内后轮,以得到向内转的运动,然后对4个车轮进行制动,使车速降到某—水平来平衡旋转运动,使转向在转弯力的范围内进行。
当出现后轮侧滑时,外前轮被制动,以产生向外的运动,确保汽车的稳定性。
4个车轮所需的总转向力与车速的平方成正比,而每个车轮的实际转向力并不随车速而变。
这是汽车在高速下不稳定的原因之一。
因此,车速高时,即使车速轻微下降,也会使所需的转向力大大下降,从而可明显地改善汽车的稳定性。
ESP主要是通过控制汽车的旋转运动及上述的原理独立地对每一个车轮主动施加制动力来减速,确保车辆转弯的稳定性和循迹行驶能力[6,7]。
图1-6制动力与旋转动量的变化关系
1.5ESP的优点
(1)ESP不是独立的系统,而是建立在别的牵引系统之上,因而也有牵引系统的功率特征。
(2)ESP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。
(3)ESP能够识别车辆不稳定状态,并通过对制
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