汽車(chē)電子穩定系統（ESP）詳解
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在汽車(chē)行駛過(guò)程中，因外界干擾，比如行人、車(chē)輛或環(huán)境等突然變化，駕駛員采取一些緊急避讓措施，使汽車(chē)進(jìn)入不穩定行駛狀態(tài)，即出現偏離預定行駛路線(xiàn)或翻轉趨勢等危險狀態(tài)。裝置ESP的汽車(chē)能在極短的幾毫秒時(shí)間內，識別并判定出這種汽車(chē)不穩定的行駛趨勢，通過(guò)智能化的電子控制方案，讓汽車(chē)的驅動(dòng)傳動(dòng)系統和制動(dòng)系統產(chǎn)生準確響應，及時(shí)恰當地消除汽車(chē)這些不穩定的行駛趨勢，使汽車(chē)保持行駛路線(xiàn)和預防翻滾，避免交通事故的發(fā)生。
ESP系統是汽車(chē)主動(dòng)安全措施的巨大突破，它通過(guò)控制事故發(fā)生的可能性來(lái)實(shí)現安全行車(chē)，使汽車(chē)在極其惡劣的行車(chē)環(huán)境中確保行駛的穩定性和安全性。
1．汽車(chē)電子穩定系統的組成
ESP在A(yíng)BS和ASR各種傳感器的基礎上，增加了汽車(chē)轉向行駛時(shí)橫擺率傳感器、車(chē)身翻轉角速度傳感器、側加速度傳感器、制動(dòng)總泵中的液壓力傳感器和轉向盤(pán)轉角傳感器等。其中最重要的是車(chē)身翻轉角速度傳感器，這種車(chē)用傳感器是航天飛機和空間飛行器上使用的旋轉角速度傳感器的類(lèi)似產(chǎn)品。車(chē)身翻轉角速度傳感器就像一個(gè)羅盤(pán)，適時(shí)地監控汽車(chē)行駛的準確姿態(tài)，監控汽車(chē)每個(gè)可能的翻轉運動(dòng)角速度。其他傳感器則分別監控汽車(chē)的行駛速度和各車(chē)輪的速度差，監控轉向盤(pán)的轉動(dòng)角度和汽車(chē)的水平側向加速度，當制動(dòng)發(fā)生時(shí)則監控制動(dòng)力的大小和各車(chē)輪制動(dòng)力的分配情況。
ESP系統包括車(chē)距控制、防駕駛員困倦、限速識別、并線(xiàn)警告、停車(chē)入位、夜視儀，周?chē)h(huán)境識別、綜合穩定控制和制動(dòng)助力(BAS)9項控制功能。通過(guò)綜合應用9種智能主動(dòng)安全技術(shù)，ESP可將駕駛員對車(chē)輛失去控制的危險性降低80％左右。
ESP智能化隨車(chē)微機控制系統，通過(guò)各種傳感器，隨時(shí)監測車(chē)輛的行駛狀態(tài)和駕駛員的駕駛意圖，及時(shí)向執行機構發(fā)出各種指令，以確保汽車(chē)在制動(dòng)、加速、轉向等狀況下的行駛穩定性。
圖1是汽車(chē)電子穩定系統ESP的各種傳感器及電子穩定系統ECU在轎車(chē)上的安裝，其ECU中配置了兩臺56kB內存的微機。ESP系統利用這兩臺微機和各種傳感器信號不間斷地監控車(chē)內電子模塊、系統的工作狀態(tài)和汽車(chē)的行駛姿勢，比如，速度傳感器每相隔20ms就會(huì )自檢一次。ESP系統還通過(guò)車(chē)內電子模塊之間的信號交流通信網(wǎng)絡(luò )，充分利用防抱死制動(dòng)系統ABS、制動(dòng)助力系統BAS和驅動(dòng)防滑控制系統ASR等的先進(jìn)功能。緊急情況下，如緊張的駕駛員對制動(dòng)力施加不夠，制動(dòng)助力系統BAS將自動(dòng)增大制動(dòng)力。在ESP系統出現故障不能正常工作時(shí)，ABS和ASR系統能照樣工作，以保證汽車(chē)正常行駛和制動(dòng)。
ESP系統的功能不簡(jiǎn)單是ABS和ASR功能之和，而是ABS與ASR功能之和的平方，因此使汽車(chē)能在極其惡劣的條件下保持行駛的穩定性。梅塞德斯-奔馳A級轎車(chē)的安全理念是通過(guò)先進(jìn)的電子控制模塊與液壓機械執行機構的智能化集成，實(shí)現了對汽車(chē)及乘員安全的最大可能保護。
2．汽車(chē)電子穩定系統的工作原理
從外部作用于汽車(chē)的所有力，包括制動(dòng)力、驅動(dòng)力、任何一種側向力，都會(huì )引起汽車(chē)繞其質(zhì)心轉動(dòng)。ESP系統根據此原理，在汽車(chē)進(jìn)人不穩定行駛狀態(tài)時(shí)，通過(guò)對制動(dòng)系統、驅動(dòng)傳動(dòng)系統的干涉，修正過(guò)度轉向或轉向不足的傾向，使汽車(chē)保持穩定行駛狀態(tài)。
微機控制系統的ROM中，預先儲存了控制程序中的標準技術(shù)數據。在汽車(chē)傳感器監測并將汽車(chē)行駛狀態(tài)的各種數據隨機傳送給ECU時(shí)，ECU立即調出預存標準數據與之進(jìn)行比較，判定轎車(chē)是否出現不穩定行駛趨勢和不穩定的程度及原因。一旦確定汽車(chē)有不穩定行駛的趨勢，ESP系統就會(huì )自動(dòng)代替駕駛員控制汽車(chē)，通過(guò)微機控制系統向制動(dòng)執行機構和發(fā)動(dòng)機執行機構發(fā)出指令，采取最有利的安全措施修正驅動(dòng)力和制動(dòng)力，阻止潛在危險情況的發(fā)生，使汽車(chē)恢復到安全穩定的行駛狀態(tài)。
微機控制系統指令執行的安全措施是指，當汽車(chē)傳感器監測到汽車(chē)有發(fā)生翻轉或偏離駕駛員需求的行駛路線(xiàn)的趨勢時(shí)，系統能有選擇地對單個(gè)汽車(chē)前輪或后輪實(shí)施制動(dòng)，或必要時(shí)同時(shí)增加或者減少發(fā)動(dòng)機的輸出轉矩，調整驅動(dòng)力。
圖2是汽車(chē)在轉彎道路上行駛時(shí)的軌跡示意。見(jiàn)圖2(a)，當汽車(chē)駛入彎道時(shí)，假如駕駛員通過(guò)轉向盤(pán)使汽車(chē)轉向的轉彎半徑大于彎道半徑，這種情況稱(chēng)為不足轉向。如汽車(chē)車(chē)速過(guò)快，則汽車(chē)可能沖出路面。安裝在汽車(chē)上的橫擺率傳感器會(huì )測出轉向偏差，側加速度傳感器會(huì )測得右駛加速度偏大和轉向盤(pán)轉角傳感器測得左轉向不足，并立即監測到這種沖出路面的危險趨勢，將信號輸入電子穩定系統中的ECU。ECU立即指令在左后輪實(shí)施脈沖制動(dòng)力，制動(dòng)力在汽車(chē)質(zhì)心產(chǎn)生一個(gè)向內偏轉力矩，迫使汽車(chē)繞質(zhì)心向內偏轉一個(gè)角度。同時(shí)ECU立即指令發(fā)動(dòng)機減少輸出轉矩，將汽車(chē)速度降下來(lái)，并代替駕駛員使汽車(chē)轉向角度稍大一些，使汽車(chē)按彎道半徑要求的轉向角度行駛，回到正確路線(xiàn)上。
反之，見(jiàn)圖2(b)，汽車(chē)行駛軌跡的最初位置。假如駕駛員轉向盤(pán)轉動(dòng)過(guò)猛，使汽車(chē)轉彎半徑小于彎道半徑，這種情況稱(chēng)為過(guò)度轉向。如汽車(chē)速度過(guò)快，則汽車(chē)可能因離心力而向外翻轉。安裝在汽車(chē)上的橫擺率傳感器、側加速度傳感器和轉向盤(pán)轉角傳感器等監測到這種翻轉的危險趨勢，立即將信號輸入電子穩定系統中的ECU，ECU迅速指令在右前輪實(shí)施脈沖制動(dòng)，制動(dòng)力在汽車(chē)質(zhì)心產(chǎn)生一個(gè)向外偏轉力矩，抵消離心翻轉力矩，迫使汽車(chē)繞質(zhì)心向外偏轉一個(gè)角度，制止了汽車(chē)可能側翻的趨勢。同時(shí)ECU控制迅速減少驅動(dòng)力，將汽車(chē)速度降下來(lái)，并代替駕駛員使汽車(chē)轉向角度稍小一些，使汽車(chē)按彎道半徑要求的轉向角度行駛。
綜上所述，汽車(chē)電子穩定系統ESP在汽車(chē)出現不穩定行駛趨勢時(shí)，采用了兩種不同的控制方法，使汽車(chē)消除不穩定行駛因素，回復并保持汽車(chē)預定的行駛狀態(tài)。這兩種控制方法是，首先ESP系統通過(guò)精確地控制一個(gè)或者多個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)過(guò)程(脈沖制動(dòng))，根據需要分配施加在每個(gè)車(chē)輪上的制動(dòng)力，迫使汽車(chē)產(chǎn)生一個(gè)繞其質(zhì)心轉動(dòng)的旋轉力矩，同時(shí)代替駕駛員調整汽車(chē)行駛方向。其次在必要時(shí)(比如車(chē)速太快，發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)轉矩過(guò)大)，ESP系統自動(dòng)調整發(fā)動(dòng)機的輸出轉矩，控制汽車(chē)的行駛速度。
通過(guò)采取上述兩種技術(shù)措施，當汽車(chē)進(jìn)行蛇形線(xiàn)路測試的時(shí)候就可以有效避免汽車(chē)的翻轉。ESP系統不僅僅是在干燥路面上提高了汽車(chē)的穩定性，還可以在路面附著(zhù)性比較差的時(shí)候，諸如結冰、濕滑，以及碎石等情況下起作用。在上述不利狀況下，車(chē)輪與路面之問(wèn)的附著(zhù)力降低，即使是最好的駕駛員也很難將高速行駛的汽車(chē)保持在預定的路線(xiàn)上，汽車(chē)容易發(fā)生側滑和跑偏，失去方向穩定性，甚至在急轉彎的時(shí)候發(fā)生翻車(chē)事故，這時(shí)就需要ESP系統。
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