汽車電子穩定控制系統ESC(Electronic StabilityController)是一個主動安全控制系統，通過傳感器監控車輛自身行駛狀態，在車輛緊急躲避障礙物、轉彎等容易出現不穩定狀況時，以及在轉向過度或轉向不足情況下，利用動力系統干預及制動系統干預，幫助車輛克服偏離理想軌跡的傾向，為車輛行駛提供更好的安全性。博世是世界上第一家實現ESC量產的公司，博世將自己的ESC產品稱為ESP(Electronic Stability Program)，本系列文章將主要依據博世ESP的產品特性介紹ESC的相關知識。

Part1:ESC系統介紹

一

ESC硬件組成

ESC系統的硬件包括ESC控制器、輪速傳感器、齒圈(集成在輪轂軸承或驅動軸上)、轉向角傳感器、YG傳感器、線束和ESP儀表警告燈等，見下圖1。1 – ESC控制器；2 – 輪速傳感器；3 – 轉向角傳感器；4 – YG傳感器圖 1? ESC硬件組成1.ESC控制器ESC控制器總成由ECU電子控制單元、HCU液壓控制單元、馬達等部分組成，具體見圖2。圖 2? ESC控制器隨著ESC系統功能的不斷擴展，同一家供應商的ESC控制器往往存在多個不同功能版本。2.輪速傳感器輪速傳感器通過與齒圈配合，采集車輪的轉動速度轉化為電信號，輸入到ESC電子控制單元進行處理。常用的輪速傳感器分為兩類：被動式輪速傳感器和主動式輪速傳感器。被動式輪速傳感器又稱為電磁式，利用電磁感應原理，產生的是正弦波信號，見圖12.1-5。而主動式輪速傳感器目前主要使用霍爾式，利用霍爾原理，產生的是方形波信號，見圖12.1-6。由于主動式輪速傳感器具有抗干擾能力強、工作氣隙范圍寬及可零速輸出等優點，已成為當前應用的主流產品。圖3? 被動式輪速傳感器圖4? 主動式輪速傳感器3.YG傳感器YG傳感器分為集成式和獨立式：集成式是將傳感器集成到ESC控制器內部，獨立式是將傳感器單獨安裝在整車質心附近。目前，集成式YG傳感器已逐步成為趨勢。4.轉角傳感器在以往的車型中，轉角傳感器通常集成在方向盤組合開關上，為一個單獨零件。但目前出于成本等方面考慮，電動助力轉向系統EPS直接外發轉角信號給ESC使用，整車取消單獨轉角傳感器已成為趨勢。

二

ESC基本功能

對于傳統ESC，其必須具備的四大基本功能為防抱死制動系統(ABS)、電子制動力分配(EBD)、牽引力控制系統(TCS)、車輛動態控制系統(VDC)圖 5? ESC基本功能1.EBD (Electronic Brake Distribution)電子控制單元根據輪速信號計算車輪的轉速及滑移率，如果后輪有抱死傾向，則由液壓控制單元調節后輪制動壓力，使后輪制動力降低，以保證后輪不會先于前輪抱死。同傳統制動力分配方式(如比例閥、感載閥)相比，EBD功能保證了較高的車輪附著力及合理的制動力分配。尤其在汽車制動時，根據軸荷轉移的不同，自動調節前后軸制動力比例，提高制動效能。EBD主要功能包括：

• 在制動過程中保持穩定性；

• 提供與機械液壓比例閥同樣的功能；

• 防止后輪比前輪先抱死；

• 當汽車載荷變化，利用EBD對汽車平衡進行改良。

2.ABS(Anti-lock Brake System)當車輪制動時，由裝在車輪上的輪速傳感器采集四個車輪的轉速信號，送到電子控制單元計算出車輛的減速度及車輪的滑移率。電子控制單元根據計算結果調節車輪制動力，讓車輪達到一個最佳制動狀態(滑移率處于最理想狀態)，防止車輪抱死，使汽車在制動狀態下仍能轉向。ABS主要功能包括：

• 保持車輛穩定性——防止后輪抱死；

• 保持轉向功能——防止前輪抱死；

• 減小制動距離；

• 減少駕駛員工作量。

當ABS起作用時，EBD即停止工作，ABS與EBD的調節過程對比如下：

• ABS是前后橋控制，EBD是后橋控制；

• ABS在緊急制動情況下作用，EBD在普通制動情況下作用；

• ABS工作時調節方式頻繁，EBD的調節比較緩和。

3.TCS (Traction Control System)汽車在光滑路面制動時，車輪會打滑，甚至使方向失控。同樣，汽車在起步或急加速時，驅動輪也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上還會使方向失控而出危險。TCS依靠輪速傳感器監測到從動輪速度低于驅動輪時(打滑特征)，就會降低驅動輪上的有效驅動力，使驅動輪不再打滑。TCS主要功能包括：

• 保持穩定性；

• 保持轉向性；

• 改進易打滑路面的車輛加速性；

• 減少駕駛員的工作量。

4.VDC (Vehicle Dynamics Control)當車輛出現非預期的過多或不足轉向時，通過采集到的信號判斷理論與實際的差異，進行主動對某個車輪施加制動力，使車輛運行狀態符合駕駛員的期望，避免車輛的不穩定狀態。VDC主要功能包括：

• 維持車輛行駛穩定性；

• 消除避讓動作和路況改變所產生的險情；

• 過彎時保持正確的路線；

• 提供最佳駕駛條件，提供高程度駕駛安全。

Part 2? ESC附加功能

ESC經過多年發展，硬件、軟件不斷升級，其控制功能早已超出EBD、ABS、TCS和VDC四大基本功能的范圍。本文將主要介紹ESC的附加功能。

一

ESC附加功能清單

表 1? ESC附加功能

ESC系統功能		關聯配置
HBA	液壓制動輔助	/
HHC	坡道起步輔助
HAZ	緊急制動雙閃
HBB	液壓制動助力
DTC	發動機拖滯扭矩控制	非EV、PHEV
HDC	陡坡緩降	SUV
RMI	防側翻控制
RBS	再生制動系統	EV、PHEV
EPB	電子駐車	EPB+AutoHold
AVH	自動駐車
CDP	動態駐車
ABP	制動器自動預充壓	AEB
ABA	自適應制動輔助
AEB	自動緊急制動
AWB	駕駛員預警系統
CDD	駕駛員輔助加速控制	ACC
VLC	車輛縱向控制
TCH	偏航軌跡引導	APA
VMC	車輛運動控制	自動駕駛

二

ESC附加功能介紹

1HBA (Hydraulic Brake Assistanty)ESC系統通過壓力傳感器判斷壓力上升梯度，判別是否是緊急制動，一旦確認為緊急制動，ESC系統會主動增壓，讓車輛達到最大減速度。HBA主要功能包括：

• 監測緊急制動工況；

• 自動使車輛達到減速度極限；

• 普通駕駛員能達到專業駕駛員水平；

• 緊急制動后對車輛減速度準確控制；

2HHC (Hill Hold Control)在上坡路面上起步時，通過維持制動系統壓力，保證在駕駛員松開制動踏板2s內車輛不后溜，用戶無需通過控制手剎即可實現坡道起步。HHC主要功能包括：

• 在駕駛員松開油門踏板時防止車輛向后溜車；

• 保持由駕駛員產生的制動壓力(沒有主動增壓)；

• 駕駛員可以在2s內從制動踏板移到加速踏板，2s后制動釋放；

• 監測駕駛員離位的安全理念；

• 如果車輛四輪抱死并且滑動，輪缸壓力將釋放以保持轉向性能。

3DTC (Drag Torque Control)在低附路面上，尤其是冰面上制動時，若進入ABS控制，由于傳動系統的拖滯力，驅動輪的輪速恢復非常緩慢，此時ESC系統會發指令給動力總成，要求增加輸出扭矩，以便盡快恢復輪速，提高車輛的穩定性。DTC主要功能包括：

• 減少從動輪上的制動打滑，并通過增加動力總成輸出扭矩保證車輛的穩定性；

• 當動力總成輸出扭矩在諸如低附或ABS制動工況下使車輪打滑時，控制動力總成輸出扭矩。

4HDC (Hill Descent Control)一種巡航控制功能，能幫助駕駛員低速下坡(最大50%坡度)，車輛速度的控制是通過ESC主動增壓來完成，不需要駕駛員主動的制動干預。HDC主要功能包括：

• 低速工況下的巡航控制；

• 為越野工況設計；

• 幫助駕駛員緩慢而安全的下陡坡；

• 無需使用任何踏板控制；

• 如果制動滑移率過大，ABS會自動啟動；

• 系統僅使用制動干預，不使用驅動干預。

5VLC(Vehicle Longitudinal Control)VLC功能為ESC系統提供了一個加速接口，可負責對安裝ADAS的車輛進行縱向控制。ADAS根據駕駛情況提供加速度請求，VLC通過主動控制發動機和制動來實現對加速度的調節。VLC一般用于ACC及APA功能。6CDD(Controlled Decelerationfor Driver assistant Systems)CDD是一項能夠實現主動增壓的附加功能，該功能時為了實現ADAS功能中的制動執行部分。CDD一般作為VLC的下級功能，接受VLC的減速命令，控制車輛進行主動制動。CDD能夠完成整車制動到靜止，保持車輛靜止并且舒適地起步。7VMC(Vehicle Motion Control)VMC提供了完整的車輛橫縱向運動控制功能，一般用于L3級及以上的自動駕駛。VMC從上層控制器接收橫縱向運動控制命令，協調管理下屬各驅動、制動、轉向執行器實現車輛的橫縱向運動。目前車輛上安裝的、反應自身運動狀態的傳感器包括輪速、縱向/橫向加速度、橫擺角速度和方向盤轉角。其中除方向盤轉角外，其它傳感器通常由ESC系統供應商供貨，屬于ESC產品的一部分，這就意味著ESC系統事實上掌握著車輛運動狀態的“第一手信息”。正是由于這些“第一手信息”，ESC有條件發展出越來越多的車輛動態控制附加功能，逐漸成為車輛底盤控制的核心控制器。

?Part3 ABS工作原理

ABS為ESC系統基本功能之一，也是ESC系統最初的前身，本文主要介紹ABS的工作原理。

一

動力學原理

在車輛運行過程中，輪胎與路面之間的附著特性決定了汽車的動力性、制動性和操縱穩定性。輪胎與路面之間的縱向附著特性決定汽車的加速和制動能力，輪胎與路面之間的側向附著特性決定汽車的轉向操縱能力。輪胎與路面間縱向、橫向附著系數與滑移率的關系見圖5，當輪胎輕微滑移時，縱向、橫向附著系數均處于較高的范圍，輪胎擁有最好的附著特性。圖 5 干燥硬實路面附著系數與滑移率的關系ABS通過控制輪胎滑移率，最大限度的利用車輪和路面間的附著系數，獲得行駛穩定性和操縱性。圖 6? 帶ABS與不帶ABS的對比

二

ABS液壓工作原理

ABS系統液壓回路見圖7，可以看出整個系統為X型回路，左后輪和右前輪為一回路，右后輪和左前輪為一回路。圖 7? ABS系統液壓回路NO – 常開閥；NC – 常閉閥；LPA – 低壓蓄能器ABS系統調節包括建壓、保壓、減壓、增壓四個階段，各階段工作過程如下：

• 建壓

制動時，通過助力器和總泵建立制動壓力。此時常開閥打開，常閉閥關閉，制動壓力進入車輪制動器，車輪轉速迅速降低，直到ABS電子控制單元通過轉速傳感器得到識別出車輪有抱死的傾向為止。減壓階段液壓回路工作狀態見圖3

• 保壓

當ABS電子控制單元識別出車輪有抱死傾向時，控制常開閥關閉，此時常閉閥仍然關閉，見圖8。圖8? ABS保壓階段

• 減壓

如果施加的制動壓力過大，車輪比車輛更快的減速，將有可能發生車輪抱死現象。這種情況下ECU 會向HCU 傳達降低車輪壓力的指令，即：常開閥關閉，常閉閥的開啟，降低車輪分泵的壓力。此時車輪分泵放出的制動液臨時儲存到低壓蓄能器 (LPA)，儲存于低壓蓄能器 (LPA)內的制動油被隨馬達旋轉而啟動的油泵抽回到總泵。見圖9。圖9? ABS減壓階段

• 增壓

實施減壓時，如果排出過量的制動液或者車輪與路面間的摩擦系數增加，則需要增加各車輪的壓力。這種狀態下ECU 向HCU 傳達增加車輪壓力的指令，即：常開閥開啟，常閉閥關閉，增加車輪分泵的壓力。減壓時儲存于低壓蓄能器(LPA)內的制動液在增壓狀態下也繼續轉動馬達排出制動液，此時的制動液通過總泵及常開閥供應到各車輪分泵。見圖10。圖10? ABS增壓階段

Part 4? TCS與VDC工作原理

TCS和VDC均屬于ESC的基本功能，本文將主要介紹著這兩項功能的工作原理。

一

TCS工作原理

在硬實路面上，輪胎與路面間的附著系數與滑移率的關系見圖11。圖11? 附著系數與滑移率關系當車輪轉速＜車速時，滑移率為負，車輪處于滑移狀態，滑移率=-100%時，車輪為純滑移狀態(抱死)；當車輪轉速＞車速時，滑移率為正，車輪處于滑轉狀態，滑移率=100%時，車輪為純滑轉狀態(打滑)。ABS在滑移率為負時起作用，通過降低車輪制動壓力來防止車輪抱死。TCS在滑移率為正時其作用，通過降低驅動輪上的有效驅動力矩來阻止車輪在驅動情況下的打滑，TCS可以看做是ABS在驅動狀態下擴展。除保證汽車的加速穩定性和操縱性外，TCS還能通過“最優”打滑的調節來改善牽引特性。TCS主要包括驅動扭矩控制、橫向鎖止調節及縱向鎖止調節三項控制功能：驅動扭矩控制對于燃油車，可通過控制①發動機節氣門、②點火裝置、③噴射裝置等不同方式實現。其中方式①的反應速度較慢，但工作方式平穩，能夠與其它控制方式聯合使用；方式②、方式③反應迅速，但可能會影響發動機性能。橫向鎖止調節當差速器兩側的驅動輪出現較大轉速差時，可對兩側驅動輪進行非對稱制動力調節，改變有效驅動力矩，模擬差速鎖功能。縱向鎖止調節該功能僅應用于四驅車型中央差速器(扭矩管理器、智能分動器)，當中央差速器兩側傳動軸出現較大轉速差時，改變前后軸扭矩分配比例。

二

VDC工作原理

當汽車進行快速轉向或反轉向時(快速通過狹窄彎道、躲避迎面突然出現的障礙物、高速公路上突然超車等工況)，汽車將可能處于不再安全可控的臨界范圍，因為此時作用在汽車上的橫向加速度力有可能達到駕駛員無法控制的值。VDC通過控制車輪制動，幫助汽車實現快速轉向或反轉向狀態下的穩定性：在不足轉向時，對彎道內側的后輪施加額外制動力，增加橫擺力矩；在過度轉向時，對外道外側的前輪施加額外制動力，減小橫擺力矩。下表1以躲避迎面突然出現的障礙物工況具體說明VDC控制原理。表 2 躲避障礙物工況下的VDC功能

階段	圖示	說明
階段一		車輛前面突然出現障礙物時，駕駛員必須快速向左轉彎，此時轉角傳感器將此信號傳遞到ESC控制總成，YG傳感器發出汽車轉向不足的信號，這就意味著汽車將會直接沖向障礙物。
階段二		SC控制單元通過傳感器的信號對車輛的運行狀態進行判斷，進而發出控制指令：將會將左后輪緊急制動，產生轉向需要的反作用力，使汽車按照轉向意圖行駛。

階段	圖示	說明
階段三		車繞過障礙物進行反向轉向時，汽車發生轉向過度，向右的橫擺力矩過大，以至于汽車向左發生甩尾。
階段四		SC控制單元識別多度轉向情況后，控制左前輪緊急制動，產生反方向橫擺力矩，是汽車穩定。

總結VDC的控制流程，見下圖12：圖12? VDCi控制流程

Part 5?ESC液壓工作原理

ESC系統液壓回路見圖13，整個回路為X形回路，左后輪與右前輪為一回路，右后輪與左前輪為一回路。整個回路中包括12個電磁閥，其中6個是常開閥(增壓閥和限壓閥)，6個是常閉閥(減壓閥和吸入閥)，通過這12個電磁閥的不同通斷組合，即可實現ESC系統的各項控制功能。對稱布置的兩個柱塞泵由同一個電機驅動，在ABS功能時用于使制動液回流，被稱為回油泵；在TCS、VDC功能時用于主動增壓。在柱塞泵前后的蓄能器和阻尼器的功能主要是吸收油壓脈動，蓄能器的功能還包括在ABS減壓功能時，暫時儲存從輪缸回流的制動液，達到迅速降低輪缸壓力的作用。除此之外，還有電動機、單向閥和壓力傳感器，分別起到動力輸出、控制液壓管路流動方向和檢測壓力的作用。圖 13? ESC系統液壓回路閥1、閥2 – 限壓閥；閥3、閥4 – 吸入閥；閥5~閥8 – 增壓閥；閥9~閥12 – 減壓閥。實現不同功能時，ESC系統液壓回路的工作原理如下：

一

ABS功能

如圖1所示，當駕駛人踩下制動踏板，ESC進入ABS功能時，在增壓階段，各個電磁閥均保持斷電狀態，制動液通過主缸，經過限壓閥、增壓閥直接進入到各個輪缸。當ABS功能需要保壓時，將增壓閥通電關閉，這時輪缸和主缸之間的液壓回路完全被隔斷，輪缸內的壓力也就保持一致。當車輪壓力過高，有抱死趨勢時，會要求車輪壓力降低，這時將減壓閥通電打開，增壓閥通電關閉，電動機通電驅動柱塞泵運動，制動液從輪缸經過減壓閥迅速回流到基本不存在壓力的低壓蓄能器中，柱塞泵通過往復運動，將蓄能器中的制動液泵回壓力較高的制動主缸。在這一過程中，液壓回路是輪缸、減壓閥、蓄能器、柱塞泵、阻尼器、限壓閥、制動主缸。減壓時的主要目標是減壓速度迅速，同時在車輪中不存在殘余應力，因此在設計中必須保證蓄能器的容積能夠儲存兩個輪缸內的所有制動液，還需要保證柱塞泵能夠把蓄能器中的所有制動液泵回制動主缸，在輪缸和蓄能器中不存在殘余制動液，導致殘余壓力。

二

ESC主動增壓

在主動增壓階段，駕駛人并沒有踩下制動踏板，制動主缸沒有壓力，而是通過柱塞泵使得車輪輪缸中建立起壓力，實現主動制動功能，為ESC液壓執行單元設計的關鍵，液壓工作原理見圖14。圖中左后輪為主動增壓的車輪，這一回路的增壓閥(閥8)保持斷電打開狀態，X形回路中同側的另外一個車輪(右前輪)的增壓閥(閥7)通電關閉，左后/右前輪一側的限壓閥(閥2)通電關閉，吸入閥(閥4)通電打開，X形回路另一側的限壓閥(閥1)通電關閉，電動機通電驅動柱塞泵(泵2)工作。制動液從主缸、吸入閥、柱塞泵、增壓閥到輪缸，實現右后輪內的壓力增長。圖14? ESC主動增壓時液壓系統工作原理

三

ESC保壓

當主動增壓的壓力增長到一定程度之后，需要對車輪的壓力進行保持，進入保壓階段，液壓工作原理見圖15。此時兩側的限壓閥(閥1、閥2)通電關閉，吸入閥(閥4)斷電關閉，使得主缸和輪缸之間的液壓回路完全切斷，車輪內的壓力保持不變。值得注意的是，電動機在保壓階段，仍然處于通電狀態，驅動柱塞泵往返運動，但是由于柱塞泵入口和制動主缸的液壓回路已經被吸入閥隔離，因此無法吸入制動液。圖15? ESC保壓時液壓系統工作原理

四

ESC減壓

當主動增壓的壓力需要減少時，進入減壓階段，液壓工作原理見圖16。在減壓過程中，所有電磁閥保持斷電初始狀態，電動機也斷電不再驅動柱塞泵工作。由于此時制動踏板并沒有踩下，制動主缸不存在壓力，輪缸的壓力高于制動主缸，在壓力的作用下，直接通過增壓閥、限壓閥返回主缸，實現減壓過程。值得注意的是，在ESC減壓階段，并不像ABS減壓階段時，需要利用柱塞泵的回流功能，將制動液從輪缸泵回主缸。這是由于ABS工作時，制動踏板已經踩下，制動主缸存在制動壓力，而且是不低于制動輪缸的壓力，因此制動液沒有辦法直接從輪缸回到主缸，必須借助柱塞泵的回流功能。而在ESC減壓時，由于輪缸壓力高于主缸壓力，制動液會從輪缸直接回流到制動主缸。圖16? ESC減壓時液壓系統工作原理---END---

總結

以上是生活随笔為你收集整理的esc指令检查打印状态_【行业知识分享】八千字解读ESC系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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