制动踏板传感器信号过大

1. ESP的结构组成

ESP包括用于检测汽车状态和驾驶员操作的传感器部分、用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所需的旋转动量和减速度的ECU部分、用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器部分、用于提示驾驶员汽车失稳的信息部分共四部分。

ESP系统组成如图3-25所示。因为是在原有的防抱死制动系统（ABS）和驱动防滑控制系统（ASR）的基础上发展起来的，所以ESP的大部分控制部件都可与ABS和ASR共用。为了实现防止车轮侧滑功能，ESP在ABS和ASR基础上，传感器部分需要增设用于检测汽车状态的横摆率传感器、转向盘转角（转向角）传感器、侧向加速度传感器以及检测制动主缸（总泵）压力的制动压力传感器。电子控制单元ECU需要增强运算能力、增加相应的信号处理电路、驱动放大电路和软件程序等，ESP电子控制单元一般与ABS、ASR的电子控制单元组合为一体称为ABS/ASR/ESP电子控制单元。执行器部分既可像ABS或ASR那样单独设置压力调节器和发动机输出功率调节器（副节气门），也可以对液压通道进行适当改进，直接利用ABS和ASR已有的调节装置对制动力和发动机输出转矩进行调节。除此之外，还需要设置ESP故障指示灯、ESP蜂鸣器等指示报警装置。

图3-25  ESP系统组成

（1）电子控制单元

ECU是ESP系统的控制核心，与液压调节器集成在一起组成一个总成。电子控制单元持续监测并判断的输入信号有：蓄电池电压、车轮转速、方向盘转角、横摆率、点火开关、停车灯开关等信号。对输入的信号进行分析判断处理，为确保可靠性，采用冗余控制，用2个相同的处理器同时处理信号，并相互比较监控，向液压调节器等执行机构发出指令。接通点火开关后，系统进入自检，连续监控所有电气连接，并周期性检查电磁阀的功能。若ECU出现故障，则退出工作，进入失效保护状态，但常规制动系统仍可正常工作。

（2）转向盘转角传感器

转向盘转角传感器位于方向盘下面，一般与安全气囊的线圈做在一起，用来探测驾驶员欲操控汽车的方向。原则上，各种角度传感器都可以用于检测转向盘转角，但常用的角度传感器测量范围不超过360°，而轿车转向盘的转角范围为±720°，总的转动量为4圈。

（3）车轮转速传感器

车轮转速传感器多为电磁式，安装于四个车轮的轮毂上，ESP与ABS/ASR系统共用车轮转速传感器，获得车轮转速信号。如无此信号，则ABS、ASR、ESP均将退出工作，并点亮警报灯。

（4）纵向和侧向加速度传感器

ESP中的加速度传感器有沿汽车前进方向的纵向加速度传感器和垂直于前进方向的侧向加速度传感器，基本原理相同，只是成90°夹角，安装在汽车质心附近地板下方的中间位置，用来测量汽车纵向和侧向的加速度，判定汽车的运动状态。如无此信号，ESP电子控制单元就无法获得汽车实际运动状态，系统就退出工作并点亮警报灯。

（5）横摆率传感器

横摆率传感器用来检测汽车绕垂直轴线摆动的角度值（侧滑量），即车辆后部因侧滑引起的甩尾，安装于汽车行李箱的前部，与汽车的垂直旋转轴线一致。横摆率的大小代表汽车的稳定程度，如果横摆率达到一个阈值，说明汽车处于发生侧滑或者甩尾的危险情况，则触发ESP控制。横摆率传感器如图3-26所示，多为霍尔式，灵敏度极高，没有横摆时（侧滑），霍尔电压为常数，当车绕垂直方向轴线偏转时，永久磁铁左右运动，引起霍尔电压的变化，电压值与横摆率的大小呈线性关系。若无此信号，计算机无法了解汽车是否发生横向摆动， ESP系统则退出工作并点亮警报灯。

图3-26  横摆率传感器

（a）横摆率传感器内部结构；（b）横摆率传感器外形

（6）制动压力传感器

制动压力传感器多为压电元件，安装于制动管路上，用来检测操控时制动油压的高低。ECU据此计算出制动力的大小，以便推算出克服侧向力的操控值，对汽车不正常行驶进行调节。如无此信号，ESP则不工作而点亮警报灯。

此外还有制动开关信号传感器和ESP开关信号传感器。

2. ESP的工作原理

ESP的工作原理是利用汽车上的制动系统使汽车能转向。在允许的物理极限范围内， ESP系统通过控制车轮制动器工作，使汽车在各种行驶状况下都能在车道内保持稳定行驶。

当汽车处在非常极端的操控状态，如高速躲闪障碍物的情况下，ESP系统会在极短的时间内收集包括ABS、ASR等系统的庞大数据，并接收转向盘转向角度、车速、横向加速度以及车身状态，再与电子控制单元ECU中存储的目标值相比较，控制ABS、ASR等有关系统做出适当应变动作，从而使汽车按照驾驶员的意愿方向行驶。这时，即使驾驶员不断改变行驶路径， ECU也能持续运算，并通过对个别车轮增加或降低制动力的方式维持车身动态平衡。ESP系统根据转向角、速度、侧向力和车轮转速差异等信号，来判断汽车失去控制的时刻。不管驾驶员如何操作，通过对单个车轮施加制动和控制发动机的输出功率，来保持车辆的稳定性。

汽车的不平稳行驶状态来自于两个方面：一是路面附着力变化异常，二是操控不当。相应地产生两种不平稳现象：一是实际转向不足或转向过度，二是出现侧滑。

（1）ESP抑制车辆转向不足或转向过度

ESP抑制车辆转向不足或转向过度，工作原理如图3-27所示。

图3-27  抑制转向不足或转向过度

（a）抑制转向不足；（b）抑制转向过度

当在高速行驶的汽车前方出现障碍物时，驾驶员将向左急转向，以期绕过障碍物。但在惯性力作用下，车身行驶的方向保持正前方，与转向轮行驶的方向不一致，出现转向不足现象。当ESP判定为出现转向不足时，将制动左侧后轮，产生向左的转矩，使车辆进一步沿驾驶员转弯方向偏转，消除转向不足现象，从而稳定车辆，如图3-27（a）所示。当汽车向左急转向绕过障碍物后，需急速向右转向恢复直线行驶，ESP立即制动右前轮，恢复直行状态。当惯性分力较大时，惯性分力会使汽车产生转向过度，严重时会造成向左甩尾现象，ESP又立即制动左前轮，产生向左的转矩，消除转向过度，使汽车平稳地回到直线行驶状态，抑制了转向过度，如图3-27（b）所示。

（2）抑制车轮侧滑

当汽车在弯道上或湿滑的路面上高速行驶时，因地面的原因，附着力变化无常，后轮会产生侧滑，使汽车横向甩尾。ESP立即把制动力施加到转弯的外前轮上，使汽车产生相反的稳定力矩，恢复直线行驶，如图3-28（a）所示。同理，前轮也会产生侧滑，使汽车横向漂出。ESP立即把制动力施加到两个非驱动的后轮上，使汽车产生相反的稳定力矩，恢复直线行驶，如图3-28（b）所示。

图3-28  抑制后轮和前轮侧滑

（a）抑制后轮侧滑；（b）抑制前轮侧滑

3. ESP典型控制系统故障诊断实例——奥迪A4轿车ESP系统

奥迪高级版本的ESP系统BOSCH 8.0在国产全新奥迪A4上首次得到应用，这一系统通过防抱死制动和驱动防滑控制限制轮胎滑动，极大地提升了行车的安全性。ESP系统是先进的安全系统，它集中了车辆防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配装置（EBD）、驱动防滑控制系统（ASR）等主动安全装置，而其最突出的优点是：当车辆转向时，如果发生转向不足或转向过度或是车辆实际运行轨迹偏离驾驶员操作轨迹时，ESP就会发挥作用，纠正车辆运行轨迹偏差。ESP能够保证车辆在减速、制动、转向工作状态下有效稳定地操控安全性。

（1）系统组成

奥迪A4轿车ESP系统由传感器、电子控制单元和执行部件等组成，其组成如图3-29所示。

图3-29  奥迪A4轿车ESP系统组成

（2）工作原理

车轮转速传感器不断提供每个车轮的转速数据。转向角传感器将它得到的数据直接通过CAN总线传给ECU，ECU根据上述信息计算出车辆的所需转向和所需行驶状态。

侧向加速度传感器向ECU传送侧向偏转信息，横摆率传感器传送车辆的离心趋势，ECU根据该信息算出车辆实际状态。若计算出的所需值和实际值有偏差，控制系统进行调节：确定哪只车轮应制动或加速，发动机输出转矩是否该减小，在装有自动变速器的车辆上是否需要使用自动变速器ECU，然后根据传感器传输的数据，系统检查调节作用是否有效。如果有效，则ESP停止工作，并继续观察车辆的运行状态。如果没有成效，则调节系统重新工作。调节系统工作时，ESP指示灯亮，提示驾驶员注意。

（3）主要部件结构原理与诊断

1）转向角传感器G85。转向角传感器G85安装在转向柱开关和转向盘之间的转向柱上，滑环式复位环（安全气囊用）和转向角传感器构成一个整体并装在传感器的下面。工作原理如图3-30所示，将带孔的增量模板1和绝对模板2平行放置，以简化结构。在上述两个模板之间旋转光源3，此外还有光敏组件4和5，如图3-30 （a）所示。光通过缝隙照到传感器上，则产生一个信号电压；若光源被遮掉，则无信号电压。移动模板，会产生两种不同的信号电压，增量传感器传递的信号是均匀的，因为带孔增量模板上的孔排列均匀。绝对传感器传递的信号不均匀，因为绝对模板上的孔排列不均匀。比较这两种信号，系统就能算出带孔模板移动的距离，移动的起始位置由绝对模板决定，如图3-30（b）所示。转向时，转向角传感器根据上述原理工作，将信号输出到控制单元ECU，如图3-30（c）所示。

图3-30  转向角传感器工作原理

（a）转向角传感器G85结构；（b）转向角传感器G85工作原理；（c）转向角传感器G85信号输出 

1—增量模板；2—绝对模板；3—光源；4，5—光敏组件

2）侧向加速度传感器G200。由于物理原因，侧向加速度传感器应尽可能靠近车辆质心，所以它安装在驾驶员座椅下的放脚空间。工作原理如图3-31所示，侧向加速度作用到车辆上，由于惯性，永久磁铁稍晚一些才会随之运动，即刚开始时，永久磁铁保持静止，而减振板跟着传感器机体和整个车辆一起运动，如图3-31（a）所示。通过移动，在减振板上产生电子涡流，形成了一个与永久磁铁相反的磁场，从而减小了总磁场的强度，引起霍尔压力的变化。该变化与侧向加速度的大小成比例，如图3-31（b）所示。减振板和磁铁间摆动越大，磁场强度就越减弱，霍尔压力变化就越明显。没有侧向加速度时霍尔压力是一个常数，如图3-31（c）所示。

图3-31  侧向加速度传感器工作原理

（a）侧向加速度刚作用在车辆上；（b）霍尔压力与侧向加速度成比例；（c）没有侧向加速度

3）横摆率传感器G202。横摆率传感器G202应尽可能靠近车辆质心的位置。在帕萨特轿车上，它安装在放脚空间的左前方。其结构原理如图3-32所示，横摆率传感器的基本部件是一个小的金属空心圆柱体，其表面有8只压电元件，其中4只压电元件使空心圆柱处于谐振状态，另外4只元件检测所在圆筒的振荡波是否改变。当有转矩作用在这个空心圆柱体上时，振荡波节就完全改变。压电元件检测出振荡波节在移动，并将信息送给ECU。ECU由此计算出车辆的横摆率。

图3-32  横摆率传感器G202结构原理

4）制动压力传感器G201。制动压力传感器G201安装在行驶动力调节液压泵中。其结构原理如图3-33所示，制动压力传感器的核心部件是一个会受到制动液作用的压电元件和一个传感器电子元件。如果制动液挤压压电元件，压电元件上的电荷分布就会变化。未受到制动液的压力时，电荷是均匀的。一旦受到压力，电荷位置移动，由此产生电压。压力越大，电压就越大。电压被内置的电子元件放大后，以信号的形式传给ECU。

图3-33  制动压力传感器G201结构原理

5）动态控制液压泵V156。动态控制液压泵V156的位置安装在发动机舱的液压调节单元下面，和液压调节单元共用一个支座。在制动踏板给予巨大压力，ABS要求制动液量很少时，回油泵即能完成这一任务。但在制动踏板给予较小压力或根本没有压力时，回油泵不能给予大量的制动液，因为低温时制动油黏度太高，所以需要在ESP装置上附设一个液压泵，给加油泵吸入端提供所需的初压力，该压力在经过主缸上的节流阀时受到限制，动态控制液压泵自身无法调节。

6）液压调节单元。液压调节单元安装在发动机舱的支架上，它在各车型上的安装位置不尽相同。在帕萨特轿车上安装在驾驶座一侧，靠近减振板。液压调节单元的工作原理如图3-34所示，制动总管（以一个车轮为例）由图3-34（a）所示的各部件构成。增加压力：助力器建立预压力使回流泵吸入制动液。N225关闭，N227打开，进油阀保持开启，直到车轮被制动到所需要的制动强度，如图3-34（b）所示。保持压力：此时，ESP的分配阀N225仍正向接通，即关闭，但高压阀N227处于关闭状态，回油泵停止工作。ABS的进油阀关闭，回油阀仍关闭，压力不会从车轮制动缸泄漏出去，系统处于保压状态，如图3-34（c）所示。减小压力：出油阀打开，N225视压力大小打开或关闭，N227和进油阀关闭。制动液经N225和主缸回到储液罐，如图3-34（d）所示。

图3-34  液压调节单元的工作原理

（a）液压调节单元构成；（b）液压调节单元处于增压状态； 

（c）液压调节单元处于保压状态；（d）液压调节单元处于减压状态 1—分配阀N225；2—动态控制高压阀N227；3—进油阀；4—出油阀； 

5—制动缸；6—回流泵；7—主动伺服器；8—低压蓄能器