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随着汽车工业的发展，汽车越来越重，车速越来越高，这些变化除了对汽车的基础制动能力提出了更高要求外，也对车辆的稳定性提出了更高挑战。根据对汽车安全性研究显示，在道路交通事故中，大约10％的事故是由于车辆在制动瞬间偏离预定轨道或甩尾造成的。众所周知，完善底盘的制动性能是减少交通事故的重要措施，而对制动进行主动干预是完善制动性能的关键。虽然对制动系统进行主动干预以提高车辆稳定性的理论研究很早就已经展开，但是真正落地却要依赖技术上的天时地利，液压制动替代传统的机械制动的广泛应用以及机电技术的发展给实现制动主动干预提供了技术基础，并为实现驱动主动干预甚至悬架主动干预提供了可能。自此，从最开始的制动防抱死系统 (Anti-lock Brake System, ABS)到今天的车辆动态控制系统 (Vehicle Dynamic Control, VDC)，底盘电子稳定性系统开始了华丽的进化之路。然而底盘电子稳定性系统的进化还没有停止。智能底盘新的E/E架构又给底盘电子稳定性系统带来了新优化方向，比如在底盘域控制器的控制下各个子系统协同工作可以实现更快速的稳定性控制。智能底盘与电子稳定性系统这一话题正在成为主流主机厂和供应商的研究热点。在这样的背景下，接下来几期将基于以下架构探讨电子稳定性系统的进化之路以及智能底盘给电子稳定性系统带来的新方向。
VDC功能：助力ESP成为划时代的产品
由于ABS只在制动时起作用，TCS只在驱动时起作用，因此ABS/TCS的集成只能解决车辆纵向稳定性问题，无法解决车辆驱动转向、制动转向以及高速转向等极端工况下引起的侧向稳定性问题。总结来说，转向不当会造成的两类典型的车辆动态问题：当出现转向不足时，横摆角速度太小，导致车辆前轴滑向弯道外侧；当出现转向过度时，横摆角速度太大，导致车辆后轴滑向弯道外侧而引起甩尾。为解决转向不当引起的车辆稳定性问题，博世公司于1992年在 ABS/TCS的基础上开发了第一代稳定性控制功能VDC(Vehicle Dynamic Control)，并将同时集成了ABS/TCS和VDC功能的产品命名为ESP (Electronic Stability Program) 。1995年ESP系统实现批量生产，并首次应用在奔驰S级轿车上。博世ESP的诞生是汽车发展史上划时代的产品。研究表明，VDC功能可以减少80%由侧滑引起的交通事故，并将严重车祸的数量减少50%。因此了集成了VDC功能的ESP产品被多家世界著名汽车厂商和研究机构称之为“能拯救生命的ESP”。在博世推出ESP之后，其他厂家也陆续推出类似集成了ABS/TCS/VDC功能的电子稳定性控制产品，但是无法继续使用ESP这个简称，因此命名五花八门，为了简单，通常将这些产品统称为电子稳定性控制系统ESC（Electric Stability Controller）。正是在VDC功能的加持下，才使得ESC产品能够提供强大的车身稳定性控制能力。实现VDC功能的关键部件如下图所示。④ 惯性传感器 (横摆角速度，纵向加速度，横向加速度)其中，轮速传感器通过滤波和计数技术实时计算四个车轮的轮速信息，方向盘转角传感器实时监控方向盘角度，惯性传感器实时监控车辆横轴和纵轴的动态行为，这些表征车辆状态的信息输入给ECU，通过VDC核心算法决定对轮缸液压力以及发动机或者驱动电机的驱动力，以实现对车身姿态的实时调节，保证车辆始终表现出较好的稳定性可操控性。下图展示了支持VDC功能的液压系统(HU: Hydraulic Unit)设计。HU有12个高速开关控制阀，其中吸入阀和限压阀各2个，其作用是在 VDC 作用过程中将制动管路相互隔离；增压阀和减压阀各4个，其作用是通过阀口开关组合实现单轮压力调节。此外在吸入阀的前端有一个压力传感器。VDC通过压力传感器判断汽车是强制动或轻制动或主动制动。VDC作用时，需要实现主动增压，此处以左后轮RL单轮增压为例：电机m1上电驱动柱塞泵p1，V2、V3、V4通电，隔断FL和RR制动回路，制动液经过吸入阀V4，在柱塞泵p1作用下增压，经过RL的增压阀V6进入RL轮缸，实现主动增压。需要减压时断开吸入阀V4，同时打开限压阀V2，实现减压。因此在VDC工作时柱塞泵p1的作用是增压泵。此外限压阀V1和V2在主动增压过程中可以对HCU回路加以保护，当压力超过一定限制时，限压阀开启，维持HCU内部压力不再上升。VDC的功能架构如下图所示。VDC实现技术主要包括控制器、控制算法、执行机构 以及系统匹配标定等，其中控制算法是VDC技术的核心 。控制算法的实现需要解决三个方面的问题：驾驶员驾驶意图的识别、汽车动力学状态的观测以及针对不同动力学状态的控制方法。当出现转向不足时，横摆角速度太小，导致车辆前轴滑向弯道外侧，此时VDC通过对弯道内侧的车轮施加制动力而使车辆产生一个反向的横摆角速度，从而将车辆稳定在预期车道内。当出现转向过度时，横摆角速度太大，导致车辆后轴滑向弯道外侧而引起甩尾，此时VDC通过对弯道外侧的车轮施加制动力而使车辆产生一个反向的横摆角速度，从而将车辆稳定在预期车道内。
结尾
2009年欧盟强制要求从2011年11月1日起，所有在欧盟地区销售的新车都要强制装备车辆稳定控制系统，所以现在的欧洲新车都将会标配ESC。在中国虽然没有强制法规要求，但是发展到今天，10万以上的车型几乎都搭载了ESC。正是ESC在保障驾驶安全方面的不可替代的作用让它能够在市场得到如此广泛的认可和应用。从这个角度看，说集成了VDC功能的ESP产品为划时代的产品毫不为过。
系列文章介绍
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