如今的电子安全系统在驾驶安全领域展开了新的一页。经过多年的成功开发,诸如安全带和安全气囊之类的被动安全系统已达到相当高的水平,而帮助驾驶员避免撞车的技术即主动安全技术也正变得越来越重要。电子稳定程序(ESP®)正是这一领域的一个重要技术,并且被称作是自安全带发明以来最具潜力的汽车安全技术。
主动安全系统的革命性变化
电子稳定程序(ESP®)是一种车辆主动安全系统,1995年投入市场。ESP®能够在危急时刻帮助驾驶员保持对车辆的控制。
所有主动安全系统都是在1978年投入市场的防抱死制动系统ABS的基础上发展而成的。在驾驶过程中,车轮会在紧急制动时抱死,从而使轮胎与路面之间的附着力减小。在这种情况下,因车辆不会对驾驶者的转向操作做出反应,这意味着车辆处于失控状态。装配ABS的车辆,其轮速传感器会测算出车轮的转速,并且把这些信息传递给ABS控制单元ECU。控制单元ECU计算出车轮与地面之间的滑移程度,判断是否某个车轮将会抱死。如果有抱死的倾向,ABS的干预会使车辆稳定,或者减少制动压力。因此,ABS防止车轮抱死,保持车辆的可转向性,允许驾驶员能够避开障碍物。
危急驾驶情况不仅仅在制动时出现,每当需要把强烈的纵向力转到轮胎与地面之间的接触区域时——启动与加速时,特别在光滑的路面、坡道和转弯时——也会出现。在ABS的基础上,1986年又推出了牵引力控制系统TCS。通过增加一个发动机管理系统与ABS的接口,TCS可以通过降低单个驱动轮的驱动扭矩来防止车轮打滑。TCS是在ABS的基础上的一个合理拓展,它提供了车辆在加速时的安全保障。
电子稳定程序(ESP®)整合了ABS和TCS的功能,并且增加横摆扭矩控制——防侧滑的功能。在紧急操控,如快速转向、反向转向、紧急变道、紧急避让等危急情况下,它能够帮助驾驶者保持对车辆的控制。
ESP®时刻待命,每秒25次监测微处理器,比较驾驶者的转向意图是否与车辆实际行驶的方向一致。如果车辆向不同的方向行进——转向不足或者转向过度——ESP®能够监测出危急的情况并立即做出反应。为了实现以上功能,ESP®利用车辆制动系统来操控车辆回到正确的轨道。精确的制动力直接作用于单个车轮,比如反向转向不足时的内后轮,或者转向过度时的外前轮。这些选择性的制动干涉产生所需要的反作用力,车辆就可以按照驾驶者的意图做出反应。为了实现最优的行驶稳定性,ESP®不但能够干涉制动,而且能够直接作用于发动机以加速驱动车轮。ESP®充分降低了操控过程的复杂性,并降低了对驾驶者的需求。ABS、TCS和ESP®都是由博世引入市场的。
ESP®增强道路的安全性
车辆失控或侧滑,已经被证实是碰撞前期主要的危险因素。一项关于碰撞侧滑事故的国际性对比毫无疑问的证实:至少20%的致伤的交通事故和40%的致命的交通事故,都是由碰撞前期车辆的侧滑引起的。此项数据来自全球范围,所以可被认为是相对保守的统计数据。例如,一项德国深度交通事故的研究(GIDAS)的数据表明:交通事故中由侧滑引起的严重伤害比率高达48%。
在许多国家,ESP®在车辆上的广泛使用已经允许评估它在真实碰撞中的效果。评估ESP®有效性的研究已经在日本、德国、瑞典、法国、英国、美国和澳大利亚进行过。所有这些研究使用了不同的方法和不同类型的汽车,包括轿车和SUV,但都确认了ESP®的益处。许多早期数据的研究在更多数据的支持下再次被证实,并且更多精确的分析使人们对一系列条件下ESP®的有效性有了更详细的理解。毫无疑问,ESP®在降低单车车辆(轿车和SUV)事故上高度有效。研究估计ESP®降低了30%-50%的轿车单车致命事故和50%-70%的SUV单车致命事故。
ESP®在全球和中国市场的发展
90年代中期,欧洲的汽车生产商最先开始给车辆装配ESP®。虽然ESP®最先只是作为高价位、豪华车辆的选装配置,但几年内一些高端的汽车生产商开始将其作为各种车型的标准配置。从那时起,ESP®的装配率在全球都有稳定提高。事实上,全球市场数据显示,目前国际市场对车辆安全提出了更高的标准,特别是从ABS到ESP®的装配升级。2008年,全球的ESP®装配率达到33%。到2012年,预计全球所有乘用车及轻型商用车(LCV)中约50%都将装配ESP®。当今,在欧洲和美国,每两辆新乘用车和轻型商用车中就有一辆装配了ESP®。美国和欧洲的立法者最近都做出决定,要求强制装配ESP®。2011年9月起,美国所有4.5吨以下车辆都必须装配ESP®。2014年11月起,欧洲所有的乘用车和轻、中、重型车辆都要求装配ESP®。在中国,随着公路数量和第一次拥有车辆的车主数量的快速增长,对先进的安全系统的要求也在增长。在过去的几年中,装配了ESP®的车辆数量有显著提升。2008年,11%的新注册车辆装配了ESP®。
ESP®市场的迅猛发展是基于其在拯救生命方面的巨大潜力。根据德国科隆大学2007年的一份分析报告,在欧洲范围内如果所有车辆都装配ESP®,每年可以避免4,000人死亡及100,000人受伤。美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)预测,如果全面装配ESP®,每年美国道路事故死亡人数可减少10,000,受伤人数可减少250,000。
ESP®的命名
ESP®被不同的汽车生产商赋予不同的名称,诸如电子稳定控制(ESC)、动态稳定控制(DSC)、汽车动态控制 (VDC)、汽车稳定控制 (VSC)、汽车稳定性辅助 (VSA)。不论名字如何,ESP®的功能和操作、以及其所提供的驾驶安全都是一样的。
ESP®包括以下部件:
带电子控制单元(ECU)的液压单元
液压单元有输入和输出电磁阀来调节作用于各车轮制动器的制动压力。除了具有系统控制功能外,集成的ECU还具备系统所有电气和电子的控制职能。引擎舱内的单元位于制动主缸与制动轮缸之间,这样液压管路到制动主缸与制动轮缸的距离就可以变得更短。
轮速传感器
ECU根据来自轮速传感器的信号计算车轮的转速。有两种不同工作原理的传感器:被动式(感应)和主动式(霍尔)速度传感器。主动式传感器正在变得越来越普及。它们应用磁场对轮速进行非接触式检测,同时还具备识别车轮旋转方向和停转的能力。
横摆角速度传感器和侧向加速度传感器
横摆角速度传感器纪录车轮绕垂直轴线的横向运动。结合来自集成在一起的侧向加速度传感器的信息,车辆的状态及其是否与驾驶者的意图一致可以得到判定。
转向角传感器
转向角传感器的任务是判定转向角度,帮助确定车辆测量转向轮的位置。这一数据与车辆速度、理想的制动压力或者加速器的位置结合起来能够计算出驾驶者的目标动作。
与发动机管理系统的通讯
数据总承实现了ESP®控制单元和发动机控制单元的交流。这样的话,如果驾驶员在特定驾驶状况中加速过猛,发动机扭转就能降低。同样地,这也可以补偿发动机拖滞矩造成的打滑。