VDIM是丰田公司的一种先进的车辆动态控制系统，其意为车辆动态集成管理（Vehicle Dynamics Integrated Management）。丰田公司于2005年首次把VDIM技术运用到雷克萨斯GS430上，之后还把这一技术陆续装备到了雷克萨斯GS300、LS460/460L、RX400h和最新的LS600hL等车型上，成为雷克萨斯品牌的一大技术亮点。
一、VDIM的概念
与车辆稳定控制系统VSC相比，VDIM对汽车各种行驶状态实现类似球面的平滑控制（图1）。VDIM综合了防抱死制动（ABS）、电子制动力分配EBD(Electronic Brake Distribution) 、陡坡起步辅助控制HAC (Hill-start Assist Control)、制动力辅助控制BA(Brake Assist)、牵引力控制和车辆稳定控制VSC(Vehicle Stability Control)功能，电子制动控制EBC(Electronic Brake Control)系统构成了实现这些功能的硬件，VDIM的实质是以EBC系统（以下简称EBC）为基础的转向协同控制（图2）。
图1 丰田VSC与VDIM概念对比
图2 丰田VDIM各种控制功能
EBC属于线控电子制动控制系统，传感器输入信号主要有：方向盘转角、加减速、摇摆率、主缸制动液压力、制动钳液压缸（轮缸）压力、VGRS（可变传动比转向系统Variable Gear Ratio Steering）控制角、EPS（电子动力转向Electronic Power Steering）助力扭矩、制动踏板行程、车轮速度、油门踏板位置和节气门位置等；EBC电控单元根据输入信号进行车辆目标和车辆状况计算，然后计算控制值，其控制目标为：制动控制、转向比角度控制、转向助力扭矩控制、节气门控制，也就是对制动执行器、VGRS、EPS和发动机之间进行协同控制，以实现VDIM的动态稳定性能（图3）。
图3 雷克萨斯VDIM理念的控制原理图
二、EBC系统的构成与工作原理
1.EBC系统的构成
EBC主要由各种信号输入传感器、制动行程模拟器、制动执行器、制动控制ECU和电源备份单元等所构成（图4）。
图4 EBC系统的基本构成
系统ECU通过CAN网络输入摇摆传感器信号和方向盘转角传感器信号，同时协调控制发动机、EPS、VGRS和4WD，DLC3为诊断接口，通过网关ECU与舒适系统ECU通信，EBC工作状态可在组合仪表上显示出来。
⑴制动执行器模块
制动执行器模块是EBC的核心，它整合了EBC的电控单元ECU、液压控制单元、蓄压器和助力泵等。ECU具有VDIM和网络CAN通信功能。液压控制单元的能量来源不是驾驶员，而是由助力液压泵所产生的高压油，制动执行器ECU根据蓄压器压力传感器信号，实时调节助力液压泵马达，驱动助力液压泵产生系统所需油压，保证系统所需油压，输往液压控制单元控制阀（图5）。
图5 EBC系统的液压控制模块和压力调节原理
⑵制动行程模拟器
由于EBC属于线控制动系统，与传统的真空助力液压制动系统不同，EBC在液压回路中使用了制动行程模拟器（图6），液压主缸的液压油并非直接进入制动执行器，而是流入行程模拟器。行程模拟器内有柱塞和弹簧，主缸来的液压油推动柱塞并压缩弹簧，弹簧的设计模拟了驾驶员操纵制动踏板时行程与力度感觉。模拟器内带开关式电磁阀（图6），系统正常工作时电磁阀打开，主缸液压油流往行程模拟器，当EBC关闭或失效时，液压油则直接通往制动执行器，确保轮缸获得制动所需油压。
图6 制动行程模拟器结构与原理示意图
⑶制动踏板行程传感器和主缸压力传感器
为实现线控电子制动，制动踏板行程传感器和主缸压力传感器输出信号反映了驾驶员的意图（图7），EBC及时对液压执行器电磁阀发出制动指令，控制各轮缸制动力以满足驾驶员的制动要求。
图7 制动踏板行程调节器及原理图
⑷执行器液压控制单元
液压控制单元主要由蓄压阀、助力油泵、蓄压器压力传感器、2个主缸电磁压力切断阀、4个电磁加压阀、4个电磁减压阀、2个主缸压力传感器、4个轮缸压力传感器和1个安全阀等所组成（图8）。
图8 制动执行器结构及液压控制工作原理图
正常工作时，2个主缸电磁切断阀同时“on”，即阀关闭，油路被切断，液压油只能经助力泵、蓄压器到4个加压阀，它们的“on/off”由ECU控制，同时与4个减压阀的“on/off”状态组合，对各个轮缸进行增压、保压或减压控制。加压阀和减压阀均为线性调节，这样ECU可以对各个轮缸压力进行精确控制。尤其是当汽车处于不稳定状态时，系统需要对某个车轮进行制动力干预，系统便能对该车轮的制动力进行单独的控制，以使车辆恢复稳定。
当系统关闭或无电源电压提供时（图9），制动执行器助力马达停止工作，蓄压器不能提供系统工作的油压，为确保汽车的制动安全，系统仍然提供了2个前轮的制动力，行程模拟器开关电磁阀“off”（关闭），液压油直接经过2个打开的主缸电磁切断阀（此时处于“off”），直接到2个前轮制动轮缸。
图9 系统关闭或无电源电压提供时液压控制原理
当前制动失效时（图10），行程模拟器开关电磁阀“off”（关闭），液压油直接经过2个打开的主缸电磁切断阀（此时处于“off”）直接到2个前轮制动轮缸，但两个后轮轮缸液压油仍然由蓄压器提供。
图10 前制动失效时液压控制原理
⑸电源备份单元
当电源电压下降时，电源备份单元向制动系统提供电压，确保系统工作可靠（图11）。
图11 电源备份单元
2.EBC系统的工作原理
制动踏板位置传感器和主缸压力传感器输入驾驶员的制动意图信号，EBC对该信号进行处理，识别驾驶员对车辆制动的快慢和力度要求，同时根据车辆状态传感器（车速、摇摆率、方向盘转角、EPS及VGRS等传感器）的输入及制动执行器的状态传感器（主缸、轮缸和蓄压器压力传感器），进行以下两方面控制：①对制动执行器的控制：EBC根据主缸、轮缸、蓄压器压力传感器控制助力泵马达和制动执行器的电磁阀，当EBC需要对某个车轮进行制动力干预，便对控制该车轮液压油路的相应电磁阀发出制动指令，使轮泵制动压力满足VDIM的控制要求；蓄压器传感器提供了液压控制油路输入端的压力，EBC通过对助力泵马达的控制把油压调整到能满足轮缸压力控制的要求，这种主动的压力控制形式能及时根据驾驶员意图（图12），轮缸能获得比传统形式的制动系统更大的制动压力和压力升高率，大大提高了制动效能；②EBC通过CAN网络的协同控制：当需要对汽车进行制动力控制时（如VSC），发动机不应该输出大动力和高转速，同时也要避免发动机转速骤降对车轮的制动作用，此时EBC对发动机ECU发出控制指令（图13），立即对节气门进行控制，使发动机转速与制动状态相适应；当对车辆进行VDIM控制时，EBC通过CAN 向EPS和VGRS进行协同控制（图14），以便配合制动力控制对转向轮进行转向控制，修正汽车的不稳定状态，这种协同控制存在于任何行驶状态，实现球面的平滑控制的VDIM效果。
图12 EBC系统的辅助制动力功能
图13 EBC系统与发动机协调控制原理
图14 EBC系统与EPS和VGRS的协调控制原理
3.EBC系统的VDIM转向协同控制功能
当汽车行驶中出现转向不足时，如果对车轮进行制动力干预，如图15所示，同时制动2个后轮和右前轮，制动后轮的目的是使汽车减速并使前轮恢复附着力，制动右前轮是产生顺时针的偏转力矩，使汽车的转向不足得到纠正；当汽车出现转向过度时，由于后轮出现侧滑，因此系统对左前轮进行制动干预，产生反时针偏转力矩，纠正汽车的过多转向特性。系统对以上两种情况的控制实质上仅仅属于VSC动态稳定控制功能，因为汽车行驶过程出现不稳定状况，往往都是由于驾驶员操纵转向盘不当所致，也就是当驾驶员操纵转向盘过度或不足时汽车前轮转角超出了与路面和车速相适应的稳定状态，汽车出现动态不稳定，VSC仅仅是过后用制动力干预的方法修正了汽车行驶状态，而未对驾驶员的不当转向盘操纵进行及时修正，在实施VSC控制时出现了短暂不稳定的情况。
图15 VSC对汽车动态稳定控制的原理
为解决VSC的不足，EBC的VDIM动态控制过程除了对车轮进行制动力干预外，还同时协调控制EPS和VGRS。当驾驶员操纵转向盘刚开始出现操纵过度趋势时（图16a），传感器已经检测到后轮也将要出现侧滑趋势，EBC立即发出指令到VGRS及时主动调整转向减速比，避免过度转向趋势继续；当驾驶员操纵转向盘开始出现操纵过度趋势时（图16b），前轮开始出现侧滑趋势，EPS和VGRS同时对前轮进行协调控制，EPS立即产生反向转向助力，增大驾驶员操纵方向盘的阻力，也就是说，此时EPS的作用是阻止驾驶员继续往错误的方向操纵转向盘，另一方面，VGRS提高转向减速比，其作用是减少前轮的实际转向角，及时纠正操纵过度趋势以减少前轮继续侧滑。
（a）VGRS对前轮转角的预调整
（b）EPS和VGRS同时作用的预调整
4.VDIM的主要优点
⑴实现了先进的线控制动（brake-by-wire）方式，驾驶员操纵制动踏板时不但具有真实感，而且操作更加灵敏和准确；
⑵EBC系统的辅助制动力功能使该系统比普通真空助力液压系统具有更高的制动效能；
⑶EBC系统先进的控制技术对各个车轮制动压力进行精确的主动动态控制，实现ABS、EBD、HAC、BA、Traction、VSC和VDIM功能；
⑷在驾驶员对转向盘操作不当时，VDIM通过与EPS和VGRS的协同控制，及时进行预调节，使汽车在出现不稳定的状态之前及时消除车辆不稳定，从而实现VDIM的平顺驾驶操纵，大大提高汽车在各种行驶状态下的稳定性。
