吴艳华 何天明
武汉理工大学
摘要 文章主要介绍了汽车ESP的发展历程和组成，阐述了其基本原理和作用，对它的国内外应用研究现状作了分析，并展望了其未来的发展前景。
主题词 安全主动 汽车 电子稳定性
0 前言
近几十年随着现代汽车技术的发展，汽车工业已成为我国的支柱产业，在日常工作和生活中起着越来越重要的作用。汽车行业内，20世纪80年代热门话题是防抱死制动系统ABS，90年代是加速防滑控制系统ASR，而当前的热门话题是电子稳定程序(ESP，Electronic Stability Program)。ESP包含ABS和ASR，是这两种系统功能上的延伸，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP的出现是应时代对汽车提出的一种新型的主动安全性要求，它是当今的主动安全措施之一，其应用使车辆的主动安全性大大提高。
汽车稳定性控制系统在发展过程中出现了很多名称，如电子稳定性程序ESP、汽车稳定性控制VSC、汽车动力学控制VDC、动力学稳定性控制DSC等，但其组成与功能大体一致，在此统一用ESP。它不仅是对ABS和ASR所有功能的整合，而且还能在车轮自由滑转以及极限操纵下保持车辆的稳定性；可以更好地利用轮胎与路面间的附着潜能，改善车辆转向能力和稳定性的同时，进一步改善驱动能力、缩短停车距离。在ABS和ASR两者的共同作用下，ESP最大限度地保证汽车不跑偏、不用尾、不侧翻，有效地保证了汽车稳定的操控安全性。
1 汽车ESP电子系统的构成
ESP系统是一种牵引力控制系统，它在ABS和ASR的基础上增加了相应功能的传感器。该系统的电子部件主要包括电子控制单元(ECU)、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。图1所示为汽车ESP的构成示意图。
ESP各电子部件的主要功用：
(1)方向盘传感器，监测方向盘旋转的角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确。
(2)轮速传感器，监测每个车轮的速度，确定车轮是否打滑。
(3)横摆角速度传感器，记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑。
(4)纵向／横向加速度传感器，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横向加速度传感器，基本原理相同，只是成90°夹角安装。它对转弯时产生的离心力起反应，确定汽车是否在通过弯道时打滑。
控制单元通过这些传感器信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令，并自动向一个或多个车轮施加制动力，葚至在某些情况下每秒进行150次制动，以把车辆保持在驾驶者所选定的车道内。这些传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状况信息。
2 汽车ESP系统的工作原理
ESP的三大特点是：实时监控、主动干预先提醒。
传感器记录车辆的变量：车轮速度、转向角度、侧向加速度及横向移动。基于这些数据，通过ESP分析驾驶员对方向盘的操作方向，并计算车辆是否遵照驾驶员提出的转向要求行驶，最后ESP干预，有针对性地对各个车轮实施制动。图2为ESP的工作流程，图3为汽车上ESP控制环。
3 ESP的作用
ESP最主要的作用是在紧急情况下，与ABS和ASR共同工作，帮助驾驶员保持对车辆的控制，在车辆和地面间还有附着力的前提下，通过对驾驶员的动作和路面等实际情况的判断，对车辆的行驶状态进行及时干预，从而避免重大意外事故。装了ESP的汽车，不再盲目服从司机，它能纠正司机的过度转向和不足转向。ABS和ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP的具体作用归纳为3点。
(1)控制驱动力，防止车轮打滑
ESP能够避免车辆的起步打滑，系统对制动、发动机管理和变速换挡控制及时干预，让汽车在启动时保持合适的扭矩，而整个过程ESP利用微处理器分析来自传感器的信号并输出相应的控制指令。
(2)控制转向过度或不足
在转向过程中，如果驾驶员对车辆的操作过于激烈，会使车辆不能按照自己的轨迹行驶，后驱汽车常出现转向过度情况，此时后轮失控而甩尾。当ESP感知到这种情况将要出现之前，便会对外侧前轮制动，让前轮得到一个反向转矩来稳定车身；在转向不足时，为了校正循迹方向，ESP则对内侧后轮制动，形成一个加强汽车转向的转矩，从而校正汽车的行驶方向。
(3)控制方向，减少对开路面制动距离
对开路面，指的是汽车的左右轮分别位于不同附着系数的路面上，如一半是干燥路面，而另一半是积水甚至是积雪路面。在这种路面上刹车时，制动系统在对附着力较低的路面上的车轮施加制动力时，为了防止车轮的抱死滑动，制动系统不能够对车轮施加与干燥路面上的车轮同样大的制动力。原因是如果没有反方向控制车身，不对称的制动力会使车辆受到一个水平方向的转矩，在路面旋转打滑，ESP系统察觉到后，系统会给电动机一个必要的转向角度命令。这时，驾驶员能够感觉到方向盘的变化，并随之继续控制方向盘，反向旋转。在这样的作用下，制动力能够发挥地面附着力的最大值，并把制动距离缩短5％～10％，这是大众最新的“ESP Plus”转向控制系统所能达到的最新成果。
4 ESP国内外应用研究现状
研究表明，25％造成严重伤害的交通事故和60％引起死亡的交通事故都是因为车辆侧滑所致。而电子稳定程序ESP可以防止很多这种由于侧滑所导致的交通事故。中国每年死于交通事故的人数达到10万人之多，居世界第一。ESP可大大降低交通事故并提高道路安全。许多研究和分析都证实了ESP在增强道路安全方面的成效。
汽车生产厂家有的把ESP作为标准配置，有的作为选装设备。1995年奔驰S级轿车首先使用ESP系统的轿车型，1999年梅赛德斯一奔驰公司正式宣布全车系都将ESP列为标准配备，宝马与奥迪于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备，丰田在2005年宣布准备用10年时间使ESP成为其车辆的标准配置，美国三大汽车厂家通用、福特和克莱斯勒联合宣布在2006年前将它作为大部分SUV的标准安全配置。现在，ESP不再只配在顶级豪华轿车上，在欧美等国家的小型车工也已得到普及，如奥兹莫比尔的Intrigue、福特•福克斯、新款丰田卡罗拉、日产Primera、德国原装的波罗和许多轻型卡车。
近年来世界范围内新车的ESP装配率显示了其正在被越来越多的人所认可。2006年欧洲的ESP装配率达到42％。在美国的装配率也提升得非常快，几乎翻倍到达21％。到目前为止，欧洲是ESP最大的市场，而且将继续保持几年。ESP将成为所有车辆的标准配置，它是继安全带之后最具拯救生命潜力的科技。依相关法规草案，在美国所有总重量低于4.5t的小型车上都将配置ESP，此规定将在2009～2012年的车型上逐步推行。
中国目前ESP的装配率还比较低，以往通常只在高档车工才装配ESP，中高级轿车中只有一部分把它作为标准配置，如东风雪铁龙的凯旋速腾和上海通用的君越。将来它的装配率一定会随着汽车市场的发展显著提高，但由于技术水平的差距，这部分市场将会完全掌握在外资企业手中，国内企业几乎无法涉足。经过数年不断优化设计，到2002年已经发展到第8代。2005年，适逢博世开发ESP面世10周年，ESP8.0系统这一世界领先的技术实现了在中国苏州国产化。
5 结语
ESP汽车安全产品不久将成为多款中高级轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。ESP在国外已批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。所以，攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。
