◆文/北京 楊老師

楊老師(楊波）

汽車維修高級技師、機(jī)動車檢測維修工程師。從事汽車維修工作近20年，先后擔(dān)任現(xiàn)代、通用4S店技術(shù)總監(jiān)、日德等外資車企的技術(shù)培訓(xùn)講師。具有扎實的理論基礎(chǔ)，在汽車電控診斷領(lǐng)域有著豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗和獨到的維修見解?，F(xiàn)在某外資車企擔(dān)任技術(shù)支持工程師。

(接上期)

上期，我們介紹了ABS、ASR、打滑率、車速來源等內(nèi)容，接下來我們再來聊聊車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制原理。

5.車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)原理

對于車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的原理，各車廠或供應(yīng)商的說法各異。根據(jù)筆者的理解，簡而言之：車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)模塊借助方向盤轉(zhuǎn)向信號和車速信號計算出合理的車身慣性目標(biāo)值，根據(jù)慣性、輪速傳感器檢測到實際的車身姿態(tài)，兩者進(jìn)行對比后，通過對動力輸出進(jìn)行修正或采取額外的制動調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定車身姿態(tài)的控制。其控制邏輯，如下圖5所示。

圖5　車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制邏輯

從常規(guī)意義來講，我們常說的車輛不穩(wěn)定的狀態(tài)多是指橫向(側(cè)向)方面的不穩(wěn)定，其常見表現(xiàn)形式有轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度兩種。簡單理解，轉(zhuǎn)向不足就是“轉(zhuǎn)不過來了”，轉(zhuǎn)向過度就是“轉(zhuǎn)過頭了”。圖6所示為轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度的效果圖。

圖6　轉(zhuǎn)向不足與轉(zhuǎn)向過度效果圖

車輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定的狀態(tài)時，車身控制模塊將采取不同的控制策略。轉(zhuǎn)向不足時，系統(tǒng)就會增加內(nèi)側(cè)的制動力，以減小轉(zhuǎn)向半徑；轉(zhuǎn)向過度時，系統(tǒng)會增加外側(cè)的制動力，以增大轉(zhuǎn)向半徑。增加向前的扭矩是減小制動，增加向后的扭矩是增加制動力。圖7所示的是車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的控制策略。

圖7　轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度時的控制策略

當(dāng)車輛出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時，車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)就會控制相關(guān)的電磁閥對各個車輛的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到車身行駛穩(wěn)定的目的。

常見的車身穩(wěn)定系統(tǒng)一般有12個電磁閥分別控制液壓閥體中的機(jī)械閥，進(jìn)行制動油壓調(diào)節(jié)。每個車輪上的制動分泵分別對應(yīng)一個常開的進(jìn)口閥(IN)和一個常閉的出口閥(OUT)，這樣4個車輪就需要8個電磁閥(圖8)。因為常規(guī)的汽車制動系統(tǒng)，從總泵分出來的是兩組制動管路，總泵上的每條制動管路為兩個車輪提供制動壓力，或為前后布置形式、或為“X”型布置形式。為了實現(xiàn)壓力保持以及一些輔助功能(如坡道起步)，在總泵后的每條制動管路上，又分別設(shè)置了一個常開的吸壓閥和一個常閉的切斷閥。具體的液壓管路設(shè)計(僅以剎車總泵的一條管路為例)，如圖9所示。

圖8　車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的電磁閥

圖9　車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的油壓控制

此外，車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，遠(yuǎn)比ABS和ASR系統(tǒng)復(fù)雜。從上面介紹的控制原理及控制邏輯來看，對控制模塊軟件進(jìn)行簡單的升級是不可能實現(xiàn)這些功能。要實現(xiàn)這些功能，就必需要知道的駕駛員意圖和實際車輛姿態(tài)，這樣才能去對比目標(biāo)和實際狀態(tài)的差異，以便控制輸出的制動壓力。

因此，從系統(tǒng)配置來講，要想車輛實現(xiàn)車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能，除了裝備ABS系統(tǒng)所需的輪速傳感器外，還必須有方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和慣性傳感器。

(1)輪速傳感器

輪速傳感器為ABS、DSC等各個子系統(tǒng)提供最關(guān)鍵的基礎(chǔ)信息，控制模塊就是靠這個傳感器提供的信息來計算車速的。早期的輪速傳感器多為磁感應(yīng)式，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是低速時精度不高。它提供的是交流電壓的模擬信號，容易受到磁性物質(zhì)干擾。另外，模塊接收信號后必須整流、濾波才能測算出輪速。圖10為磁感應(yīng)式輪速傳感器的結(jié)構(gòu)以及信號波形。

圖10　磁感應(yīng)式輪速傳感器結(jié)構(gòu)及信號

目前，汽車上使用最多的輪速傳感器是霍爾式的，其優(yōu)點是精度高、可以識別輪胎旋轉(zhuǎn)方向，且信號多為數(shù)字方波信號。另外，也有一些是電流型霍爾傳感器。圖11為霍爾式輪速傳感器的信號發(fā)生原理及信號波形。

圖11　霍爾式輪速傳感器結(jié)構(gòu)及信號

具體是哪一種輪速傳感器，可查閱各車型的維修手冊。需要強(qiáng)調(diào)的是：輪速信號是現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的重要參數(shù)，不僅僅是車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)需要輪速信息，其他控制系統(tǒng)也需要輪速信號的支持。

(2)轉(zhuǎn)角傳感器

方向盤轉(zhuǎn)向角代表的是駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。很多車型的轉(zhuǎn)角信號是來自方向盤下側(cè)的轉(zhuǎn)向角傳感器(圖12所示)。從工作原理來看，轉(zhuǎn)角傳感器分為滑動電阻型、光電型、電磁感應(yīng)型、霍爾型等。限于篇幅，各種類型轉(zhuǎn)角傳感器的工作原理在此就不一一贅述。但是，需要特別強(qiáng)調(diào)的是：有些車廠為了降低配件成本，避免不必要的重復(fù)配件安裝，一些車型取消了安裝在方向盤下側(cè)轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向角傳感器，采集的是來自電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角信號。

圖12　轉(zhuǎn)向角傳感器

另外，一些高端車型帶有主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，車輛的實際轉(zhuǎn)向角不僅僅是由方向盤轉(zhuǎn)角所決定的，而是需要疊加一個主動轉(zhuǎn)向修正角。

(3)慣性傳感器

一般常規(guī)車輛上的慣性傳感器包含三個信號：左右橫向加速度G、前后縱向加速度G以及測量車輛旋轉(zhuǎn)角速度的偏航速度。早期的慣性傳感器是由加速度計和角速度計兩個部件組成，近些年由于電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，幾乎所有的慣性信號都集成在一個傳感器模塊中，甚至有些車輛的慣性傳感器中還集成了垂直加速度G信號。如筆者所熟知的BMW車型，目前大部分的慣性型號都來自底盤集成模塊ICM內(nèi)部，其傳感器檢測的信號如圖13所示。

圖13　寶馬集成在ICM模塊中的慣性信號

絕大部分車型的慣性傳感器都安裝在車輛的重心位置，也就是中央儀表臺的下側(cè)，但也有極個別車型(主要是日系)卻慣性傳感器集成到了車身穩(wěn)定控制模塊中，而這個穩(wěn)定系統(tǒng)的模塊卻安裝在發(fā)動機(jī)艙的側(cè)面。慣性傳感器不放在車輛重心位置，系統(tǒng)將如何準(zhǔn)確檢測車輛重心偏轉(zhuǎn)角度？對于這個疑問，筆者曾咨詢過該車型廠商的工程師，得到的答復(fù)是：系統(tǒng)會根據(jù)傳感器的位置與車輛重心位置之間的距離和角度，通過軟件的計算，從而準(zhǔn)確測算出車身實際的偏轉(zhuǎn)角度。

另外，由于車輛網(wǎng)絡(luò)通訊的日益發(fā)展，許多車型不再單獨設(shè)置慣性傳感器，而是把慣性傳感器的信號功能集成到了氣囊模塊。因為氣囊模塊需要監(jiān)控車輛的G信號，所以就無需再單獨設(shè)置慣性傳感器，從而進(jìn)一步降低車輛的硬件成本。無論慣性傳感器是以何種形式存在的，都是為了給車身控制模塊提供反應(yīng)車輛實際運動姿態(tài)的信號。

由于不同品牌、不同車型所采用的慣性傳感器的類型各不相同，其結(jié)構(gòu)和工作原理也千差萬別，本文就不一一詳細(xì)介紹。

穩(wěn)定控制模塊除了直接獲取上述傳感器提供的信號外，還會通過其他系統(tǒng)獲取交互信息，以實現(xiàn)對車輛扭矩進(jìn)行管理及控制。如：車身控制模塊會通過發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)獲取油門踏板信號、分動器的四驅(qū)驅(qū)動狀態(tài)信號、變速器擋位以及換擋信號等。也就是說：現(xiàn)代汽車的車身穩(wěn)定系統(tǒng)，不僅僅是簡單的側(cè)向、側(cè)滑管理和縱向剎車、加速控制系統(tǒng)。從廣義的角度來講，車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)只是整個車輛動態(tài)行駛管理系統(tǒng)(圖14)中的一部分，它負(fù)責(zé)車輛在前后方向和左右旋轉(zhuǎn)方向上的動態(tài)控制。

圖14　車輛動態(tài)行駛管理系統(tǒng)

當(dāng)然，我們也必須清楚，無論是高檔車型還是常見車型，車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)都算是龐大、復(fù)雜、且包含諸多子系統(tǒng)的主動安全系統(tǒng)。

下期我們將重點介紹車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及其控制邏輯。