3.3 电子制动系统理论基础

驾驶人对车辆的控制是车辆动态驾驶安全性的前提，车辆的加速依赖于发动机输出的功率和转矩，而行驶中的车辆能否在各种工况下按驾驶人的期望减速，取决于车辆制动系统的结构形式及路面条件。如何在危险工况下最大程度地利用车辆的制动效能、减小制动距离，成为设计及开发制动系统时需要面对的问题。经过理论分析及试验探索，在制动过程中对车轮滑移率及前、后轮制动器制动力分配进行控制可以有效地缩短车辆在各种路面工况下的制动距离和提高制动过程稳定性，ABS应运而生，并于1978年开始被批量装备在车辆上。基于ABS控制器的硬件结构，制动系统工程师开发出了一系列附加功能，用于解决车辆在各种复杂工况下的制动稳定性。

ABS解决了车辆在制动减速过程中的车辆纵向动力学问题，而车辆在加速过程中的车轮滑转及车辆稳定性问题，却无法通过ABS的现有硬件结构来实现，因此TCS系统在ABS的基础上应运而生，并于1987年被批量装备在车辆上。TCS系统通过发动机降低转矩和制动系统介入来提高车辆在加速过程中的安全性及舒适性，基于TCS系统的结构原理产生了一些和驱动转矩控制相关的附加功能。

ABS和TCS给车辆驾驶人带来了非常方便、有效的帮助，从而极大地提高了车辆制动和加速的安全性。如何通过制动系统增强对车辆横向动力学的控制，从而保证车辆在动态驾驶过程中的主动安全性，成为了人们关注的焦点。车身电子稳定系统（ESP）是在ABS系统和TCS系统的基础上发展起来的，ESP系统可以在驾驶人不踩制动踏板的情况下主动对车辆建立制动压力，因此基于ESP系统的硬件结构进一步开发出了众多面向车辆主动安全性及舒适性的扩展功能。

电子制动系统（Electronic Braking System, EBS）是对制动控制系统的概括，其除了包含所有ABS、TCS和ESP系统的功能外，还包括一些基于ESP系统的附加功能。图3-9所示为电子制动系统功能概览。如果说ESP系统是对制动控制系统的统称，那么ABS就是制动控制系统发展的基础和起源。

本节将介绍电子制动系统各个功能的原理及硬件结构，并对电子制动系统相关的传感器技术进行介绍，从而对电子制动系统有一个系统性的认识。而其详细的系统逻辑及功能试验验证方法将在后续章节介绍。

3.3.1 防抱死制动系统（ABS）理论基础

在一些特定的驾驶工况下，如在潮湿或者光滑路面上制动时，可能会产生车轮抱死，车辆失去转向能力或者发生侧滑和甩尾。ABS可以通过分析轮速传感器的转速提前识别车轮将要抱死的趋势，并通过对单个或者多个车轮的制动压力进行保持或者降低来避免车轮的抱死，从而保证车辆的转向能力和制动安全性。

ABS的功能是将车辆制动过程中的车轮滑移率控制在目标滑移率附近，从而充分利用车轮与路面间的摩擦作用力，在减小制动距离和提高制动效能的同时保证车辆制动过程的稳定性和可转向性能。ABS的组成如图3-10所示。

ABS得到应用以来，车辆在任何路面紧急制动时，只需大力踩制动踏板，并通过转向操纵控制好行驶方向，对普通驾驶人来说紧急制动也变得容易又安全。一般情况下，配备ABS系统的车辆的制动距离比未配备ABS系统的车辆约可缩短10%，特殊情况下制动距离可能稍有延长，但有利于车辆的制动稳定性和可操纵性。从功能角度来说，在物理学极限范围内对ABS提出如下基本要求：

1）制动稳定性。车辆在任何路面条件下紧急制动时，制动压力上升到车轮抱死压力后，压力调节装置应保证制动滑移率在合理范围内变化，避免车轮抱死，以免车辆发生绕重心的回转运动（甩尾）。

2）转向可操纵性。车辆在不同附着系数路面上制动时应保证车辆可转向操纵，即尽管制动踏板被踩到底，车辆应仍可以转弯或避开障碍物。

3）优化制动距离。ABS应能够快速响应并适应路面特性的变化，使轮胎和路面之间的附着系数得到最大程度的利用，在物理学极限范围内，制动距离除少数特殊工况外应比未配备ABS的车辆短，如在湿滑路面上由于地面制动力需要不断适应轮胎与路面间的附着力，制动压力被调节处于较低水平而使制动距离比附着条件良好的路面稍有延长，在高速弯道ABS制动工况下，地面制动力也需要适当减小，以保证过弯所需的足够侧向力，制动距离也稍有延长。

1．ABS控制器硬件结构与液压原理

ABS控制器各供应商采用的结构设计及生产工艺各不相同，但总体构造是相同的，通常由液压控制单元（HCU）和电子控制单元（ECU）组成。其中液压控制单元由8个电磁阀（对于液压双回路4通道控制的ABS，每个车轮制动器受一对电磁阀即进液阀/出液阀控制）、铝合金阀体、柱塞泵和直流电机组成。图3-11所示为ABS控制器总成示意图。

HCU是ABS液压调节的执行机构，最大工作压力通常定义为25MPa，通过制动硬管与制动主缸和4个车轮制动器轮缸连接。集成在HCU上的双回路液压柱塞泵由采用偏心轴设计的直流电机驱动，如图3-12所示。

柱塞泵的结构和工作原理如图3-13所示。柱塞泵主要由驱动柱塞泵运动的活塞、进液阀、出液阀和压缩腔组成。当电机驱动偏心轴运动到使活塞杆向伸张方向运动时，压缩腔容积增大，压力降低，此时柱塞泵的进液阀打开，出液阀由于制动主缸压力大于压缩腔压力处于关闭状态，制动液从低压蓄能器流入压缩腔，此时柱塞泵进行进液循环。当电机驱动偏心轴运动到使活塞杆向压缩方向运动时，压缩腔容积减小，压力升高，此时柱塞泵的压缩腔压力大于低压蓄能器压力，进液阀关闭，出液阀由于压缩腔压力大于制动主缸压力处于开启状态，制动液从压缩腔流入制动主缸，此时柱塞泵进行出液循环。

如图3-13所示，柱塞泵的工作行程 h 等于直流电机偏心轴偏心距 e 的2倍。过大的偏心距会导致柱塞泵在工作过程中振幅增大，噪声增大；而过小的偏心距在相同的液压流量下，要求的电机转速较高，从而会使电机在工作过程中产生高频振动噪声。所以电机偏心轴偏心距的大小要根据电机功率和液压流量要求进行匹配。

集成在HCU阀体内的电磁阀通过线圈与ECU耦合。每个控制通道布置一对电磁阀，包括一个带单向阀的进液阀和一个出液阀。进液阀在静止时处于打开状态，因此也称为常开阀；出液阀在静止时处于关闭状态，因此也称为常闭阀，如图3-14所示。

图3-15所示为制动系统采用X对角线型布置四轮独立控制的ABS控制器液压原理图。

ABS调节过程的增压—保压—减压阶段根据ECU发出的脉冲宽度调制（PWM）控制信号打开或关闭进液阀或出液阀，实现轮缸制动压力的脉动式调节。ABS压力调节如图3-16所示。

（1）增压阶段 ABS没有主动建立制动压力的能力，车轮只能靠驾驶人踩制动踏板通过制动主缸产生制动压力。在ABS功能介入之前，进液阀保持开启状态，出液阀保持关闭状态，制动主缸产生的制动压力直接通过进液阀传至轮缸，从而对车轮施加制动力。在ABS调节过程中，当轮速上升至超过最佳滑移率范围时，ECU向电磁阀发送增压指令的PWM信号，出液阀保持关闭，进液阀分多次短暂打开，使该轮制动压力脉动式增加。

（2）保压阶段 随制动踏板力增加，车轮的制动压力增加，车轮转速逐渐降低，当车轮出现抱死趋势时，进液阀关闭，制动器制动压力不再随制动踏板力继续增加。

（3）减压阶段 在保压阶段，如果轮速继续下降，制动滑移率增加至超出ABS调节门限时，ABS进入减压阶段。ECU对电磁阀发出降压指令，关闭进液阀，同时短暂打开出液阀以降低该轮制动压力，并根据车轮角加速度和滑移率下降趋势预测并控制出液阀打开时间，使制动压力降低，直到该车轮又开始加速。如果车轮未能如期出现加速趋势，则继续控制在减压阶段，如从沥青路面过渡到冰面的对接路面制动工况，路面附着系数出现由高到低的突变，则减压时间一直持续到车轮开始加速为止。

上述三个阶段的增压—保压—减压过程在ABS调节过程中循环进行，每秒循环次数及循环顺序由ABS供应商的控制策略和路面特性决定。

ECU是ABS的数据处理、计算和诊断机构，并作为通信接口通过CAN总线与其他控制器建立通信联系实现数据共享。

ECU的工作温度范围通常为-40～120℃。由于ECU与HCU组成的ABS控制器通常以总成形式布置在发动机，内其安装位置要求尽可能远离发动机热源，有风险时布置位置要求采用隔热罩进行保护。

2．ABS系统扩展功能

当ABS被越来越多地装备到车辆上时，ABS的高昂成本使开发者都在考虑基于ABS硬件系统是否可以为用户带来更多的附加价值，从而使ABS能够得到更好的推广。因此，一些基于ABS硬件系统的扩展功能被开发出来。

（1）扩展ABS

1）低速ABS。普通的ABS系统一般情况下在车速在8km/h以上时才会工作。低速ABS是ABS针对低速情况的再开发，可以使车辆的ABS系统在车速在5km/h以下时也能工作，不论前向行驶或者后向行驶都能保持车辆稳定性和转向性。

2）越野模式ABS。越野模式ABS功能是越野模式功能的一部分。在越野模式下，ABS允许车辆有更大的车轮滑移率，甚至短时的抱死，从而在砂石或者松软的路面上，在车轮前方和地面接触部分形成制动楔形，以缩短制动距离，如图3-17所示。

（2）电子制动力分配（EBD）车辆在设计时，一般情况下前驱车辆前桥的载荷要大于后桥，并且在制动时后桥载荷会向前桥转移，因此在制动时车辆的后轮很容易先于前轮抱死。车辆制动时后轮先于前轮抱死会导致车辆不稳定和不可控制。为了避免这种情况发生，在车辆发展的前期通过安装机械式的制动比例阀来调节前后轮的制动力分配，但由于车辆在不同的载荷和驾驶工况下的制动力分配需求比较复杂，机械式的比例阀很难满足所有制动工况下的制动力分配需求，并且装备机械式比例阀的成本相对较高。

电子制动力分配（Electronic Brake force Distribution,EBD）是基于ABS控制器硬件的扩展功能，在制动时当后轮达到摩擦力的极限而前轮并没有进入ABS调节，此时激活EBD功能，通过建立合理的制动压力来避免后轮过度制动，并且根据道路的变化不断对后轮制动力进行优化调整，从而保证制动系统既能发挥最大的制动效能，又能避免制动力过大导致后轮先于前轮抱死而发生侧滑和甩尾。车轮的滑移率和ABS功能同样通过轮速传感器来确定。

（3）弯道制动控制（CBC）弯道制动控制（Corner Brake Control, CBC）用于改善弯道制动的方向稳定性和转向操纵能力。CBC利用如下物理特性，即车辆的瞬时行驶状态决定了各个车轮特定的运动轨迹，该运动轨迹由轮速传感器识别并通过降低制动压力加以控制，以达到改善弯道行驶稳定性的目的。与车身电子稳定系统（ESP）不同的是，CBC需要驾驶人踩制动踏板，在尚未达到ABS介入门限前调节前轮或后轮制动压力，使车辆保持在相应车道内行驶。

当车辆在弯道中由于强制动导致转向不足时，CBC通过降低前轮的制动压力来提高前轴的侧向力传递能力，使车辆能保持在预定车道内。当车辆在弯道中由于强制动导致转向过度时，CBC通过降低弯道内侧的车轮制动压力而产生内外制动力差来使车辆保持平衡。

（4）发动机阻力矩控制（DTC）发动机阻力矩控制（Drag Torque Control, DTC）是ABS/TCS的功能扩展。该功能也集成在ABS/TCS的控制软件中，仅通过CAN数据总线对发动机阻力矩进行控制。如果在低附着系数路面条件下行驶时突然松开加速踏板，或在发动机高转速下减档，将产生较大的发动机阻力矩，在不踩制动踏板的情况下也会对车辆产生制动作用，这种发动机制动作用会使驱动轮滑移率过高而导致车辆不稳定，在雨天或冰雪路面上行驶时，这种情况会经常发生。

DTC的作用是借助ABS轮速传感器对车轮滑移率进行识别，并借助CAN数据总线自动降低发动机阻力矩，也可理解为轻微“给油”，达到降低滑移率的目的来保证车辆的行驶稳定性。

（5）紧急制动提示（EBW）EBW由ABS软件根据车辆行驶数据（车速、加速度和时间）来识别紧急制动工况并发送触发指令，在车辆紧急制动满足一定条件时通过制动尾灯快闪，当制动强度降低直至车辆静止后自动开启危险报警闪光灯以警示后方车辆保持安全车距，当车辆重新加速达到一定加速度或起步超过一定车速（通常为10km/h）后解除。

紧急制动工况根据路面条件不同，识别方法也不同，高附着系数路面根据制动减速度大小及持续时间及当前车速识别，低附着系数路面根据ABS连续调节时间及当前车速识别。

（6）横摆力矩调节（YMR）车辆在两侧路面附着系数不同的路面上制动时，车辆会受到较大的横摆力矩的影响，使得车辆发生侧滑，对于安全行驶非常不利。横摆力矩调节（Yaw Moment Reduction, YMR）通过传感器检测车辆横摆程度或者通过对路面附着系数的判断来确认车辆处于对开路面，当检测到对开路面时，通过单独控制高附着系数侧车轮，使其制动力缓慢增加，给予驾驶人足够的时间来修正车辆的行驶方向，从而提高车辆的稳定性。

YMR通过减缓制动压力的增加来提高车辆的稳定性，同时也会导致车辆制动距离的增加。

3.3.2 驱动防滑控制系统（TCS）理论基础

TCS通过限制驱动轮的滑移来使车辆获得较好的驱动力和最佳的操控性。它可以通过一定的发动机转矩下降来限制转矩（P-TCS），必要时还能在任何一侧的驱动轮上建立制动压力来实现对滑转率的控制（B-TCS）。

TCS包括P-TCS和B-TCS，TCS通常指的是P-TCS。

1．TCS功能原理

TCS通过由轮速信号计算得到的驱动轮滑转率和当前的发动机转矩值，计算出一个对发动机控制器进行干预的请求转矩，这个请求转矩将被发动机控制器接收，发动机控制器将会根据发动机的当前情况做出以下四种可能的转矩调节方式：

1）通过调节节气门开度来降低转矩。

2）通过燃油喷射阀减少喷油量来降低转矩。

3）通过减小点火脉冲或者推迟点火时刻来调节转矩。

4）对于配备自动变速器的车辆，TCS会发出一个信号给变速器，使变速器禁止换档。

TCS的实现需要控制器硬件（TCS电磁阀）和通信接口及制动系统和发动机控制器软件的支持，在配备ESP的车辆上包含全功能的TCS，可以实现发动机介入和制动介入两部分功能。发动机介入可以作用于所有车速范围；制动介入受制动热负荷限制，只能在一定车速范围下（小于80km/h）工作，在具有扩展ABS功能（M-ABS）的车辆上，仅可实现发动机介入的P-TCS功能；在配备纯ABS的车辆上，无P-TCS和B-TCS功能。

在越野模式功能处于激活状态下，越野模式TCS功能会将TCS功能的滑转率门限值放大，在砂石或者松软路面上通过较大的滑转率来优化车辆的驱动性能，提高车辆的通过性。

2．TCS扩展功能

（1）电子差速锁（EDL）电子差速锁（Electronic Differential Lock, EDL）是TCS的一个扩展功能，用于汽车在左右不对称平路和坡道起步及加速时的打滑控制。在车辆起步和加速过程中，当电子控制单元根据轮速信号判断出某一侧驱动轮打滑时，EDL就会自动介入，通过液压控制单元对该车轮进行适当强度的制动，降低该侧驱动力，另一侧驱动轮则借助差速器获得更大的驱动力，使两侧驱动轮都获得与各自地面附着条件相适应的最大驱动力，提高车辆的加速性能和转向能力。当车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止作用。

由于EDL的作用原理和机械式差速锁相似，因此被称为电子差速锁。和普通车辆相比，带有EDL的车辆可以更好地利用地面附着力，从而提高车辆的通过性。EDL的作用受制动热负荷的限制，当制动盘温度超过400℃时，EDL自动退出。为了降低制动负荷，通常通过TCS控制发动机转矩介入与EDL组合作用来降低发动机动力输出，改善车辆在不对称附着系数路面上的起步和加速性能及爬坡能力。

越野模式EDL功能在越野模式功能处于激活状态下，在特定工况下可提高EDL的作用范围，使车辆在越野模式下获得更大的驱动转矩。

（2）扩展差速锁 扩展差速锁是在牵引力控制系统中对EDL功能的一个扩展，主要在车辆高速在弯道上行驶时发挥作用，它通过对内侧驱动轮建立精确的制动压力来影响内外驱动轮的驱动力分配，不对称的驱动力产生了有利于车辆过弯的偏转力矩，改善了弯道行驶的灵活性和操控性。与EDL通过驱动轮的滑转率识别对低附着系数一侧驱动轮施加制动来提高高附着系数一侧驱动力矩的控制方法不同，扩展差速锁控制与滑转率无关，而是通过评估弯道行驶时内外驱动轮的法向力差异，对转向内侧驱动轮施加制动压力来提高外侧驱动力，提高车辆的弯道保持能力和驱动能力。

（3）动力系统振动控制（Power Hop）Power Hop是TCS的一个扩展功能。针对某些条件下因传动系统的旋转振动传递到驱动轮引起驱动轮强烈振动和整车抖动的行驶工况（如砂石路面、不平路面、由高到底的对接路面及湿滑沥青路面上的起步和急加速），通常是由于驱动轮接近附着极限时负荷过大，传动系统旋转零件发生共振，频率为10～12Hz，这一旋转共振会导致发动机支撑的振动，从而引起车辆抖动。Power Hop功能通过TCS扩展的控制策略识别这些工况，并通过合理控制发动机动力输出来削弱动力传递过程中产生的振动，提高起步加速的舒适性，同时保护发动机支撑免于损伤。

（4）雪地模式（Snow Mode）雪地模式也称为深雪识别，是TCS的扩展功能，适用于雪地、松软路面和砂石路的起步加速行驶工况，改善牵引性能。在上述路面起步和加速时，为了获得足够大的驱动力，较大的车轮滑转率是有利的。当识别到松软路面时（如雪地、泥泞道路），雪地模式功能使得TCS介入的滑转率门限值提高，允许驱动轮有更大程度的打滑，以获取更大的驱动力，由此提高汽车在上述路面上的牵引性能。在车辆陷入泥沼时，雪地模式比简单的通过ESP OFF开关关闭TCS功能更有助于车辆脱离困境。

3.3.3 车身电子稳定系统（ESP）理论基础

ESP是一种集成了ABS和TCS功能，具有横向稳定性控制功能的车辆纵向和横向动力学控制系统，它在所有行驶工况下辅助驾驶人控制车辆行驶轨迹，可以明显地改善车辆的行驶稳定性，使交通事故发生率大大降低。ABS和TCS在紧急制动和急加速的行驶工况下通过阻止车轮抱死及驱动轮打滑使车辆保持稳定并具有足够的转向能力。ESP在任何行驶工况下，即使没有进行紧急制动和紧急加速，只要车辆受横摆力矩干扰处于过度转向或不足转向的不稳定状态，就通过复合性控制的策略，选择性地自动对单个制动器实行制动干预而无需踩制动踏板，或者自动对动力输出实行发动机转矩干预，在某些工况下甚至制动和发动机转矩同时干预，修正车辆的实际行驶方向从而按驾驶人意图行驶，在车辆和路面条件所限定的物理学极限范围内使车辆保持稳定和容易控制。

1．ESP控制器硬件结构和液压原理

ESP利用常规制动装置和传感器（轮速传感器、转角传感器、压力传感器、横摆角速度传感器和侧向/纵向加速度传感器）并借助执行机构（ESP控制器、发动机管理系统、变速器和转向系统）通过制动和发动机介入来控制车辆的行驶动力学性能。图3-18所示为ESP系统原理图。

图3-19所示为ESP系统在车辆上的布置情况。与ABS系统相比较，首先控制器的液压单元需要扩展，增加驱动轮制动器自主建压所必需的高压换向阀和TCS隔离阀，电子控制单元需要扩展，提高复杂运算所必需的CPU速度和随机存取存储器（RAM）容量，并相应提高泵电机功率。相对于只有4个轮速传感器可以沿用的ABS，需要增加转向盘转角传感器、总泵压力传感器（通常集成于液压控制单元中）和ESP多功能传感器（横摆角速度传感器/侧向加速度传感器/纵向加速度传感器），用于计算驾驶人意图和车辆实际运动状态。随着传感器技术和制造工艺的不断进步，多功能的ESP组合传感器已经可以以芯片的形式集成于ESP控制器的电子控制单元（ECU）内，并迅速得到批量应用。因此目前大部分车辆已取消外置的多功能组合传感器，改用内置集成式PYA（Pressure：压力，Yaw Rate：横摆角速度，Acceleration：加速度）传感器的ESP控制器，这样既节约了装配空间，又节约了材料成本。但与此同时，由于传感器信号对振动有较高的敏感性，对ESP控制器支架的结构设计提出了更高的设计要求。

ESP控制器和ABS控制器相似，各供应商采用的结构设计及生产工艺各不相同，但总体构造是一样的，通常由液压控制单元（HCU）和电子控制单元（ECU）组成。其中液压控制单元由一个带12个电磁阀的铝合金阀体、1个或多个旋入式液压压力传感器、柱塞泵和直流电机组成。图3-20所示为ESP控制器总成示意图。

ESP系统为了实现主动增压功能，硬件结构比ABS多了4个电磁阀（2个供液阀和2个隔离阀）。

表3-1所列为某X型制动系统液压回路布置的ESP系统电磁阀过液面积参数。电磁阀的过液面积参数受车辆重量、制动系统结构形式及压力模型等影响，在车辆开发前期，需要根据制动系统参数匹配计算和选型。随着ESP液压流量的增大，电机和柱塞泵的性能也需要相应地提高。

图3-21所示为X型交叉管路布置四轮独立控制的ESP系统液压原理图。

2．ESP系统传感器介绍

传感器是ESP系统极其重要的功能件，ESP系统需要借助众多传感器来识别驾驶人的操作意图和车辆实际运动状态。其中，转向盘转角传感器和制动压力传感器用来确定驾驶人操作意图，轮速传感器、横摆角速度传感器、侧向/纵向加速度传感器及某些重心较高的车辆使用的侧倾传感器用来确定车辆实际运动状态。

（1）轮速传感器 轮速传感器按照其工作原理的不同，主要分为主动式和被动式轮速传感器两大类（图3-22）。主动式轮速传感器带信号转换电路并需要外部供电，由于其具有数字方波信号［0，1］输出的优点，受轮速和传感器间隙影响小，能识别极弱的轮速信号和车轮转动方向，识别精度高且更可靠，有利于ABS/ESP系统及其扩展功能。主动式传感器输出的轮速信号为数字信号，无需ECU转换和处理，可直接被ABS/ESP的ECU采用，性价比相对较高。

被动式轮速传感器不带信号转换电路，也无需外部供电，但是由于其模拟量信号输出（电压）的幅值受轮速和传感器间隙影响，且轮速越低、间隙越大，信号越弱，轮速识别精度相对较低，所能识别的轮速信号取决于信号的质量和可靠性，最低识别精度约为2km/h，低于该轮速，则测得的信号不可靠，故其适用范围具有局限性，而且其输出的电压模拟量信号必须经ECU信号转换电路处理才能使用，性价比相对较低。

被动式轮速传感器的工作原理是法拉第电磁感应原理，如图3-23所示。

被动式轮速传感器包括一个永磁体和一个连接到永磁体上的软磁性极轴，极轴插入绕阻中，这样就形成了一个恒定的磁场。极轴安装在与轮毂连接的齿圈的正上方，当齿圈转动时，轮齿和缺口的连续交替会引起恒定磁场的相应波动，这就改变了通过极轴和绕阻的磁通量，这些波动最终产生适合在绕阻另一端检测的交变电压，这一交变电压的频率和幅值与转速和编码器齿数成正比关系，通过ECU所能识别的最小幅值电压，就可算出被动式轮速传感器所能识别的理论最小车速。

主动式转速传感器的工作原理基于霍尔效应，如图3-24所示。

如果在导体中存在电流且存在与电流垂直的磁场，那么在横向上会产生电压，这就是霍尔效应，该电压称为霍尔电势。

带方向识别的主动式轮速传感器通过向ECU发送一个区别于轮速脉冲的附加信号来识别车轮旋转方向。不带方向识别的轮速传感器只输出高、低电平的2种电流信号，输出电流分别为低电平 I _L =7mA和高电平 I _H =14mA（数值仅供参考，不同车型的不同传感器类型有不同定义），因此不能识别转动方向，随着编码轮旋转，信号呈周期性变化，两种电平交替输出。

带方向识别的轮速传感器输出高、中、低3种电平的电流信号，分别为低电平 I _L =7mA、中电平 I _M =14mA和高电平 I _H =28mA。其中 I _M 作为数据协议信号，每半个周期紧随 I _H 出现，随着轮旋转（带NS极交替变化的磁环），该信号也呈周期性变化，每个周期出现两次。

（2）横摆角速度传感器和加速度传感器 横摆角速度传感器和加速度传感器用来测量车辆绕重心轴的横摆运动及纵向和侧向加速度，以确定车辆的实际运动状态。为减少零件数量和减小体积，便于系统在车辆上的布置并节约材料成本，ESP系统或传感器供应商普遍采用组合或集成设计来达到这一目的。ESP组合传感器在车辆上最理想的安装位置是在驾驶舱中央通道附近，尽可能接近整车重心位置，也可以选择前后座椅下的车身地板等具备足够大质量和支撑刚度，难以激发共振的大支撑件。随着技术的不断进步，这一多功能的组合传感器已普遍被集成于ESP控制器ECU芯片的内置式 PYA传感器所取代，其中纵向加速度传感器还利用车辆驻坡时重力分力产生的加速度计算坡度作为ESP扩展功能的输入信号。

横摆角速度传感器基于共振原理来测量车辆绕垂直轴线（ Z 轴）的旋转速度，如图3-25a所示，当车辆产生一个绕 Z 轴的旋转运动时，处于永久磁场中的传感器敏感元件因惯性产生振荡，科里奥利力的作用使一对共振叉的共振特性发生改变，通过测量敏感元件的电容变化，经信号处理电路的滤波、放大等调制处理，按敏感元件与传感器内部微处理器的通信协议输出一个与横摆角速度成比例关系的电压模拟量或数字信号。其与ECU之间的数据传输通常采用内部CAN总线点对点传输方式。

加速度传感器同样由采用表面微机械技术的敏感元件组成，其工作原理基于差分电容，即借助粘贴在振动质量块上的测量元件，通过一个弹簧-质量系统实现，如图3-25b所示。横向和纵向加速度传感器上采用的是相同的测量元件，只是布置方向不同。

（3）制动压力传感器 所有通过制动介入的行驶动力学系统都要求测量或理论计算系统制动压力，在相对简单的ABS中，通常由于成本原因采用理论计算方法，通过压力模型测算系统压力，对于具有标准功能的ESP系统，只需要测量驾驶人通过制动踏板给出的总泵压力来确定驾驶人意图，并在计算修正偏转力矩所需单独施加某轮的制动压力时将总泵压力叠加，对于制动舒适性要求更高的车辆则还需要测量轮缸制动压力，对于目前仍在不断完善的电液制动系统（EHB）甚至需要测量每个车轮制动器轮缸压力及高压蓄能器的压力。图3-26所示为一个用于标准ESP的压入式制动压力传感器的一种典型结构，集成于ESP控制器的液压控制单元（HCU）中，其工作原理基于霍尔效应，输出电压信号，主要特征参数见表3-2。

3．ESP系统扩展功能

在标准功能ESP系统的基础上，通过软件和硬件的进一步扩展开发出许多附加功能。

（1）坡道起步辅助（HHC）坡道起步辅助（Hill Hold Control, HHC）防止车辆在坡道上起步时“溜坡”，在车辆坡道起步阶段，当驾驶人松开制动踏板后通过ESP延迟释放制动压力实现该功能，其工作原理如图3-27所示，描述如下：

1）驾驶人通过制动将车辆停在坡道上，使车辆完全静止，如图3-27a所示。

2）从松开制动踏板改为踩加速踏板，HHC保持制动压力，确保车辆保持在坡道上，没有“溜坡”，如图3-27b所示。

3）踩加速踏板，使发动机动力不断地上升但还不足以使车辆起步，在此过程中，ESP控制制动压力使其适应发动机转矩的上升成比例地降低，始终与驱动力保持平衡，确保车辆继续保持在坡道上，如图3-27c所示。

4）当驱动力足够克服行驶阻力使车辆向前行驶时，制动压力才被释放到0，车辆正常起步，如图3-27d所示。

通常HHC起作用的时间为1.5～2s，可以在车辆最大爬坡能力范围的前进档和倒档上坡的工况下发挥作用，坡度通常借助集成在ESP组合传感器或者集成在ESP控制器内的纵向加速度传感器的测量值计算出来。

（2）液压制动辅助（HBA）当遇到紧急情况时，驾驶人很快地踩制动踏板，但是力量不够时，液压制动辅助（Hydraulic Brake Assist, HBA）功能就会被激活，ESP系统使4个轮缸的制动压力增加，直到4个车轮都进入ABS调节状态，使车辆获得最大的减速度。

如图3-28所示，普通驾驶人在HBA的帮助下，可以使轮缸压力上升得更快，缩短了制动力上升时间，更早地进入ABS调节状态，也就意味着可以减小制动距离。

（3）液压制动增强（HBB）车辆在真空度不足导致在真空助力器有效工作范围以外制动时，制动踏板会“变硬”。液压制动增强（Hydraulic Brake Boost,HBB）帮助驾驶人在真空助力器的真空度不足时和助力器工作范围以外制动时，触发ESP泵电机主动提高制动压力以平衡真空度不足引起的制动力不足，以及改善制动踏板舒适性，这一功能在空气稀薄的高原地区行驶时特别有帮助。HBB功能可以取代电子真空泵等材料成本较高的真空度补偿装置，节约材料成本。

HBB功能需要一个真空度传感器来识别真空助力器有效工作范围的临界点，不用增加额外的硬件，只是ESP软件的扩展开发。

HBB可以用于各种真空度不足的情况，来帮助驾驶人提高制动压力，这一方面可以缩短制动距离，另一方面能改善制动踏板舒适性。一些满载质量（GVM）超过2t的轿车可能无法满足有关规定中真空助力失效时对制动距离的要求，HBB可以帮助这些车辆达到规定的要求，同时还起到了降低成本的作用。

新型的汽油发动机在冷起动时为减少尾气排放，节气门开度较大，容易产生真空度不足，HBB能够补偿真空度不足造成的制动力损失，帮助发动机降低排放。

（4）后轴全制动（RAB）后轴全制动（Rear Axle Boost, RAB）是ESP的一个附加扩展功能，其与EBD的工作原理相反，或者说是对EBD功能作用后的一个补充。EBD是防止后轮先于前轮抱死而降低后轮制动压力。当前轮进入ABS调节状态，而后轮还没有进入ABS调节状态时，RAB会被激活，ESP将对后轮进行建压而使4个车轮都进入ABS调节状态，使4个车轮充分利用地面附着力缩短制动距离。此种情况对于后轴满载更加有效。

（5）ESP敏感控制策略（SESP）ESP敏感控制策略（Sensitive ESP, SESP）是标准ESP的一个扩展。标准ESP只有在车辆表现与驾驶人意图出现明显偏差时才开始工作，而SESP可以在车辆行驶状态偏差还没有被驾驶人觉察到之前就开始对车辆进行修正，目标是将横摆角速度尽可能控制在早期临界范围内，由于介入比较早，相比标准ESP，SESP可以采取更加舒适的控制策略。当SESP不能够有效地稳定车辆时，标准ESP就会接管控制，进一步稳定车辆。

SESP只在一些稳态转向、节气门开度交变及部分制动的行驶工况下工作，如转向盘转角稳定输入下的直道及弯道半制动或松加速踏板情况。由于舒适性的原因，SESP只在车轮滑移率较小的范围内工作，大部分情况下在后轮上进行控制，SESP优先通过减小车轮压力来进行控制，在通过增大车轮压力来控制车辆时，最大压力也会受到限制。

（6）制动盘擦拭（BDW）功能 在一些特别紧急的制动工况下，任何一点时间的节省都是非常有意义的，因此开发了制动盘擦拭（Brake Disc Wiping, BDW）功能，以降低雨天对制动的影响。在大雨天气，雨水很可能会在制动盘上形成一层薄薄的水膜，这个水膜会延长制动减速度建立的时间。当ECU通过雨量传感器或者刮水器电机的状态监测到下雨，而且加速踏板被踩下，没有驾驶人制动或电子制动系统的干预，车速也必须高于一定的门限值（如80km/h）时，BDW被激活。

BDW工作时，通过周期性地施加一个简短的、间歇式的、轻微的制动来擦拭制动盘表面的水膜，以便雨天行驶在一定车速下能使制动盘保持干燥，提高雨天制动效能。

（7）制动热衰退补偿（FBS）制动热衰退补偿（Fading Brake Support, FBS）用于帮助驾驶人在制动热衰退状态下紧急制动时进入ABS调节状态。车辆持续制动（如下长坡）时，制动器温度过高会导致制动热衰退，在紧急制动时，驾驶人猛踩制动踏板，即使制动主缸压力达到ABS调节的理论值也不能触发ABS调节，FBS通过ESP泵电机额外建立压力使车辆进入ABS调节状态，缩短制动距离。

（8）驾驶人转向提示（DSR）驾驶人转向提示（Driver Steering Recommendation,DSR）是一个主动干预转向操作的ESP扩展功能，借助ESP和电子助力转向（Electronic Power Steering, EPS）的通信联系，由ESP控制器发出指令，通过转向控制器轻微给转向盘施加一个转向补偿力矩提示驾驶人朝有利于保持车辆稳定的方向转转向盘。所施加的转向补偿力矩很小，用来提示驾驶人在车辆不稳定工况下采取正确的响应措施，方向修正还必须由驾驶人操作完成。当车辆在类似对开附着系数路面行驶或者处于剧烈动态驾驶操作状态时，DSR功能对驾驶人特别有帮助。ESP只有和EPS配合才能实现DSR功能。

（9）防侧翻功能（ROP）高速过弯时过大的侧向力是导致重心高的车辆发生侧翻的原因。当车辆的侧向加速度超过某临界值时，汽车内侧车轮的轮荷趋于零，侧翻就可能发生。

防侧翻功能（Roll Over Prevention, ROP）可以利用额外的侧倾传感器判断车辆是否处于侧翻的危险工况，也可以通过现有的ESP传感器，对横向加速度、横摆角速度、转向盘角度、转向角梯度和驱动车轮的滑移率进行监控，判断侧翻趋势，并在超过某一门限值后，对转弯外侧的前车轮自动施加较大的制动力，从而产生纵向力，这样就限制了通过轮胎传递的侧向力，车辆的速度降低，使车辆的侧向加速度和侧翻角度保持在安全范围内。

（10）越野（Offroad）模式 越野（Offroad）模式是ESP的一项附加功能，主要包含如下三个方面的辅助功能：

1）驱动辅助。

① 加速踏板输出特性的更改。

② 提高TCS系统介入的滑转率门限值。

③ EDL功能介入得更早。

2）制动辅助。提高ABS功能介入的滑移率门限值。

3）陡坡缓降控制（Hill Descent Control,HDC）。ESP控制器主动建立制动压力，让车辆匀速下坡。

加速踏板输出特性的更改，可帮助驾驶人在山路或坏路等路面上控制车辆顺利起步，在起步过程中优化发动机的转矩输出特性，如图3-29所示。这种改善的加速踏板输出特性，使得车辆在光滑或不结实的路面上起步更加容易。

在越野模式下的驱动辅助，提高了TCS功能介入的门限值，使得车辆在松软路面上允许发动机输出更大的转矩，改善了起步性能。在车辆驶过横向不平的路面时，会导致一侧车轮悬空或者左右车轮的转速有差异。越野模式下的EDL功能比正常模式下介入得更早，可对快速滑转的车轮建立制动压力，更多的驱动转矩被传递到另一侧的车轮，从而改善车辆的牵引性能。

为改善在松软或低附着系数的路面上的制动性能，需要提高ABS功能介入的滑移率门限值。在松软或者低附着系数路面上制动时，可以在车辆轮胎和地面接触的前方形成楔子效应，增大轮胎与地面之间的摩擦力，缩短制动距离，如图3-30所示。

HDC是越野模式的主要功能之一，用于辅助驾驶人在山路、坡道上驾驶时控制车速。车辆在下坡行驶的过程中，由于重力在行驶方向上分力的作用，车辆会越来越快，HDC通过ESP主动介入，对车辆施加适当的制动压力，可使车速始终保持为驾驶人期望的车速。HDC需要通过一个越野模式按钮来激活，如图3-31所示，当HDC被激活时，仪表中也会显示一个以下坡车辆为标识符的HDC指示灯，当HDC正在工作时，这个指示灯会不停地闪烁。

越野模式功能除和ESP的功能相关外，还和发动机、变速器、转向、悬架等控制器功能相关。通过不同控制器的功能组合，并通过多功能开关来让驾驶人选择不同的驾驶模式体验，从而衍生出驾驶模式选择功能。

4．ESP系统附加功能

（1）胎压监测系统（TPMS）胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring System,TPMS）对轮胎胎压进行监控，在一个或多个轮胎缺气时通过警告灯和信号音通知驾驶人，该系统使轮胎尽可能以最佳胎压运行，以提高道路行驶安全性，延长轮胎使用寿命，减小滚动阻力，降低油耗，也可有效减少CO ₂ 排放。胎压监测系统有直接测量式和间接测量式两种技术方案。

1）直接测量式胎压监测系统（DTPMS）。直接测量式胎压监测系统（Direct Tire Pressure Monitoring System,DTPMS）由专属的胎压传感器测量实际胎压，有独立的硬件和控制器软件，即胎压传感器带电池及发射天线和控制器单元，可以实时显示轮胎胎压和位置信息，因此准确。但其系统复杂，成本高。DTPMS与ABS/ESP关系不大，因此不进行详细描述。

2）间接测量式胎压监测系统（ITPMS）。间接测量式胎压监测系统（Indirect Tire Pressure Monitoring System,ITPMS）是一种纯数学计算的软件解决方案，集成在ABS或ESP中，通过对轮速传感器信号进行计算并与参照值进行比较来判断某一位置的轮胎是否漏气，通过点亮组合仪表内的ITPMS警告灯同时伴随蜂鸣器的声学警报来提示驾驶人。它利用ABS/ESP现有硬件实现，无需增加额外硬件，经济性好，但功能具有局限性。

为进一步提高ITPMS的鲁棒性和准确性，在ITPMS滚动半径算法的基础上，增加频谱分析模块，通过滚动半径和频谱分析两种算法的组合进一步提高漏气识别的准确性，并能够识别4个轮胎同时漏气的工况。ITPMS+的频谱分析算法基于路面激励和胎压变化与轮胎刚度和振动特性间的关联特征，并兼顾了更广的矢量范围，如极端气候温度和标定前后不同轮胎温度、碎石路、交变路面、单边或单轴载荷变化、使用冬季胎及运动风格的弯道驾驶等条件，因此无论在鲁棒性还是准确性方面均优于ITPMS，并支持轮胎故障的快速识别。

轮胎半径分析（Wheel Radius Analyze, WRA）模型计算的是车轮之间的相对滚动半径，通过图3-32所示的轮速差Δ ω 计算。在自学习阶段，相对的车轮半径被标定，并且储存在不同的速度区间中。一般情况是自学习时的车轮半径与当前的车轮半径被用于胎压监测，图3-32中显示了当右前轮胎压不足时轮速是如何变化的。这个信息可以用于计算相对车轮半径。自学习的车轮半径与当前的车轮半径之间的偏差说明了存在胎压不足的情况，因此给出胎压报警。

WRA的一个限制就是不能监测4个车轮同时漏气并且漏气程度相近的情况。对于有1～3个车轮有不同程度的漏气情况，WRA可以给出一个非常准确的信息。WRA的作用速度范围是10km/h到最大车速。

轮胎频谱分析（Wheel Spectrum Analyze,WSA）计算车轮频谱特性，每个车轮有一个带有峰值的速度谱。在自学习阶段，名义的频谱特性被计算出来并且储存在各自的速度区间。通常情况下，相应的车轮频谱是通过算法在线计算出来的，名义频谱与当前的频谱的偏差被用于判断胎压报警的条件。图3-33中低压轮胎的频谱被标红，有一个更小的峰值频率和一个更高的峰值振幅。WSA与WRA共同工作可提高系统的鲁棒性和可靠性。

WSA同时考虑频率和振幅因素，因此可以监测到4个车轮漏气。WSA的工作速度范围是40～120km/h。

（2）车辆自动起停（Start&Stop）系统 车辆自动起停（Start&Stop）系统在车辆处于短暂停止的工况下，如交通拥堵和等红灯等时，内燃机系统在满足自动起停的条件下自动熄火，在驾驶人操作车辆起步时自动重新点火，从而减少车辆在使用过程中的怠速时间，降低内燃机车辆的燃油消耗量。

Start&Stop系统自动起停工作原理：

1）自动档车辆。当驾驶人踩制动踏板到停车，踩住制动踏板或者切换为P档（停车档）时，发动机自动熄火；驾驶人松开制动踏板或档位从P档转出或瞬时轻踩加速踏板时，发动机自动重新起动。

2）手动档车辆。当驾驶人踩制动踏板到停车，切换到空档，并松开离合器踏板时，发动机自动熄火；驾驶人重新踩下离合器踏板时，发动机自动重新起动。

Start&Stop系统对起动机的起动电压有要求，在荷电状态SOC为80%时，起动时电压降不能低于9V。

ABS/ESP系统接收自动起停状态信息，发送是否允许Start&Stop自动熄火信息帧及车速信息。当起动机需要重新起动时，必须提前60ms通过CAN总线发送状态位（起动机拖动过程）给ABS/ESP控制器。如果车辆装备了ESP，ESP会发送HHC状态位和纵向加速度信号给Start&Stop系统，在车辆重新起动时，HHC功能在设定的条件下起作用，防止车辆在重新起动过程中“溜坡”。

ABS/ESP系统受Start&Stop系统的影响，主要是在发动机自动重新起动时的低电压故障屏蔽，可以通过仪表或者ABS/ESP系统等来制定自动重新起动时的低电压故障屏蔽技术方案。表3-3给出了ABS/ESP系统在Start&Stop模式下典型电压降方案。

（3）连续碰撞制动（MCB）功能 MCB功能是在车辆发生首次碰撞后，自动对车辆进行制动，通过自动制动使车辆动能迅速降低，避免车辆发生后续碰撞或降低后续碰撞车速，制动指令由安全气囊控制器根据传感器信号和控制算法对首次碰撞进行识别后发出，ESP响应安全气囊指令后触发MCB功能，主动建压使车辆减速，制动减速度高达0.6 g 。如果首次碰撞后ESP功能仍然完好，且触发的制动减速度达到了ABS或ESP介入门限，则MCB进行ABS或ESP制动调节，MCB激活期间可以随时被驾驶人“接管”，当识别到驾驶人有加速意愿（踩加速踏板，节气门上升梯度和开度信号）时MCB退出，当识别到驾驶人有更强制动的意愿（踩制动踏板和总泵压力信号）时MCB也退出，通常MCB工作的最小车速设定为10km/h。

迄今为止，尚无相关法规对MCB的性能要求做出规定，对MCB的技术规定和性能要求由各车辆制造商自行确定并随车辆和系统的技术进步更新，有些车辆制造商要求MCB结束后触发紧急制动信号，类似紧急制动提示（EBW）功能，通过危险报警闪光灯闪烁警示后方车辆。

（4）自适应巡航控制（ACC）系统 自适应巡航控制（ACC）系统能根据车流情况来调节车速，并帮助保持驾驶人所设置的和前车之间的距离，从而减轻驾驶人在驾驶过程中的负担，使驾驶人能更好地专注于当时的交通状况，让驾驶变得更为轻松。

ACC系统由一个中距离雷达传感器监控车辆前方的交通状况，该传感器发射雷达电波，并接收车辆前方物体反射回的电波，ACC系统能根据这些数据，计算出与前车的距离、前车的方位和与前车的相对速度。当前方可畅通行驶时，将保持所设置的期望速度，如果系统识别出本车正在向前方车辆靠近，将通过发动机控制器或ESP控制器对车辆进行配合干预，从而保持所设置的安全距离。当前方可再次畅通行驶时，ACC系统将使车辆加速至预先设定的期望速度。图3-34所示为ACC系统的组成。

ACC系统按雷达的探测距离分为低速ACC和高速ACC。低速ACC使用中距离雷达，ACC作用的最高车速为160km/h；高速ACC使用长距离雷达，ACC作用的最高车速可达210km/h。随着雷达技术的发展，ACC支持的理论车速未来也会进一步提高。

按ACC系统的功能分为基本功能自适应巡航系统（Basic ACC）、可实现跟随至停止自适应巡航系统（ACC FTS）、实现停止后起步自适应巡航系统（ACC Stop&Go）。

从ESP的角度来说，需要响应ACC系统的制动请求，并提供期望的制动减速度，因此ESP工作的时间会增长，需要从ESP硬件设计上提高ESP的耐久性能。ACC是一项舒适性功能，在提高ESP硬件耐久性能的同时需考虑ESP泵工作的噪声优化。

（5）前方安全辅助系统（FAS）前方安全辅助系统（Front Assist System,FAS）利用ACC系统已有的雷达传感器及控制器，可以通过一个按键或菜单关闭或开启。FAS独立于ACC功能，如图3-35所示，即使ACC功能关闭，FAS仍然可以处于激活状态。

FAS的基本原理是根据与前方车辆的相对车速及距离来预测碰撞风险。有追尾风险时激活FAS功能，如图3-36所示。ESP直接响应雷达的减速指令，以尽量避免追尾或降低碰撞损失。

在车速大于或等于30km/h时，当前方安全辅助系统识别到与前方运动车辆快速接近并存在追尾危险时，制动系统会提前做好紧急制动的准备，减小制动钳和制动盘的间隙，同时通过声音和视觉信号提醒驾驶人，并随之产生短促但可感知的间歇制动，如图3-37所示。在发出碰撞警告之后，紧急制动系统会自动触发AEB-P部分制动功能（制动减速度为-3.5m/s ² ），以降低车速并给驾驶人创造更多的反应时间，一旦驾驶人踩下制动踏板，FAS持续计算为避免碰撞所需的减速度，如果系统识别到驾驶人的制动强度不够，则会激活HBA功能，增加制动压力，使车辆尽可能在障碍物前停止，以最大限度地避免碰撞。如果驾驶人对即将发生的碰撞仍然未能做出任何反应，并且FAS探测到追尾事故在所难免，该系统则会自动触发AEB-F功能，提升制动压力（制动减速度为-6m/s ² ），以提供更高的制动减速度，能极大地降低在碰撞时的本车速度，减轻事故对乘员所造成的伤害程度。

在车速小于30km/h时，当FAS探测到与前方行驶或静止的车辆快速接近并存在追尾危险时，制动系统会提前做好紧急制动的准备，减小制动钳和制动盘的间隙，如图3-38所示。如果驾驶人对危险状况未能做出反应，则FAS就会自动触发完全制动（制动减速度为-8m/s ² ），以避免碰撞发生或减少事故损失。

FAS功能分类见表3-4。

ESP对FAS的支持是响应其发出的制动需求信号，并按要求对车辆施加制动，同时调整HBA功能的门限值。

3.3.4 电子驻车制动系统（EPB）理论基础

1．EPB系统概述

随着电子技术的发展和驾驶人对驾驶舒适性要求的提高，电子驻车制动系统（Electronic Park Brake,EPB）逐渐在乘用车上得到应用，目前B级车广泛地装备了EPB系统，同时EPB系统也逐渐在A级车上普及。相对于机械驻车制动系统，电子驻车制动系统有以下优势：

1）提高了车辆内部空间的利用率，中央通道和脚部空间的设计具有更大的灵活性。

2）提供有助于舒适性和安全性的扩展功能，如动态起步辅助（DAA）、自动停车功能（AVH）和后轮防抱死功能（RWU）等。

3）取消了驻车制动手柄和拉索，简化了装配过程。

4）EPB系统的功能始终处于监控状态。

EPB系统是在传统驻车制动系统的基础上发展而来的，其发展历程主要经历了三个阶段，其技术方案的结构类型也不尽相同。根据驻车制动器的不同和集成度的不同，EPB系统分为如下三种类型：

（1）拉索式EPB系统 拉索式EPB系统保留了拉索，EPB电机和ECU集成在一起，通过对拉索的控制来实现驻车制动的夹紧或释放，这类系统的应用并不广泛。

（2）独立控制器式EPB系统 独立控制器式EPB系统取消了拉索，用线束替代，执行机构（电机+机械机构）集成在后制动器内，控制部分为一个单独的EPB控制器。

（3）集成控制器式EPB系统 集成控制器式EPB系统把EPB控制软件作为一个模块集成到ESP控制器中，其他部分与独立控制器式EPB系统相同，其具有下列优点：

1）减少了一个EPB控制器及其安装的附件，降低了成本。

2）线束布置更简单，接头更少，降低了失效概率。

3）所有功能的控制和EPB相关信号的处理部件集成在一个控制器中，使得EPB和ESP液压功能（如AVH）可以更好地协作。

2．EPB系统扩展功能

EPB系统除了提供基本的驻车制动功能外，还可以提供动态起步辅助（Drive Away Assist, DAA）、应急制动功能（Electronic Controlled Deceleration, ECD）和ESP共同作用的自动停车功能（Auto Vehicle Hold, AVH），这些功能提高了驾驶的舒适性和安全性，是EPB系统相比单纯机械驻车制动的优点。

（1）静态释放电子驻车制动 EPB的释放有两种方式，一个是静态手动释放，另一个是DAA的动态释放。无论EPB系统是否有故障，在发动机运转的状况下，EPB系统都应支持静态手动释放的方式，即脚踩制动踏板或加速踏板，手按EPB开关，可以释放EPB系统。

（2）动态起步辅助（DAA）DAA功能是EPB系统提供的舒适性功能之一，提高了车辆起步时的舒适性。驾驶人可以在不松开EPB的情况下直接起步，在坡道起步时非常有帮助，系统可以自动识别车辆所处坡道的坡度并能在驱动力足够大时，自动释放EPB，避免“溜车”并舒适起步。

DAA功能的EPB释放时机可以通过软件参数中的自学习功能来根据不同的驾驶人驾驶习惯进行动态调节，以满足车辆起步的舒适性要求。

（3）应急制动功能（ECD）与机械式驻车制动相比，EPB系统提供的应急制动功能有以下优点：

1）可以提供更大的制动减速度，最大可以达到常规液压制动最大效能的60%。

2）后轮不会抱死，避免了制动时的甩尾现象，可提高车辆安全性。

ECD功能分为两个阶段，第一阶段在车辆速度≥7km/h前，车辆通过ESP控制器，利用液压制动系统，自动对四个车轮轮缸建立制动压力，进行减速。在车辆被制动到车速<7km/h后，ECD功能进入第二阶段，系统对后轮实施附加的驻车制动，直到车辆停止。由于EPB具有RWU功能，不会让后轮抱死。

在ECD的第二阶段，也可以让系统退出液压制动，这取决于系统功能的定义。

实现该功能的前提条件：

1）ESP和EPB无系统故障。

2）一直拉EPB开关。

如果在应急制动状态中松开EPB开关或踩加速踏板或制动踏板，则退出应急制动状态。

如果ESP有故障，则ECD功能仅仅通过EPB系统利用后轮的驻车制动进行减速，直到车辆停止。

在发动机熄火的状况下，ECD功能也能起作用，此时也仅仅是利用后轮的驻车制动进行减速，直到车辆停止。

（4）自动停车功能（AVH）自动停车功能（AVH）是ESP和EPB组合实现的功能，它可以防止车辆在静止或起步时“溜车”，而不需要驾驶人一直踩制动踏板（按设计要求可以不同）。AVH通过这种方式提供更高的起步舒适性和安全性。

AVH功能处于激活状态，并且车辆被制动停止后，AVH功能介入，此时，驾驶人不必一直踩制动踏板。AVH功能首先通过ESP控制器在四个车轮轮缸处保持一定的液压制动压力，从而实现自动停车。若驾驶人踩加速踏板，四个轮缸的液压压力解除，车辆应可以轻松起步。

在AVH功能介入期间，如果打开驾驶人侧车门或解除安全带（各项目有差异）或AVH功能作用时间超过3min（各项目有差异）或发动机熄火，AVH功能将交给EPB，然后后制动钳夹紧制动盘，保证车辆不会“溜车”。

3.3.5 电子制动系统（EBS）总布置设计

1．EBS控制器硬件定义

对于一个全新开发的车型项目，对EBS硬件进行选型非常重要。首先是新项目车型对EBS装备的定义，目前主要有三个大的类型：

1）仅防抱死制动系统。

2）车身电子稳定系统。

3）带电子驻车制动系统。

在明确车型装备定义后，对EBS系统进行选型，还需要考虑如下四个方向的因素：

1）功能支持性和可升级性。

2）产品性价比。

3）外观尺寸及重量。

4）舒适性（控制器的工作噪声）。

在EBS控制器系统选型时会根据项目的功能定义来选择一款合适的硬件产品，其中会重点考虑产品的功能支持性、产品价格和供应商的产品分配战略。

2．EBS支架设计

EBS支架是连接控制器和底盘的零件，对控制器起到固定的作用，同时还为控制器的正常工作提供了条件，因此对EBS支架的设计要有严格的要求。

ESP传感器是一个为ESP控制提供侧向/纵向/横摆角速度信号的多种传感器组合，传感器因共振引起的信号不可靠会对ESP系统产生致命影响，即误动作或功能失效。ESP传感器有两种形式，即外置分离式的侧向/纵向/横摆角速度组合传感器和内置集成式（集成于ESP电子控制单元）内置PYA传感器。外置分离式传感器支架和ESP控制器支架都要求满足特定车型的振动、强度及空间布置要求。

（1）外置分离式ESP传感器支架设计 随着电子集成电路的发展，带内置集成式ESP多功能传感器的ESP控制器已经成为最新的发展方向，其相对于分离式ESP多功能传感器的设计，有节约车辆布置空间、减少实车线束连接、降低ESP系统的材料成本等优点。随着汽车电子控制技术的发展，车辆其他电子控制器也需要应用ESP多功能传感器的信号，如安全带、安全气囊等。因此有少部分汽车主机厂采用了分离式多功能传感器的技术方案，以供实车多控制器共用。外置分离式ESP传感器支架的设计应满足如下要求：

1）经仿真计算和实车测量确定的支架1阶和2阶固有频率不能落在纵向/侧向/横摆角速度传感器各自要求应避免的共振频率范围内。

2）经台架扫频试验确认的设计强度和刚度满足相应试验规范。

3）空间布置可通过数字样车（DMU）和物理样车的干涉检查及验收。

图3-39所示为市场上已经投产的某款车型分离式ESP传感器支架的实车设计布置、仿真计算、强度和刚度扫频试验台架及实车测量的侧向加速度频谱特性。

随着汽车电子技术的迅速发展和车辆制造成本控制的竞争越来越激烈，内置集成多功能传感器的ESP控制器设计已经用事实证明了其作为ESP的发展方向，关于ESP支架的设计也将重点围绕内置集成式的ESP控制器支架的设计展开。

（2）内置集成式ESP传感器支架设计 对于内置集成式传感器的ESP控制器，在带来集成化优势的同时，也对ESP支架的设计提出了更高的要求，主要有ABS/ESP控制器及支架在整车上的布置设计、ABS/ESP支架的刚度及强度要求、ABS/ESP支架对振动信号的传递要求。

由于ABS控制器在一般情况下无加速度传感器，只有M-ABS系统会带纵向加速度传感器，对于ABS控制器支架的设计只需考虑整车布置及刚度和强度要求。而对于带内置多功能传感器的ESP控制器支架，在设计时要考虑支架对振动信号的传递要求。

1）ABS/ESP控制器及支架在整车上的布置设计。ABS/ESP支架在发动机舱中要尽量布置在一侧，要远离发动机排气管等高温零件，ABS/ESP控制器的工作温度为-40～120℃，如果ABS/ESP工作环境的温度高于120℃，需要增加隔热板来对ABS/ESP进行高温保护，如图3-40所示。

为确定设计完成的ABS/ESP支架及隔热板是否能够保证ABS/ESP控制器在实车上各种工况下均能够处于正常工作的温度范围内，需要在实车上对ABS/ESP控制器的温度进行测量（图3-41），从而保证ABS/ESP在各工况下均在其正常的工作温度区间。ESP控制器的泵电机、ECU及接插件均在ESP控制器最高温度门限120℃以下。

ABS/ESP支架和车身的连接点要避开底盘悬架系统和车身的连接点，因为悬架系统的跳动会对ABS/ESP系统的工作产生不利影响。在设计ABS/ESP支架时，要同时考虑为ABS/ESP线束接插件、制动硬管的安装及更换和固定螺栓拧紧留下足够的操作空间。

2）ABS/ESP支架的刚度要求。在设计ABS/ESP支架时，要充分考虑支架的刚度。车辆运行过程中液压电子控制单元（HECU）不允许有绕垂直轴的扭转运动，支架系统不允许发生弯曲、变形等。支架结构刚度应尽可能大，提高刚度的两种方法为增加板厚、设计加强筋和翻边。

支架结构形状应保证HECU重心高度与连接件之间距离尽量小。支架系统必须安装有减振阻尼元件，且所有振动都应发生在减振阻尼元件上。安装减振垫时应注意以下几点：

① 减振垫的安装位置应确保其能够吸收来自各个自由度的振动。

② 减振垫组成的形状在竖直方向的投影面尽可能大，如图3-42所示。

③ 投影面的中心尽可能与HECU的重心投影重合。

④ 在负载方向，减振垫设计成对称形状。

⑤ 保证轴向和径向有预紧力，限制其运动，推荐使用螺栓连接。

试验条件：

① 正弦激励波形。

② 振动时间为24h。

③ 频率为10Hz—60Hz—10Hz，1倍频程/min。

④ 加速度为15m/s ² 。

⑤ 振动方向为 Z 方向。

试验执行：如图3-43所示，ABS/ESP支架固定在振动台上，ESP控制单元作为负载，加速度传感器固定在振动台面上。

试验评价方法：支架不允许出现裂纹或者断裂。

3）ABS/ESP支架对振动信号的传递要求。在ABS/ESP支架本身设计的强度和刚度足够大时，为了减小振动对集成传感器的ESP控制器的影响，在设计支架时要配合橡胶件提供的阻尼，让ESP支架形成一个减振系统。由于小于20Hz的共振由车辆的悬架系统引起，大于100Hz的共振由车身的自由频率引起，一般情况下集成传感器的ESP支架设计的固有频率为20～100Hz，如图3-44所示。

为了验证集成传感器的ESP支架的设计结果，通常需要通过台架试验对ESP支架的样件进行振动试验，在试验过程中不需要连接ESP线束及制动管路，在 X 、 Y 和 Z 方向分别施加如下激励：

① 振幅：9.806m/s ² ≈1 g 。

② 振动频率范围：10～500Hz。

③ 正弦波：0.5倍频程/min。

在集成传感器的ESP控制器上固定加速度传感器对输出的加速度信号进行测量，如果测量结果落在图3-45所示的门限值以下，则可以判定ESP支架的设计结构是合格的。

试验台架的搭建如图3-46所示。将加速度传感器分别粘贴于控制器表面及下支架底面，根据试验条件运行三向的振动试验，同时采集加速度传感器数据，根据试验数据和曲线求出CH2在各方向下的支架共振频率和加速度幅值。

以某款车型的带集成传感器的ESP支架振动试验结果为例，如图3-47所示。ESP支架系统在一阶固有频率为39.2Hz时对输入激励的传递放大略微超出支架的设计要求，达到了121.5m/s ² ，在 B 和 C 方向对输入激励的放大均在设计要求内，但考虑到其一阶固有频率大于ESP支架设计要求的30Hz，并且超出幅值范围经过经验评估可以接受，故该ESP的支架设计结构是合格的。

带集成传感器的ESP控制器需要在ESP工作过程中提供传感器信号值，故对ESP控制器在车辆上的安装要求也特别严格，一般情况下带集成传感器的ESP控制器在车辆上的安装精度要求在 X 、 Y 、 Z 方向不超过3°。