一汽大众某汽车A4轿车ESP检测与维修.docx
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1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目一汽大众-奥迪汽车ESP系统控制原理结构与维修学生姓名赵坤学 号82091038系 部汽车工程系专 业汽车检测与维修技术班 级820910指导教师张彦明顾问教师罗贤卫二一二年七月摘 要 随着现代汽车技术的快速发展,人们在注重汽车的舒适性、可靠性、经济性的同时,对汽车的安全性更是提出了最高的要求。ESP电子稳定程序可以有效地降低重大交通事故发生率,从而挽救许许多多人的生命,为进一步加强汽车的乘坐安全性,全球道路专家一致认为ESP应该成为每一辆车的标准配置。本文介绍汽车ESP系统汽车领域的发展与应用,并主要针对一汽大众奥迪汽车ESP系统的结构,工作条件,工
2、作原理以及各类传感器和ESP系统常见故障检修进行介绍与分析,并通过ESP维修案例介绍了其维修思路及维修方法。 关键词:ESP系统;工作原理;故障检修第一章 绪论 目 录摘 要I目 录II第一章 绪论11.1 课题的来源与研究背景11.1.1 课题来源11.1.2 研究背景11.2 ESP的简介和技术特点31.2.1 ESP简介31.2.2 ESP的三大特点31.3 ESP的发展和应用41.3.1 ESP的发展41.3.2 ESP的装配4第二章 奥迪汽车ESP系统的基本组成及工作原理52.1 ESP的组成52.1.1 传感器52.1.2 电控单元52.1.3 执行器62.1.4 监测信号装置72
3、.2 ESP的工作原理82.3 ESP的工作过程82.3.1 克服转向不足的操作92.3.2 克服转向过度的操作11第三章 奥迪A4轿车ESP系统中常见的传感器及开关133.1 侧向加速度传感器133.2 横摆率传感器133.3 转向角度传感器143.4 ESP按钮开关14第四章 奥迪A4轿车电子制动系统的维修174.1 自诊断174.2 制动器排气程序174.3 转向角度传感器的校准174.4 电子控制单元和液压总成的维修18第五章 奥迪A4ESP故障检修20第六章 总结与展望24致 谢25参考文献26第一章 绪论1.1 课题的来源与研究背景1.1.1 课题来源 随着社会节奏的加快、道路交通
4、条件的改善和汽车技术的不断进步,现代汽车的行驶车速得到了很大提高,安全行驶也成了亟待解决的课题。据统计,车速在 80km/h 到 100km/h 之间行驶的汽车发生的交通事故,大约 40%是与汽车侧向失稳有关。车速越高,汽车失稳引发的交通事故的比例越大,当车速超过 160km/h 时,几乎每一起事故都是由于侧向失稳而造成的。如何提高汽车行驶安全性是现代汽车研究的重要课题之一。1.1.2 研究背景 随着现代汽车技术的不断发展,以微型计算机和传感器为基础的机电一体化技术在汽车上获得广泛的应用,汽车中传统的机械系统逐渐被基于微处理器和传感器的机电一体化系统所代替,现代汽车已发展成机械技术、电子技术与
5、信息科学紧密结合的高科技产品。汽车电子控制技术发展的特征之一是应用范围不断拓宽。据不完全统计,目前汽车上已经使用和正在开发中的机电一体化系统达数十种之多,按照应用领域可以分为三个方面:1、 发动机方面汽油机燃油喷射控制系统;柴油机燃油喷射控制系统;泵喷嘴;共轨系统;废气再循坏自动控制系统;增压器自动控制系统;柴油启动控制系统;发动机与变速器联合控制系统;电子控制消音器。2、底盘变速器自动控制系统;无级变速自动控制系统;离合器自动控制系统;电子控制动力转向系统;主动、半主动悬架系统;驱动力防滑转系统;防抱死制动系统;电子控制空气悬架系统;汽车无人驾驶系统。3、其它刮雨器自动控制;车窗开关自动控制
6、;汽车导航系统;安全气囊;全自动空调。汽车电子控制技术发展的另一个特征是汽车电子控制装置占整车的成本逐年增加,即纯机械部分所占的比重越来越小,而机电结合的电子控制装置所占的比重越来越大。图1-1所示为从2005年到2010年电子控制装置占整车成本变化趋势图,从图中可以算出,汽车电子控制装置所占的比重逐年增加,到2010年电子控制装置占整车成本达到12%以上,这还不包括电子控制装置中的液压系统、电液控制阀、驱动油缸及各类传感器等的成本,如果把这些辅助装置的成本计算在内,则电子控制装置占整车的成本比图中所示的比例还要高一些。最新资料分析表明,汽车电子产品占现代轿车的成本已经达到30%。图1-1 电
7、子装置占整车成本 近年来,随着电子技术的不断发展,利用控制技术提高汽车的行驶安全性一直是随着汽车技术的不断发展和现代化公路交通系统的不断完善,汽车的行驶速度在不断提高。高速行驶的汽车在弯道上行驶或者紧急避障时,容易发生侧滑、甩尾等危险情况,使驾驶员对汽车失去转向控制,发生严重的交通事故。据统计,车速在80120km/h之间时,大约有40%左右的交通事故与汽车侧滑失控有关。当车速超过160km/h,几乎每一起车祸都是由于这种失控造成的。汽车领域研究的热点之一。人们先后设计了各种车辆主动安全控制系统,如在转向子系统中有四轮转向(Four Wheel Steer,4WS)、主动前轮转向(Active
8、 Front Steering, AFS)、主动后轮转向(Active Rear Axle Kinematics,ARK)等;在悬架子系统中,出现了基于各种智能控制策略的主动/半主动悬架系统(Active/Semi-active suspension System, ASS/SAS)等;在驱动/制动子系统中出现了防抱死制动系统(Anti-lock Braking System,ABS)、牵引力控制系统(Traction control System,TCS)、可变力矩分配控制系统(VTD)以及电子操纵稳定性控制系统(Electronic Stability Program,ESP)等。上述底盘
9、电控系统的采用,极大的提高了汽车操纵稳定性与安全性,减少了交通事故的发生。1第一章 绪论1.2 ESP的简介和技术特点1.2.1 ESP简介 汽车稳定性控制系统(Electronic Stability Program),简称ESP系统,是为了提高汽车在极限行驶条件下的操纵稳定性和行驶安全性,减少交通事故的发生,出现的一种先进的汽车主动控制系统。 汽车行驶稳定性是指汽车在行驶过程中,保持方向稳定性和抵抗外界侧向力的能力。为了防止车轮抱死,避免车辆在紧急制动时因车轮抱死而失控,1978年博公司开发了世界首套ABS,并在1985年投产。(“ABS”(Anti-locked Braking Syst
10、em)中文译为“防抱死刹车系统”。它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术,可分机械式和电子式两种。它既有普通制动系统的制动功能,又能防止车轮锁死,使汽车在制动状态下仍能转向,保证汽车的制动方向稳定性,防止产生侧滑和跑偏。)据统计在2004年欧洲生产的新车ABS,装备率已达到85%,而欧洲生产协会更保证对2004年7月起生产的新车100%装备ABS系统。在我国生产的新车中装备ABS系统也达到66%。 由于ABS不能解决车辆在湿滑路面上起步或加速出现的车轮打滑问题,更不能避免车辆发生侧滑。因此,在ABS的基础上,进一步发展出了牵引力控制系统(TCS
11、)。在车辆起步或加速时,如果某个车轮出现了打滑现象(车轮速度传感器不断监视着每一个车轮),TCS会迅速干预制动系统和发动机工作,使车辆能够安全地起步或加速(防止车轮打滑,保证车辆具有良好的牵引性能,同时照顾其稳定性和操纵性)。 实际上ESP系统也是一种牵引力控制系统,但是与其它牵引力控制系统比较,ESP不但控制驱动轮,而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车出现转向过度时,ESP便的前轮来稳定车子,防止后轮失控而发生甩尾现象;在转向过小时,为了校正行驶循迹方向,ESP则杀后轮,从而校正行驶方向。ESP是一个主动安全系统,通过有选择性的分缸制动及发动机管理系统干预,防止车辆滑移。ESP判定为出现转向不足
12、将制动内侧后轮,从而稳定车辆。当ESP判定为出现转向过度,ESP将制动外侧前轮,防止出现甩尾,并减弱过度转向趋势,从而稳定车辆。如果单独制动某个车轮不足以稳定车辆,ESP将通过降低发动机扭矩输出的方式来制动其它车轮来满足需求。1.2.2 ESP的三大特点1、实时监控:ESP能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反映、汽车运行状态,病不断向发动机和制动系统发出指令。2、主动干预:ABS等安全技术主要是对驾驶者的动作起干预作用,但不能调控发动机。ESP能够通过主动调控发动机的转速,并调整每个轮子的驱动力和制动力,来修正汽车的过度转向和转向不足。3、事先提醒:当驾驶者操作不当或路面异常时,ESP会用警告
13、灯警告驾驶者。换句话说,ESP实际上是一种牵引力控制系统,与其他牵引力控制系统比较,ESP不但控制驱动轮,而且可以控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况,此时后轮失控而甩尾,ESP便杀外侧前轮来稳定车子;在转向过少时,为了矫正循迹方向,ESP便会杀后轮,从而矫正行驶方向。1.3 ESP的发展和应用1.3.1 ESP的发展 从1995年至今,由于电子技术的不断发展,电子产品生产成本的不断降低, ESP获得了很快发展,并开始作为选装件装备于一些中、高档轿车上。从2000年起,德国大众公司开始在其几乎所有轿车上配备了ESP系统作为选装件,美国的通用、福和克莱斯勒公司也开始在其新车型中选装ES
14、P系统。 ESP能降低车辆侧滑的危险,从而降低事故的发生,显著减少因外界各种恶劣路况及驾驶员失误等造成的重大损失,极大地改善了汽车的动态行驶安全性。美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一项报告称,在配备了 ESC 的车辆中,客车单车碰撞事故减少30%,而轿车致命的单车碰撞事故也减少30%。就运动型多用途车而言,该事故下降率甚至更高,单车碰撞事故减少67%,而致命事故则减少63%。1.3.2 ESP的应用 ESP的装配率因各个国家而异。根据博的统计,2005年德国新车ESP装配率约为72%,西欧的平均新车装配率约为44%,在日本和北美,这个数字稍低,北美约为21%,日本约为15%。而目
15、前中国的装配率还比较低,约为3%,如图1-2所示。图1-2 世界各国汽车ESP装配率3淮安信息职业技术学院毕业设计论文第二章 奥迪汽车ESP系统的基本组成及工作原理2.1 ESP的组成 ESP系统构成如图2-1所示,主要包括各种传感器、电控单元、执行器和监测信号装置。图2-1 奥迪A4 ESP系统结构图1-液压单元安装支架 2-电子真空泵 3-ABS控制单元J104 4、6-液压单元N55 5-制动压力传感器G201 7、8-右前车轮转速传感器G45 9-制动液面报警触点开关G85 10-仪表台 11-ESP按钮开关 12-方向盘转向角度传感器G85 13-G200、G202 14-手制动警报
16、开关F9 15、16-右后车轮转速传感器 17、18-左后车轮转速传感器 19-ASR/ESP警报灯K86 20-ABS警报灯K47 21-制动系统报警灯K118 22-制动灯开关F 23、24-左前车轮转速传感器齿圈2.1.1 传感器 检测驾驶员操作情况和汽车的运动状态参数。主要包括轮速传感器、车轮转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动压力传感器、节气门位置传感器,以及ESP状态键、制动灯开关等。方向盘转角传感器用于监控驾驶员转向意图;横摆角速度传感器、轮速传感器及加速度传感器用于监控汽车行驶状态;主缸压力传感器用于进行制动压力估算。2.1.2 电控单元对各种传感器传来的数据进
17、行计算、分析,判断汽车的稳定性状态趋并向执行器发出动作指令。一般是一个带ESP /ASR /EDS 的ABS ECU。电子控制单元(ECU)是汽车稳定性控制系统的核心,用于处理来自各传感器的信息,驱动各执行器,同时它还是控制逻辑的载体,是整个系统的大脑。电子控制单元一般包括两个微处理器,一个与液压控制单元连接,另一个和液压控制单元分离。两个处理器通过内部总线相互交换信息。除了微处理器外,ECU 包括电源管理模块、传感器信号输入模块、液压调节器驱动模块、各指示灯接口以及 CAN 总线通讯接口。液压调节器是汽车稳定性控制系统的主要执行机构,其基本结构ABS/ASR 液压调节器相似,为了提高响应速度
18、,汽车稳定性控制系统的压力调节器ABS/ASR液压调节器多了预压力泵和压力生成器。图2-2是液压调节器结构示意图。图2-2 液压调节器示意图2.1.3 执行器根据电控单元输出的指令,调节控制车轮制动力或发动机输出功率。包括回油泵继电器、ABS电动回油泵、电磁阀继电器、各种电磁阀、行驶动力调节预压泵等。系统中的传感器和执行器可分为两类:传统型和智能型。传统型传感器和执行器与各自的ECU之间只有直接的物理连接,而智能传感器和执行器与ECU之间则使用总线接口来传输数据。一般情况下它们都具有自诊断能力和一定的传感器信号处理能力。典型的液压调节器总成内部液压回路示意图如图2-3所示。为了能独立控制各车轮
19、的制动回路,本系统采用了前/后分离的4通道回路结构,6每个车轮的液压制动回路都是隔离的,这样当某个制动回路出现泄漏时仍能继续制动。液压调节器总成根据电子控制单元(ECU)发送的控制信号调节制动液压力。图2-3液压调节器总成内部液压回路示意图1-液压调节器总成;2-回程泵;3-储能器;4-制动轮缸;5-制动总泵;6-进口阀;7-出口阀;8-隔离电磁阀;9-启动电磁阀;A-常规的制动液压力;B-停止的制动液压力流(电磁阀闭合);C-泵产生的制动液压力流;D-制动踏板踩下;M-电机2.1.4 监测信号装置 指示汽车稳定性系统状态信号。包括ABS/ASR指示灯、ESP指示灯、制装置指示灯等。 美国汽车
20、工程师学会于 2004 年对 ESP 进行了标准化的定义,它确定了 ESP 必须具备以下六方面特征:1、通过独立施加或调整汽车的制动力产生横摆力矩提高汽车的方向稳定性。2、通过计算机控制的闭环算法抑制汽车的过多转向或不足转向。3、具有确定横摆角速度和质心侧偏角的方法。4、具有监控驾驶员转向输入的方法。5、具有确定发动机力矩的算法和调整发动机力矩的方法。6、系统可以工作在除倒车和车速低于 15km/h 外的任何速度范围内。其中电子控制单元与液压调节器是一体的,如图2-4所示。图2-4 电子制动系统电路2.2 ESP的工作原理 ESP系统的工作原理是:在汽车的行驶过程中,当各种传感器将汽车的实时行
21、驶状态信号传给ECU时,ECU将传感器送来的相关数据与预先储存在控制程序中的标准技术数据相比较,通过计算分析,确定汽车行驶状态不稳定的程度。一旦测量数据偏离标准技术数据的门限值范围, ESP系统将自动接替驾驶员控制汽车, ECU 向车轮制动装置或发动机电控系统的执行机构发出执行指令,通过改变车轮制动力的大小或驱动轮上驱动力的大小,使汽车始终保持安全稳定的行驶状态,防止潜在危险情况的发生。在工作过程中,ESP系统能够精确控制一个或多个车轮的制动过程,并且根据需要能够分别对每个车轮施加不同的制动力。在必要的情况下,ESP系统还可以自动调节发动机的输出转矩。2.3 ESP的工作过程电子稳定程序(ES
22、P)用于在高速转弯或在湿滑路面上行驶时提供最佳的车辆稳定性和方向控制。电子控制单元(ECU)通过方向盘转角传感器确定驾驶员想要的行驶方向;通过车轮速度传感器和横向偏摆率传感器来计算车辆的实际行驶方向。当电子稳定程序检测到车辆行驶轨迹与驾驶员要求不符时,电子稳定程序将首先利用牵引力控制系统中的发动机扭矩减小功能并向发动机控制模块(ECM)发送一个串行数据通信信号,请求减小发动机扭矩。如果电子稳定程序仍然检测到车轮侧向滑移,则电子稳定程序将根据“从外部作用于车辆上的所有力(不管是制动力、推动力,还是任何一种侧向力)都会使车辆环绕其重心而转动”的原理,通过对前、后桥一个以上的车轮进行制动干预,迅速克
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