淺析某車型ESC結(jié)構(gòu)原理及低電壓報警故障診斷

孔德琨，陳陳，劉銀平

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淺析某車型ESC結(jié)構(gòu)原理及低電壓報警故障診斷

孔德琨，陳陳，劉銀平

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車越來越多的進(jìn)入普通百姓家庭，成為大眾家庭標(biāo)配的代步工具。與此同時，對于普通的家庭使用，車輛本身的安全性能在車輛的各項(xiàng)指標(biāo)中越來越引起人們的重視。車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Electronic Stability Controller簡稱ESC）作為主動安全技術(shù)的代表，被越來越多國家作為新車上市的強(qiáng)制化標(biāo)準(zhǔn)配置；我國的大眾汽車主流，也在不斷的增加此配置和賣點(diǎn)。文章將結(jié)合某車型的ESC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，及ESC系統(tǒng)所存在的一種低電壓故障現(xiàn)象分析探討，以促進(jìn)對該安全防護(hù)系統(tǒng)（ESC）的進(jìn)一步了解。

車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)；ESC；結(jié)構(gòu)原理；低電壓故障分析

前言

目前，ESC車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)已被廣泛用于汽車制造之中。相較于傳統(tǒng)的防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、液壓制動輔助系統(tǒng)（HBA）以及牽引力控制系統(tǒng)（TCS）而言，ESC系統(tǒng)在這些基礎(chǔ)功能之上，為車輛提供了更加穩(wěn)定、更加主動也更加綜合的防護(hù)功能，但是該系統(tǒng)在使用中也同樣存在各種各樣的問題。本文將結(jié)合某車型ESC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，并引用在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的一種低電壓報警故障現(xiàn)象，對ESC系統(tǒng)進(jìn)行深入了解和學(xué)習(xí)。

1 某車型ESC系統(tǒng)的主要功能及清單

車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（Electronic Stability Controller簡稱ESC）是一款主動型車輛安全系統(tǒng)，由博世公司率先開發(fā)研制，此款車型采用博世公司當(dāng)前在產(chǎn)的成熟9.0平臺。在實(shí)際的功能應(yīng)用當(dāng)中，ESC系統(tǒng)的作用可以概括為以下方面：

①防抱死制動功能（ABS），能夠在早期識別出某一個或幾個車輪抱死的趨勢，并降低這一個或幾個車輪的制動壓力。

②制動力分配功能（EBD），由于路面狀況會有變異，加上減速時車輛重心的轉(zhuǎn)移，四個車輪與地面間的附著力將有所不同， EBD車輛制動的瞬間，高速計算出四個輪胎各自的最大制動力并調(diào)整制動力分配，使四個車輪都能夠按照最大制動力工作以避免車輪抱死，縮短剎車距離。

③牽引力控制功能（TCS），牽引力控制系統(tǒng)能監(jiān)測4個車輪的滑移率并控制發(fā)動機(jī)扭矩，防止車輛的雪地等濕滑路面上行駛時驅(qū)動輪的打滑，使車輛能平穩(wěn)地起步、加速。尤其在雪地或泥濘的路面，牽引力控制系統(tǒng)均能保證流暢的加速性能。

④車輛動態(tài)穩(wěn)定性控制功能（VDC），識別整車實(shí)際狀態(tài)與駕駛員駕駛意圖的差別，通過調(diào)整車輪制動壓力或干預(yù)發(fā)動機(jī)管理控制（或干預(yù)變速箱管理控制），使車輛產(chǎn)生相應(yīng)的橫擺角速度，以抑制車輛的不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向的失穩(wěn)，提高車輛穩(wěn)定性。

⑤液壓制動輔助功能（HBA），根據(jù)駕駛員踩剎車踏板的速度來判斷是否存在完全制動的需求。只要駕駛員始終將踏板踩到底，系統(tǒng)就會自動加大制動力直到防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的啟動臨界值。

⑥電子防側(cè)傾功能（RMI），用于預(yù)防車輛在特殊操作(高速變道)狀態(tài)下發(fā)生側(cè)翻。

⑦坡起輔助功能（HHC），駕駛員在上坡坡道上制動停車后，當(dāng)駕駛員松開制動踏板后，制動壓力維持駐車過程中的制動系統(tǒng)內(nèi)壓力，防止汽車坡道起步時發(fā)生溜坡現(xiàn)象。

以上等等。

通過以上某車型的ESC系統(tǒng)功能清單，我們可以得知，車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）給車輛在不同的工況下提供不同的安全防護(hù)措施，保證車輛行駛安全，因此ESC功能對客戶的行車安全至關(guān)重要。當(dāng)車輛自身的ESC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，ESC系統(tǒng)指示燈處于常亮狀態(tài)，車輛可能會出現(xiàn)的情況是：車輛在轉(zhuǎn)彎時會方向盤轉(zhuǎn)角固定而車輛轉(zhuǎn)向的半徑卻持續(xù)變大或變小、車輛在制動時出現(xiàn)兩側(cè)輪胎不時的不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時導(dǎo)致發(fā)生事故。

2 某車型ESC系統(tǒng)的主要構(gòu)成

通過以上ESC系統(tǒng)的功能清單了解，ESC系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的防抱死制動系統(tǒng)（ABS）上進(jìn)一步發(fā)展而成的綜合性車輛安全系統(tǒng)?？梢哉fESC系統(tǒng)是當(dāng)前車輛防抱死制動系統(tǒng)的高級形式。因此，在構(gòu)成上，ESC系統(tǒng)自然包含有ABS系統(tǒng)的功能模塊并加以拓展升級。對于車輛而言，ABS的功能均可通過ESC系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，兩者可以通過共用一個液壓單元并按照ESC系統(tǒng)的模塊指令，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)發(fā)揮出各自的功能。

圖1 整車裝置圖

圖2 ESC 模塊剖解圖

在構(gòu)成上，ESC系統(tǒng)包括了傳感器、控制單元以及執(zhí)行器。ESC系統(tǒng)的執(zhí)行器單元往往是建立在ABS系統(tǒng)的功能單元上，而傳感器單元與控制單元則是ESC系統(tǒng)與其他安全控制系統(tǒng)的顯著區(qū)別。通過比較裝載有ESC系統(tǒng)的汽車與僅裝有ABS系統(tǒng)的汽車，可以發(fā)現(xiàn)裝載有ESC系統(tǒng)的汽車能夠主動地探測車輛的運(yùn)行狀況并對駕駛數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，但是僅裝有ABS的汽車僅能夠在車輛已經(jīng)出現(xiàn)問題的情況下進(jìn)行被動反應(yīng)。因此，ESC系統(tǒng)用于車輛安全是處于防患于未然的設(shè)計考慮。

3 某車型ESC系統(tǒng)的工作原理

ESC系統(tǒng)是建立在對車輛運(yùn)行狀態(tài)的有效識別基礎(chǔ)上安全控制系統(tǒng)。在實(shí)際的應(yīng)用實(shí)踐中，ESC系統(tǒng)會通過主動分析駕駛員駕駛意向與車輛自身真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)之間的區(qū)別來判斷此刻車輛處于何種運(yùn)行狀態(tài)。事實(shí)上，這一原理主要是針對轉(zhuǎn)向不足及過度而設(shè)計的，而在對車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效識別后，ESC系統(tǒng)又會對比自身傳感器原件所收集到的各類信息，通過相應(yīng)車輪上的制動裝置達(dá)到對車輛運(yùn)行狀態(tài)修正功能的實(shí)現(xiàn)。

4 某車型ESC系統(tǒng)的低電壓報警故障診斷與排除

某車型為市場上一款暢銷車型，迄今為止，市場保有量已超過20萬臺，為某汽車集團(tuán)旗下的主力產(chǎn)品。從2017年年底，售后市場上不少客戶反饋，在北方寒冷的冬季早晨，早上第一次啟動車輛時（冷車狀態(tài)），車輛行車儀表會出現(xiàn)“ESC系統(tǒng)故障”或“ESC系統(tǒng)關(guān)閉”等文字提示，但是車輛啟動后很快文字提示會消失。

4.1 某車型ESC故障診斷

通過用診斷儀對故障車輛讀取故障碼后，發(fā)現(xiàn)故障顯示為電池電壓不足報警，經(jīng)過分析排查發(fā)現(xiàn)：在啟動發(fā)動機(jī)時，電池電壓跌至9.6V甚至7.6V以下，低電壓導(dǎo)致ESC報警。原理是：啟動時，若電池電壓低于9.6V時，ESC邏輯功能 fail置于1，儀表點(diǎn)亮ESC故障報警燈；啟動時，若電池電壓低于7.6V，會導(dǎo)致ESC停發(fā)信號，儀表ESC相關(guān)（ABS/EBD/ ESC）故障燈都會點(diǎn)亮。在電壓恢復(fù)到高于7.6V后，ESC開始發(fā)信號，按照信號列表，定義幀初始值定義為0=ESC OFF，因此會導(dǎo)致車輛短時提示：ESC系統(tǒng)關(guān)閉。由于某車型的靜態(tài)電流偏大，電池消耗電量偏多，冬季偏冷地區(qū)電池消耗也會較快，會加劇報警情況的出現(xiàn)。

圖3 故障診斷信息圖

4.2 某車型ESC故障排除

由于此時電壓對ESC功能正常使用毫無影響，因此改善策略為：對某車型的ESC軟件進(jìn)行低電壓屏蔽，即當(dāng)ESC監(jiān)測到的點(diǎn)火狀態(tài)信號為START時期間(外加3S延時) ，ESC會屏蔽低電壓報警。具體策略如圖4所示。

電源模式從OFF（或ACC、或ON）狀態(tài)變?yōu)镾TART狀態(tài)時，ESC會開始抑制所有報警信號。并在電源模式從START狀態(tài)變?yōu)槠渌∣N或OFF）狀態(tài)3S后，ESC停止報警信號抑制；ESC廠商按照控制策略要求制作進(jìn)行軟件更改，最終實(shí)車進(jìn)行驗(yàn)證，均可以滿足要求；而且在后續(xù)的ESC設(shè)計規(guī)范中增加低電壓屏蔽要求，即當(dāng)ESC監(jiān)測到PEPS或BCM發(fā)出的點(diǎn)火狀態(tài)信號為START時期間(外加3S延時) ，ESC會屏蔽低電壓報警，從而解決此問題。

圖4 控制邏輯信息圖

5 結(jié)束語

本文通過對ESC系統(tǒng)的功能介紹、結(jié)構(gòu)原理描述及低電壓報警故障情況下工作原理的探究，實(shí)現(xiàn)了對ESC系統(tǒng)的初步了解。

[1] 楊曹剛.汽車ESP故障診斷方法及其控制策略的研究[D].吉林大學(xué),2012.

[2] 李萌.基于支持向量機(jī)的汽車ESP系統(tǒng)故障診斷[D].吉林大學(xué), 2011.

[3] 曲英凱.ESP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理及故障分析[J].汽車維修,2014.

[4] 劉光明.汽車電子穩(wěn)定性程序控制技術(shù)[J].公路與汽運(yùn),2006.

Analysis of a vehicle's ESC structure principle and low voltage alarm fault diagnosis

Kong Dekun, Chen Chen, Liu Yinping

（Geely Automobile Research Institute (Ningbo) CO., LTD., Zhejiang Ningbo 315336）

In recent years, with the continuous improvement of people's living standards, more and more cars are entering ordinary families and become the standard tools for the public families. At the same time, for ordinary family use, the safety performance of vehicle itself has attracted more and more attention in various indicators of vehicles. Electronic Stability Controller (ESC), as the representative of active safety technology, is more and more national as the mandatory standard configuration of new car listing; the mainstream of China's Volkswagen automobile is also increasing this configuration and selling point. This paper will combine the ESC system structure principle of a certain type of vehicle and an analysis of a low voltage failure phenomenon in the ESC system, in order to promote the further understanding of the security protection system (ESC).

Electronic Stability Controller; ESC; Structure principle; low voltage fault analysis

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1671-7988(2018)20-233-03

U472.4

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孔德琨，就職于吉利汽車研究院（寧波）有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.085