ESP系统——ABS、TCS、VDC及VAF功能介绍

本文内容简单介绍下关于汽车主动安全控制系统，包含ABS、TCS、VDC以及其余的一些附加功能，在博世统称为ESP，当然不同的公司有不同的叫法，比如ESC、VSC等，均类似。

ABS

滑移率的定义是当轮胎发出牵引力或制动力时,在轮胎与地面之间都会发生相对运动。
汽车从纯滚动到抱死拖滑的制动过程是一个渐进的过程，经历了纯滚动、边滚边滑和纯滑动三个阶段。为了评价汽车车轮滑移度成分所占比例的多少，常用滑移率s来表示，其定义如下：

式中：u为车速； u w为车轮速度；ω为车轮滚动角速度；r为车轮半径。
可以想象一下：
当v和rw几乎一样的时候，车轮的速度就是车辆的速度，s等于0，汽车做纯滚动。
当v值较大，但rw较小为0，那么s相当于等于1。车辆的状态是车一直向前走，但车轮不转，好比在冰面推着车一样，车辆有车速，但是轮不转动。滑移率的曲线如下图

滑移率为0时，侧向汽车抗侧滑能力最强
滑移率为1时，侧向汽车抗侧滑能力最弱
基于以上理论，ABS制动防抱死系统防止汽车制动时车轮抱死，并把车轮的滑移率保持在10%～30%的范围内，以保证车轮与路面有良好的纵向、侧向附着力，有效防止制动时汽车侧滑、甩尾、失去转向等现象发生，提高了汽车制动时的方向稳定性。

此外雪地开过车的小伙伴肯定清楚，当在冰雪路面踩制动踏板的时候，会明显的感觉到制动踏板弹脚，而且频率特别的快，哒哒哒的感觉，其实就是ABS在工作，不停的增压、减压防止车轮的抱死。

基于上述的原理，ABS的控制方法有很多，简单介绍以下两种：
1、基于模型的车轮滑移率控制方法
理想的ABS控制系统就以滑移率为控制目标。采用诸如PID控制、最优控制方法、滑膜变结构控制、鲁棒控制方法等。但车辆动力学系统是一个高度非线性的系统（主要是轮胎的非线性特性）。单纯的滑移率控制有很大难点，且这些方法主要还是以理论推导为主。当今普遍采用的就是第二种方法
2、门限值控制方法
以博世控制系统为例。博世的ABS系统主要就是基于轮加速度和滑移率来实现的，轮加速度作为横坐标、滑移率作为纵坐标，设置不同的门限，将控制区域划分为稳定区域、不稳定区域、过渡区域。如下图（简易示意图）：

ABS控制就是将车轮尽量控制在过渡区域。对应压力控制就是不停的增压、保压、减压。如下图：

在博世实际的量产系统里边，标定至关重要，此外，除上述的介绍逻辑外，还有很多很多内部的逻辑包括：
1、参考车速的估计（因为仪表显示的车速并未车辆本身的车速，尤其车轮打滑的时候仪表显示的非车辆参考车速）
2、四个轮胎滑移率的估计
3，路面信息，什么对接路面、对开路面等等
4，车辆是直线行驶还是转弯行驶
5，压力模型估计
等等等等。。。。

TCS

TCS也即牵引力控制系统（Traction Control System），是通过调节作用于驱动轮的驱动力矩和制定力矩，防止车轮打滑。
比如越野车辆做测评的时候，经常会测试滑轮组，如下图（不黑，百度网络图片）

在不打开差速锁的情况下， 测试的就是TCS性能，包含两个方面
1、PTC，发动机扭矩控制，比如雪地起步时踩大油门，那么驱动力增加时，会造成车轮打滑，此时在同样的节气门开度情况下，TCS系统请求发动机的扭矩输出降低，也即PTC控制。
2、BTC，制动控制，典型的例子就是滑轮组的脱困，驱动轮的一侧在滑轮组打滑，另一侧在地面，系统检测到后，对打滑车轮施加制动，则扭矩传输到另一侧车轮。也即BTC控制。
原理和ABS类似，滑移率的控制逻辑，这里不具体展开

VDC

ABS/TCS解决了车辆纵向方向的控制，制动也好，静止启动也好。但是若是横向控制失稳怎么办？此时VDC系统就起了作用。由于车辆的底盘特性和瞬间的载荷分配的不同，车辆可能出现转向不足或转向过度的动态表现。VDC作用如下图

转向不足转向过度理论参考之前个人总结
https://blog.csdn.net/qq_29786089/article/details/105850985.

在车辆出现转向不足时，VDC能够对车辆内侧后轮进行额外的制动，以增加车辆横摆，让车头向弯内方向摆动。
在车辆出现转向过度时，VDC能够对车辆外侧前轮进行额外的制动，以减少车辆横摆，让车头向弯外方向摆动。

对于横摆力矩的控制，参考之前二自由度车辆模型
https://blog.csdn.net/qq_29786089/article/details/105888247.
所以VDC的控制主要基于车辆动力学方程，尤其是侧向加速度和横摆力矩的控制。

VAF

ESP作为一个至关重要的安全配置除了上述基本的控制（ABS、TCS、VDC）外，还衍生出好多附加的功能VAF（Value added function）

HDC

陡坡缓解系统，一般通过按钮操作打卡和关闭，同时仪表会有指示灯显示HDC的状态。车辆下坡时，该功能被打开，通过ESP系统施加制动压力，按照驾驶员的要求对车速进行控制。使车辆在下坡的过程中维持一定的车速行驶，保证安全性。

AVH

自动驻车功能（Automaitc Vehicle hold），简称AVH。驾驶员打开此功能，通过制动使车辆停止后，只须松开制动踏板，AVH将会对制动压力进行保持，确保车辆处于静止状态，若长时间情况下，EPB（电子驻车）将激活进行驻车。若检测到车辆有溜车时，会主动增压再次确保车辆处于静止状态。极大改善驾驶舒适性。

除此之外，还有诸如很多的ESP附加功能，基本都是看不见摸不到的

等等

HHC：坡道起步辅助
起步过程中防止车辆后溜
HBA：液压制动器辅助
防止驾驶员紧急制动时，不能进行全力制动，造成制动力不足情况
ABP：制动器预冲压
AWB：驾驶员预警系统
ABP/AWB都是与ACC（自适应巡航）相关的附加功能
。。。
。。。
等等一系列的功能

总之，ESP系统在时刻保护着你的安全，是非常有用的一项配置，有些功能在你并不知情的情况下时刻保证着你的安全