第四章 汽车电子稳定系统4.1 概述4.2 ESP系统的组成4.3 汽车稳定性控制原理4.4 汽车ESP控制策略4.5 ESP控制系统实例4.3 汽车稳定性控制原理汽车失稳的原因在实际行驶过程中，道路状况是复杂多变的，汽车行驶的工况也就十分复杂，比如汽车的驱动和制动，路面摩擦系数的改变，汽车受到的各种侧向力干扰等，所以引起汽车失稳的原因也很复杂。引起汽车失稳的几个主要原因如下：(1) 车辆转向特性的突然改变，汽车在某些行驶工况下造成过多转向，如汽车纵向和侧向加速度可以引起轴荷的转移，转移到一定程度在某些情况下可以使车辆由不足转向变为过多转向，驾驶员难以及时反应，从而导致汽车失去稳定性。 (2)道路的行驶情况复杂多变，各个路段的附着系数可能发生很大的变化，如果汽车轮胎分别处于不同摩擦系数的路面上时易引起汽车发生很大的姿态改变。另外不平路面对车辆的干扰以及侧向风等也会引起汽车行驶姿态的变化。当这种改变引起很大的质心侧偏角时就可能使汽车失去稳定性。(3)转动方向盘所产生的横摆角速度往往滞后于驾驶员对方向盘的转向操纵，当汽车在高速时进行紧急转弯，由于这种滞后会使车辆在转向时产生比较大的车辆横摆力矩，从而会引起很大的汽车质心侧偏角。较大的汽车质心侧偏角下驾驶员很难操纵车辆，从而引发失稳。(4)由于轮胎制动或驱动产生的纵向力的影响，会导致轮胎的侧偏刚度降低从而有可能引起前轴或后轴的侧滑而引起车辆失去稳定。(5)驾驶员遇到紧急情况时由于慌乱而操作不当使汽车进入非线性区域，汽车会产生很大的质心侧偏角，驾驶员无法通过及时的调整来对车辆进行操纵，从而引起失稳。通常认为汽车的横摆角速度和汽车的质心侧偏角是描述汽车运动状态的两个重要参数，它们从不同的侧面表征了汽车的稳定性。车辆横摆角速度对汽车稳定性的影响汽车的横摆角速度、纵向速度以及侧向速度可以描述汽车的行驶状态，汽车的质心偏角等于侧向速度与纵向速度之比，横摆角等于横摆角速度的积分，汽车的航向角等于质心侧偏角与横摆角速度之和，即：其中，为航向角，为横摆角速度，为质心侧偏角。 当质心偏角趋近于零或比较小时，航向角主要由横摆角决定，航向角越小则表示转弯半径越大，反之则表示转弯半径越小，因此汽车处于过多转向还是不足转向可以由汽车的转弯半径的大小来推断，此时汽车状态主要由横摆角决定。因此在质心偏角趋近于零或比较小时，横摆角速度表征了汽车的转弯能力，即横摆角速度可以表征汽车的运行轨迹。 汽车的转向特性可以由前轮与后轮侧偏角的差值来确定：其中， 为前轮侧偏角， 为后轮侧偏角。它们的差值可由下式计算：其中，L为汽车轴距， 为汽车质心沿ox轴方向的速度， 为前轮转角， 为后轮转角。 根据上两式，可得汽车的质心侧偏角很小时，可以用汽车的横摆角速度体现汽车的转弯能力，横摆角速度越大表明汽车转弯越剧烈，转弯半径也就越小，反之亦然。所以在汽车的质心侧偏角较小时横摆角速度表征汽车的运行轨迹。驾驶员通常所期望的理想的汽车横摆角速度是其在某一车速下应该与方向盘转角成正比关系，且随着汽车车速的增加，横摆角速度对方向盘转角的增益应适当减小，以免在高速时方向盘过于灵敏。研究发现，在轮胎的线性区内又具有适当不足转向特性的车辆是驾驶员比较容易掌握的转向特性，具有很好的操纵稳定性能。汽车理想横摆角速度和车速的关系图中的两组曲线，一组是等前轮转角曲线，一组是等摩擦系数的限制界限。以前轮转角为5度，行驶路面摩擦系数0.8为例，随着汽车行驶速度的增加，车辆理想的横摆角速度沿着的曲线也随之增加，达到A点时由于受到路面摩擦条件的限制，车辆理想的横摆角速度只能沿着的曲线随着车速的增加而降低。以上分析是在假设汽车的质心侧偏角很小的前提下得出的，在行驶车辆的质心侧偏角很小的前提下汽车的横摆角速度与方向盘转角的增益可以表征行驶车辆的稳定性。质心侧偏角与稳定性的关系轮胎侧向力与侧偏角的关系 上图表示汽车在不同附着系数路面上，轮胎侧向力与侧偏角的关系。由于轮胎侧偏特性的影响，当汽车质心侧偏角较小时，轮胎侧向力与质心侧偏角近似成线性关系，但是随着质心侧偏角继续增大，侧向力逐步增大并达到饱和，使横摆力矩与侧向力趋于常数，此时改变方向盘转角，横摆力矩几乎没有变化，汽车失去了可转向性，此时要想控制汽车的稳定性将变得很困难。