ESP系统工作原理及检修

关键词：ESP

本文以别克荣御（ROYAUM）为例，介绍ESP的作用、部件组成、电路图、工作原理（在不同情况下的控制过程）及维修等。

别克荣御电子制动系统组成

ESP 是在原有防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配（EBD）和牵引力控制（TCS）的基础上发展起来的，别克荣御的制动系统具有上述所有功能。该电子制动系统由电子控制单元（ECU）、液压调节器总成、车轮速度传感器、

方向盘转角传感器、横向偏摆率传感器、车轮速度传感器脉冲环以及ESP控制开关等部件组成，其中电子控制单元与液压调节器是一体。其系统组成见图1，电路见图2。

图1 别克荣御电子制动系统的组成
1-前轮速度传感器；2-前轮速度传感器引线；3-电子控制单元（ECU）；4-液压调节器总成；5-方向盘转角传感器；6-横向偏摆率传感器；7-后轮速度传感器脉冲环；8-后轮速度传感器

图2 电子制动系统电路

1．电子控制单元（ECU）

电子控制单元如图3所示，其插头端子视图见图4，各端子的作用见表1。电子控制单元是ABS-TCS/ESP 系统的控制中心，它与液压调节器集成在一起组成一个总成。电子控制单元持续监测并判断的输入信号有：蓄电池电压、车轮速度、方向盘转角、横向偏摆率以及点火开关接通、停车灯开关、串行数据通信电路等信号。根据所接收的输入信号，电子控制单元将向液压调节器、发动机控制模块、组合仪表和串行数据通信电路等发送输出控制信号。

图3 电子控制单元（ECU）
1-电子控制单元（ECU）；2-液压调节器总成

图4 电子控制单元（ECU）插头端子视图

当点火开关接通时，电子控制单元会不断进行自检，以检测并查明ABS-TCS/ESP 系统的故障。此外，电子控制单元还在每个点火循环都执行自检初始化程序。当车速达到约15 km/h时，初始化程序即启动。在执行初始化程序时，可能会听到或感觉到程序正在运行，这属于系统的正常操作。在执行初始化程序的过程中，电子控制单元将向液压调节器发送一个控制信号，循环操作各个电磁阀并运行泵电机，以检查各部件是否正常工作。如果泵或任何电磁阀不能正常工作，电子控制单元会设置一个故障诊断码。当车速超过15 km/h时，电子控制单元会将输入和输出逻辑序列信号与电子控制单元中所存储的正常工作参数进行比较，以此来不断监测ABS-TCS/ESP 系统。如果有任何输入或输出信号超出正常工作参数范围，则电子控制单元将设置故障诊断码。

2．液压调节器总成

液压调节器总成内部液压回路示意图如图5所示。为了能独立控制各车轮的制动回路，本系统采用了前/后分离的4 通道回路结构，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。液压调节器总成包括回程泵、电机、储能器、进口阀、出口阀、隔离阀和后启动阀等部件。

图5 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-制动钳；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

在ABS-TCS/ESP 减压阶段，2个回程泵从储能器和制动钳抽取过量的制动液，然后通过液压调节器将制动液返回到制动总泵以减小制动液压力。另外，回程泵还可以在制动干预阶段向制动钳施加制动液压力。电机（M）用于驱动回程泵。储能器在ABS-TCS/ESP 减压阶段储存过量的制动液，从而使液压调节器能够即时减小制动液压力。进口阀是常开阀，在常态位置时，各进口阀使制动液压力施加到制动钳上，当阀动作时，各进口阀将制动钳与制动总泵隔离开来。出口阀是常闭阀，在常态位置时，各出口阀将制动钳与储能器及回程泵隔离开来，当阀动作时，各出口阀将过量的制动液直接引至储能器和回程泵，从而使压力减小。隔离阀动作时，将后制动回路与制动总泵隔离开来，从而防止了制动液在牵引力控制系统工作期间回流至制动总泵。后启动阀用于在牵引力控制系统工作期间使制动液从制动总泵流至液压泵中。

3．前轮速度传感器

前轮速度传感器（如图6所示）是一个电磁式传感器，是前轮轮毂总成的一部分，前轮轮毂总成是一个永久性的密封装置。左前和右前轮轮毂装有车轮速度传感器和一个48 齿的磁脉冲环。

图6 前轮速度传感器
1-前轮速传感器；2-前轮毂总成

4．后轮速度传感器

别克荣御采用后轮驱动，后轮速度传感器（如图7所示）位于主减速器后盖的支架上，也是电磁式传感器。后轮速度传感器脉冲环是主减速器内车桥法兰的一部分，不能单独维修。

图7 后轮速度传感器
1-后轮速传感器；2-传感器脉冲环

5．ESP 开关

电子稳定程序（ESP）开关位于地板控制台上，如图8所示。该开关是一个瞬间接触开关，按一下ESP 开关，电子稳定程序从接通转至关闭。当电子稳定程序（ESP）关闭时，ABS-TCS 系统仍能正常工作。当ESP 处于关闭位置时，再次按一下ESP 开关，将接通电子稳定程序。按下ESP 开关超过60s将被视为短路，会记录故障诊断码，且电子稳定程序在该点火循环内将被禁用。如果没有记录牵引力控制系统当前故障诊断码，电子稳定程序将在下一个点火循环复位到接通状态。

图8 ESP 开关
1-后轮速传感器；2-传感器脉冲环

6．方向盘转角传感器

方向盘转角传感器位于方向盘下面，位置如图9所示，内部结构如图10所示，插头端子视图如图11所示，各端子的作用见表2。方向盘转角传感器提供表示方向盘旋转角度的输出信号，参见图9。由于2只测量齿轮的齿数不同，故产生不同相位的两个转角信号，即能产生一个可表示±760。方向盘旋转角度的输出信号，电子控制单元利用这个信息计算出驾驶员所要求的方向。控制单元通过方向盘转角传感器与横向偏摆率传感器信号的比较，确定车辆实际行驶轨迹与驾驶要求是否一致，从而确定控制目标。

图9 方向盘转角传感器的位置
1-螺钉；2-螺旋电缆；3-转接板；4-螺钉；5-方向盘转角传感器；6-固定凸舌；7-转向信号解除凸轮

图10 方向盘转角传感器
1-齿轮；2-测量齿轮；3-磁铁；4-判断电路；5-各向异性磁阻（AMR）集成电路

图11 方向盘转角传感器端子视图

横向偏摆率传感器位于仪表板中央控制台下部，如图12所示，传感器插头端子视图见图13所示，各端子的作用见表3。横向偏摆率传感器总成包括两个部件，一个是横向偏摆率传感器，另一个是横向加速度传感器。横向偏摆率传感器根据车辆绕其纵轴的旋转角度产生对应的输出信号电压；横向加速度传感器根据车轮侧向滑移量产生对应的输出信号电压。ESP控制单元利用横向偏摆率传感器和横向加速度传感器输出的这两个传感器信号，计算出车辆的实际行驶状态，再结合车轮速度传感器的输出信号和方向盘转角传感器的串行数据输出信号，确定控制目标。

图12 横向偏摆率传感器

图13 横向偏摆率传感器插头端子视图

电子稳定程序（ESP）工作过程

电子稳定程序（ESP）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，则电子稳定程序将实行主动制动干预。

电子制动系统的维修

1．自诊断

电子控制系统出现故障后，控制单元可记忆相应的故障码。用通用公司故障诊断仪TECH2可以读取、清除故障码，还可以阅读数据流并进行液压控制单元电磁阀测试、电子稳定控制系统液压回路测试、系统排气测试等。因TECH2为菜单提示操作，这些功能按TECH2屏幕的提示操作即可完成。在对ABS-TCS/ESP进行检修之前，应先排除常规制动系统故障。

2．制动器排气程序

在执行ABS/TCS/ESP 制动器排气程序之前，必须完成常规的制动系统排气程序。具体步骤是：

（1）连接Tech2，启动发动机并怠速运行；
（2）执行“Tech2 制动器排气程序”中所列的指示，注意：在执行该程序期间，确保制动总泵中的制动液液位不低于最低液位；
（3）关闭点火开关，并从数据链路连接器（DLC）上断开Tech2；
（4）用规定的制动液加注制动总泵储液罐至最高液位；
（5）执行另一个常规制动系统制动器排气操作；
（6）关闭点火开关，踩下制动踏板3～5次，以耗尽制动助力器的真空储备压力；
（7）缓慢踩下制动踏板，如果感觉制动踏板绵软，重复ABS-TCS/ESP 制动器排气操作；
（8）重复ABS/TCS/ESP 排气操作后，如果仍然感觉制动踏板绵软，检查制动系统是否存在外部或内部泄漏；
（9）保持发动机熄火并且不使用驻车制动器，然后接通点火开关，如果驻车制动器/制动器故障指示灯保持启亮，先诊断并排除故障；
（10）路试车辆，执行ABS/TCS/ESP 自检初始化程序，如果感觉制动踏板绵软，重复ABS-TCS/ESP 制动器排气操作，直到制动踏板感觉坚实；
（11）检查ABS/TCS/ESP 系统的操作。

3．方向盘转角传感器的校准

电子控制单元监测并判断方向盘转角传感器的输出信号，当车辆沿直线行驶了15min或以上时，电子控制单元会将该行驶方向设定为正前方向。如果电子控制单元检测到方向盘转角传感器角向偏离正前方向，如果偏离度等于或小于15°，则电子控制单元自动执行方向盘转角传感器校准。如果偏离度大于15°，则设置DTC C0460“方向盘转角传感器故障”。方向盘转角传感器可使用Tech2 重新校准，具体操作步骤是：

（1）路试车辆并记录车辆笔直向前行驶时的方向盘位置；
（2）将Tech2 连接到车辆上，并执行“Tech2 方向盘转角传感器校准程序”中的指示；
（3）检查ABS-TCS/ESP 系统的操作。

4．电子控制单元和液压总成的维修

电子控制单元和液压总成集成为一体，在保修期内，不要拆解电子控制单元和液压总成。

5．轮速传感器的检查

别克荣御4个车轮速度传感器均为电磁式传感器，传感器气隙不可调。检查轮速传感器时，可用万用表测量传感器阻值，也可用示波器测量传感器的输出波形。温度在20℃时，传感器的电阻正常值为1.3～1.8kΩ。

6．ESP开关的检查

可使用万用表测量ESP开关端子间的电阻，以判断其好坏。

ESP 开关处于常态位置时，端子3-4 间应导通；端子3-5间开路。按下ESP开关时，端子3-4开路；端子3-5导通。端子2-6之间是照明灯电阻。如果测量结果不在规格范围内，则更换ESP开关。

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