ESP液壓執行單元關鍵零部件功能與結構設計

ESP的液壓工作原理如圖7-10所示，制動系統的布置為X形回路，左后輪和右前輪為一回路，右后輪和左前輪為一回路，對稱布置的兩個柱塞泵由同一個電動機驅動，實現對這四個車輪的壓力控制。ESP的液壓組成主要包括12個電磁閥（閥l~ 12），其中6個是常開閥（閥l、閥2、閥5—8），6個是常閉閥（閥3、閥4、閥9—l 2），增壓閥和限壓閥均為常開閥，減壓閥和吸人閥均為常閉閥。早期的限壓閥為了控制系統壓力，采用的是溢流閥的結構，隨著高速開關閥的高頻PWM控制的介入，限壓閥的結構也和增壓閥一樣，采用高速開關閥。通過這1 2個電磁閥的不同組合，即可實現ESP的不同功能。其中柱塞泵單元（泵1、泵2）的作用，在ABS功能時是使得制動液回流，因此在ABS中也常常稱為回油泵；在TCS、ESP功能時是動力源，實現主動增壓。在柱塞泵前后的蓄能器和阻尼器的功能主要是吸收油壓脈動，蓄能器的功能還包括在ABS減壓功能時，暫時儲存從輪缸回流的制動液，達到迅速降低輪缸壓力的作用。除此之外，還有電動機、單向閥和壓力傳感器，分別起到動力輸出、控制液壓管路流動方向和檢測壓力的作用。具體而言，在ESP工作時，根據ABS、TCS和AYC功能的不同要求，ESP液壓執行單元的各個零部件的動作方式也有所不同。

當駕駛人踏下制動踏板，ESP進入ABS功能時，在增壓階段，各個電磁閥均保持斷電狀態，制動液通過主缸，經過限壓閥、增壓閥直接進入到各個輪缸。在這個階段，由于動力源來自于駕駛人，主缸的壓力較大，為了限制輪缸的壓力增長過快，導致車輪迅速抱死，因此必須限制這一過程的增壓速度。這一過程的液壓回路是主缸一限壓閥一增壓閥一輪缸。主要的液壓設計功能在于控制限壓閥和增壓閥的節流孔徑，從而限制輪缸的壓力增長速度。當ABS功能需要壓力保持時，將增壓閥通電，使得增壓閥關閉，這時輪缸和主缸之間的液壓回路完全被隔斷，輪缸內的壓力也就保持一定。在保壓階段，為了保證輪缸內的壓力保持一定，必須實現電磁閥的關斷，因此在液壓設計中，電磁閥的密封性成為設計的重要指標。當車輪壓力過高，有抱死趨勢時，會要求車輪壓力降低，這時，將減壓閥通電打開，增壓閥通電關閉，電動機通電驅動柱塞泵運動，制動液從輪缸經過減壓閥迅速回流到基本不存在壓力的低壓蓄能器中，柱塞泵通過往復運動，將蓄能器中的制動液泵回壓力較高的制動主缸。在這一過程中，液壓回路是輪缸一減壓閥一蓄能器一柱塞泵一阻尼器一限壓閥一制動主缸。減壓時的主要目標是減壓速度迅速，同時在車輪中不存在殘余壓力。因此在設計中，首先必須保證蓄能器的容積能夠存儲兩個輪缸內的所有制動液，同時保證柱塞泵能夠把蓄能器中的所有制動液也泵回制動主缸，在輪缸和蓄能器中不存在殘余制動液，導致殘余壓力。因此液壓設計的主要目標是蓄能器的容積和柱塞泵的能力。

ESP主動增壓階段。由于在這一過程中，駕駛人并沒有踏下制動踏板，制動主缸沒有壓力，而是通過柱塞泵使得車輪輪缸中建立起壓力，實現主動制動功能。因此在汽車主動安全技術中，GCC、ACC等功能都要求汽車能夠實現主動制動的功能，從而加以控制，因此這一階段也成為ESP液壓執行單元設計的關鍵。當ESP進行主動增壓的時候，液壓工作原理如圖7- 11所示。在該圖中，液壓制動回路為X形布置，進行主動增壓的車輪，圖中為左后輪，這一回路的增壓閥（閥8）保持斷電打開狀態，X形回路中同側的另外一個車輪（右前輪）的增壓閥（閥7）通電關閉，左后／右前輪一側的限壓閥（閥2）通電關閉，吸入閥（閥4）通電打開，X形回路另一側的限壓閥（閥1）通電關閉，電動機通電驅動柱塞泵（泵2）工作。制動液從主缸一吸入閥一柱塞泵一增壓閥一輪缸，從而實現右后輪內的壓力增長。由于目前的ESP液壓執行單元的結構沒有預壓泵結構，因此主動建立壓力的關鍵在于柱塞泵的性能以及吸入閥的結構動態特性。

當主動增壓的壓力增長到一定程度之后，需要對車輪的壓力進行保持，進入保壓階段。在這一階段，液壓工作原理如圖7-12所示。在這一階段，兩側的限壓閥（閥1、閥2）通電關閉，吸人閥（閥4）斷電關閉，使得主缸和輪缸之間的液壓回路完全切斷，車輪內的壓力保持不變。值得注意的是，電動機在保壓階段，仍然處于通電狀態，驅動柱塞泵往返運動，但是由于柱塞泵入口和制動主缸的液壓回路，已經被吸入閥隔離，因此，即使柱塞泵在工作狀態，但是由于無法吸入制動液，所以柱塞泵出口的壓力也不會提高，從而實現了整個系統的壓力保持。

當主動增壓的壓力需要減少時，進入ESP的減壓階段。在這一階段，液壓工作原理如圖7-13所示。在減壓過程中，所有電磁閥保持斷電初始狀態，電動機也斷電不再驅動柱塞泵工作。此時，由于制動踏板并沒有踩下，制動主缸不存在壓力，輪缸的壓力高于制動主缸，在壓力的作用下，直接通過增壓閥一限壓閥返回主缸，實現減壓過程。值得注意的是，在ESP減壓階段，并不像ABS減壓階段時，需要利用柱塞泵的回流功能，將制動液從輪缸泵回主缸。這是由于ABS工作時，制動踏板已經踩下，制動主缸存在制動壓力，而且是不低于制動輪缸的壓力，因此在壓力的作用下，制動液是沒有辦法從輪缸回到主缸的，必須借助柱塞泵的回流功能。而在ESP減壓時，由于輪缸壓力高于主缸壓力，制動液會從
輪缸直接回流到制動主缸，因此，將所有電磁閥斷電可實現這一功能。

在ESP的液壓工作原理圖中，存在兩種單向閥：一種是和常開閥（增壓閥、限壓閥）并聯的單向閥，在機械結構上是和常開閥一體的；另一種單向閥是在柱塞泵和蓄能器之間的單向閥。由于結構布置上的不同，這幾種單向閥的功能也有所不同。

（1）與增壓閥并聯的單向閥。在ABS工作的后階段，駕駛人卸除踏板力時，為了盡快增加輪缸壓力的降低速度，通過這個單向閥實現了一個輔助回流液壓回路。也就是說，一方面，制動液可以通過柱塞泵回流到主缸，另一方面，由于主缸壓力基本不存在，輪缸壓力高于主缸壓力，在壓力的作用下，增壓閥并聯的單向閥便會打開，制動液通過單向閥直接回流到主缸。

（2）與限壓閥并聯的單向閥。一方面，在ABS工作，駕駛人踩下制動踏板時，由于制動液通過限壓閥、增壓閥進入輪缸，限壓閥并聯的單向閥會在主缸壓力下打開，有利于制動液通過限壓閥，使得限壓閥孑L徑大小對ABS的增壓速度影響減弱，這樣只需要調整增壓閥的孔徑即可實現對ABS增壓的速度控制，避免了ESP在比ABS增加了限壓閥后帶來的ABS增壓功能的減弱。另一方面，在ESP工作階段，雖然限壓閥會通電關閉，但若駕駛人踩下制動踏板，產生主缸壓力，該單向閥會在主缸壓力下打開，制動液進入輪缸，從執行機構的硬件上保證了制動優先的功能。

（3）柱塞泵和蓄能器之間的單向閥。當ABS減壓時，制動液能夠通過該單向閥進入柱塞泵。當ESP主動增壓時，主缸的制動液通過吸人閥進入柱塞泵，單向閥能夠阻止制動液進入蓄能器。