ESP液压执行单元关键零部件功能与结构设计

ESP液压执行单元关键零部件功能与结构设计

ESP的液压工作原理如图7-10所示，制动系统的布置为X形回路，左后轮和右前轮为一回路，右后轮和左前轮为一回路，对称布置的两个柱塞泵由同一个电动机驱动，实现对这四个车轮的压力控制。ESP的液压组成主要包括12个电磁阀（阀l~ 12），其中6个是常开阀（阀l、阀2、阀5—8），6个是常闭阀（阀3、阀4、阀9—l 2），增压阀和限压阀均为常开阀，减压阀和吸人阀均为常闭阀。早期的限压阀为了控制系统压力，采用的是溢流阀的结构，随着高速开关阀的高频PWM控制的介入，限压阀的结构也和增压阀一样，采用高速开关阀。通过这1 2个电磁阀的不同组合，即可实现ESP的不同功能。其中柱塞泵单元（泵1、泵2）的作用，在ABS功能时是使得制动液回流，因此在ABS中也常常称为回油泵；在TCS、ESP功能时是动力源，实现主动增压。在柱塞泵前后的蓄能器和阻尼器的功能主要是吸收油压脉动，蓄能器的功能还包括在ABS减压功能时，暂时储存从轮缸回流的制动液，达到迅速降低轮缸压力的作用。除此之外，还有电动机、单向阀和压力传感器，分别起到动力输出、控制液压管路流动方向和检测压力的作用。具体而言，在ESP工作时，根据ABS、TCS和AYC功能的不同要求，ESP液压执行单元的各个零部件的动作方式也有所不同。

当驾驶人踏下制动踏板，ESP进入ABS功能时，在增压阶段，各个电磁阀均保持断电状态，制动液通过主缸，经过限压阀、增压阀直接进入到各个轮缸。在这个阶段，由于动力源来自于驾驶人，主缸的压力较大，为了限制轮缸的压力增长过快，导致车轮迅速抱死，因此必须限制这一过程的增压速度。这一过程的液压回路是主缸一限压阀一增压阀一轮缸。主要的液压设计功能在于控制限压阀和增压阀的节流孔径，从而限制轮缸的压力增长速度。当ABS功能需要压力保持时，将增压阀通电，使得增压阀关闭，这时轮缸和主缸之间的液压回路完全被隔断，轮缸内的压力也就保持一定。在保压阶段，为了保证轮缸内的压力保持一定，必须实现电磁阀的关断，因此在液压设计中，电磁阀的密封性成为设计的重要指标。当车轮压力过高，有抱死趋势时，会要求车轮压力降低，这时，将减压阀通电打开，增压阀通电关闭，电动机通电驱动柱塞泵运动，制动液从轮缸经过减压阀迅速回流到基本不存在压力的低压蓄能器中，柱塞泵通过往复运动，将蓄能器中的制动液泵回压力较高的制动主缸。在这一过程中，液压回路是轮缸一减压阀一蓄能器一柱塞泵一阻尼器一限压阀一制动主缸。减压时的主要目标是减压速度迅速，同时在车轮中不存在残余压力。因此在设计中，首先必须保证蓄能器的容积能够存储两个轮缸内的所有制动液，同时保证柱塞泵能够把蓄能器中的所有制动液也泵回制动主缸，在轮缸和蓄能器中不存在残余制动液，导致残余压力。因此液压设计的主要目标是蓄能器的容积和柱塞泵的能力。

ESP主动增压阶段。由于在这一过程中，驾驶人并没有踏下制动踏板，制动主缸没有压力，而是通过柱塞泵使得车轮轮缸中建立起压力，实现主动制动功能。因此在汽车主动安全技术中，GCC、ACC等功能都要求汽车能够实现主动制动的功能，从而加以控制，因此这一阶段也成为ESP液压执行单元设计的关键。当ESP进行主动增压的时候，液压工作原理如图7- 11所示。在该图中，液压制动回路为X形布置，进行主动增压的车轮，图中为左后轮，这一回路的增压阀（阀8）保持断电打开状态，X形回路中同侧的另外一个车轮（右前轮）的增压阀（阀7）通电关闭，左后／右前轮一侧的限压阀（阀2）通电关闭，吸入阀（阀4）通电打开，X形回路另一侧的限压阀（阀1）通电关闭，电动机通电驱动柱塞泵（泵2）工作。制动液从主缸一吸入阀一柱塞泵一增压阀一轮缸，从而实现右后轮内的压力增长。由于目前的ESP液压执行单元的结构没有预压泵结构，因此主动建立压力的关键在于柱塞泵的性能以及吸入阀的结构动态特性。

当主动增压的压力增长到一定程度之后，需要对车轮的压力进行保持，进入保压阶段。在这一阶段，液压工作原理如图7-12所示。在这一阶段，两侧的限压阀（阀1、阀2）通电关闭，吸人阀（阀4）断电关闭，使得主缸和轮缸之间的液压回路完全切断，车轮内的压力保持不变。值得注意的是，电动机在保压阶段，仍然处于通电状态，驱动柱塞泵往返运动，但是由于柱塞泵入口和制动主缸的液压回路，已经被吸入阀隔离，因此，即使柱塞泵在工作状态，但是由于无法吸入制动液，所以柱塞泵出口的压力也不会提高，从而实现了整个系统的压力保持。

当主动增压的压力需要减少时，进入ESP的减压阶段。在这一阶段，液压工作原理如图7-13所示。在减压过程中，所有电磁阀保持断电初始状态，电动机也断电不再驱动柱塞泵工作。此时，由于制动踏板并没有踩下，制动主缸不存在压力，轮缸的压力高于制动主缸，在压力的作用下，直接通过增压阀一限压阀返回主缸，实现减压过程。值得注意的是，在ESP减压阶段，并不像ABS减压阶段时，需要利用柱塞泵的回流功能，将制动液从轮缸泵回主缸。这是由于ABS工作时，制动踏板已经踩下，制动主缸存在制动压力，而且是不低于制动轮缸的压力，因此在压力的作用下，制动液是没有办法从轮缸回到主缸的，必须借助柱塞泵的回流功能。而在ESP减压时，由于轮缸压力高于主缸压力，制动液会从
轮缸直接回流到制动主缸，因此，将所有电磁阀断电可实现这一功能。

在ESP的液压工作原理图中，存在两种单向阀：一种是和常开阀（增压阀、限压阀）并联的单向阀，在机械结构上是和常开阀一体的；另一种单向阀是在柱塞泵和蓄能器之间的单向阀。由于结构布置上的不同，这几种单向阀的功能也有所不同。

（1）与增压阀并联的单向阀。在ABS工作的后阶段，驾驶人卸除踏板力时，为了尽快增加轮缸压力的降低速度，通过这个单向阀实现了一个辅助回流液压回路。也就是说，一方面，制动液可以通过柱塞泵回流到主缸，另一方面，由于主缸压力基本不存在，轮缸压力高于主缸压力，在压力的作用下，增压阀并联的单向阀便会打开，制动液通过单向阀直接回流到主缸。

（2）与限压阀并联的单向阀。一方面，在ABS工作，驾驶人踩下制动踏板时，由于制动液通过限压阀、增压阀进入轮缸，限压阀并联的单向阀会在主缸压力下打开，有利于制动液通过限压阀，使得限压阀孑L径大小对ABS的增压速度影响减弱，这样只需要调整增压阀的孔径即可实现对ABS增压的速度控制，避免了ESP在比ABS增加了限压阀后带来的ABS增压功能的减弱。另一方面，在ESP工作阶段，虽然限压阀会通电关闭，但若驾驶人踩下制动踏板，产生主缸压力，该单向阀会在主缸压力下打开，制动液进入轮缸，从执行机构的硬件上保证了制动优先的功能。

（3）柱塞泵和蓄能器之间的单向阀。当ABS减压时，制动液能够通过该单向阀进入柱塞泵。当ESP主动增压时，主缸的制动液通过吸人阀进入柱塞泵，单向阀能够阻止制动液进入蓄能器。