ESP液壓執(zhí)行單元關(guān)鍵零部件功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ESP的液壓工作原理如圖7-10所示，制動(dòng)系統(tǒng)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(duì)稱布置的兩個(gè)柱塞泵由同一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這四個(gè)車輪的壓力控制。ESP的液壓組成主要包括12個(gè)電磁閥（閥l~ 12），其中6個(gè)是常開閥（閥l、閥2、閥5—8），6個(gè)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(tǒng)壓力，采用的是溢流閥的結(jié)構(gòu)，隨著高速開關(guān)閥的高頻PWM控制的介入，限壓閥的結(jié)構(gòu)也和增壓閥一樣，采用高速開關(guān)閥。通過這1 2個(gè)電磁閥的不同組合，即可實(shí)現(xiàn)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(shí)是使得制動(dòng)液回流，因此在ABS中也常常稱為回油泵；在TCS、ESP功能時(shí)是動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(dòng)，蓄能器的功能還包括在ABS減壓功能時(shí)，暫時(shí)儲(chǔ)存從輪缸回流的制動(dòng)液，達(dá)到迅速降低輪缸壓力的作用。除此之外，還有電動(dòng)機(jī)、單向閥和壓力傳感器，分別起到動(dòng)力輸出、控制液壓管路流動(dòng)方向和檢測(cè)壓力的作用。具體而言，在ESP工作時(shí)，根據(jù)ABS、TCS和AYC功能的不同要求，ESP液壓執(zhí)行單元的各個(gè)零部件的動(dòng)作方式也有所不同。

當(dāng)駕駛?cè)颂は轮苿?dòng)踏板，ESP進(jìn)入ABS功能時(shí)，在增壓階段，各個(gè)電磁閥均保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，制動(dòng)液通過主缸，經(jīng)過限壓閥、增壓閥直接進(jìn)入到各個(gè)輪缸。在這個(gè)階段，由于動(dòng)力源來自于駕駛?cè)耍鞲椎膲毫^大，為了限制輪缸的壓力增長(zhǎng)過快，導(dǎo)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(shè)計(jì)功能在于控制限壓閥和增壓閥的節(jié)流孔徑，從而限制輪缸的壓力增長(zhǎng)速度。當(dāng)ABS功能需要壓力保持時(shí)，將增壓閥通電，使得增壓閥關(guān)閉，這時(shí)輪缸和主缸之間的液壓回路完全被隔斷，輪缸內(nèi)的壓力也就保持一定。在保壓階段，為了保證輪缸內(nèi)的壓力保持一定，必須實(shí)現(xiàn)電磁閥的關(guān)斷，因此在液壓設(shè)計(jì)中，電磁閥的密封性成為設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。當(dāng)車輪壓力過高，有抱死趨勢(shì)時(shí)，會(huì)要求車輪壓力降低，這時(shí)，將減壓閥通電打開，增壓閥通電關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)通電驅(qū)動(dòng)柱塞泵運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)液從輪缸經(jīng)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(fù)運(yùn)動(dòng)，將蓄能器中的制動(dòng)液泵回壓力較高的制動(dòng)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(dòng)主缸。減壓時(shí)的主要目標(biāo)是減壓速度迅速，同時(shí)在車輪中不存在殘余壓力。因此在設(shè)計(jì)中，首先必須保證蓄能器的容積能夠存儲(chǔ)兩個(gè)輪缸內(nèi)的所有制動(dòng)液，同時(shí)保證柱塞泵能夠把蓄能器中的所有制動(dòng)液也泵回制動(dòng)主缸，在輪缸和蓄能器中不存在殘余制動(dòng)液，導(dǎo)致殘余壓力。因此液壓設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是蓄能器的容積和柱塞泵的能力。

ESP主動(dòng)增壓階段。由于在這一過程中，駕駛?cè)瞬]有踏下制動(dòng)踏板，制動(dòng)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(shí)現(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)功能。因此在汽車主動(dòng)安全技術(shù)中，GCC、ACC等功能都要求汽車能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)制動(dòng)的功能，從而加以控制，因此這一階段也成為ESP液壓執(zhí)行單元設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。當(dāng)ESP進(jìn)行主動(dòng)增壓的時(shí)候，液壓工作原理如圖7- 11所示。在該圖中，液壓制動(dòng)回路為X形布置，進(jìn)行主動(dòng)增壓的車輪，圖中為左后輪，這一回路的增壓閥（閥8）保持?jǐn)嚯姶蜷_狀態(tài)，X形回路中同側(cè)的另外一個(gè)車輪（右前輪）的增壓閥（閥7）通電關(guān)閉，左后／右前輪一側(cè)的限壓閥（閥2）通電關(guān)閉，吸入閥（閥4）通電打開，X形回路另一側(cè)的限壓閥（閥1）通電關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)通電驅(qū)動(dòng)柱塞泵（泵2）工作。制動(dòng)液從主缸一吸入閥一柱塞泵一增壓閥一輪缸，從而實(shí)現(xiàn)右后輪內(nèi)的壓力增長(zhǎng)。由于目前的ESP液壓執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)沒有預(yù)壓泵結(jié)構(gòu)，因此主動(dòng)建立壓力的關(guān)鍵在于柱塞泵的性能以及吸入閥的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性。

當(dāng)主動(dòng)增壓的壓力增長(zhǎng)到一定程度之后，需要對(duì)車輪的壓力進(jìn)行保持，進(jìn)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(cè)的限壓閥（閥1、閥2）通電關(guān)閉，吸人閥（閥4）斷電關(guān)閉，使得主缸和輪缸之間的液壓回路完全切斷，車輪內(nèi)的壓力保持不變。值得注意的是，電動(dòng)機(jī)在保壓階段，仍然處于通電狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)柱塞泵往返運(yùn)動(dòng)，但是由于柱塞泵入口和制動(dòng)主缸的液壓回路，已經(jīng)被吸入閥隔離，因此，即使柱塞泵在工作狀態(tài)，但是由于無(wú)法吸入制動(dòng)液，所以柱塞泵出口的壓力也不會(huì)提高，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的壓力保持。

當(dāng)主動(dòng)增壓的壓力需要減少時(shí)，進(jìn)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?jǐn)嚯姵跏紶顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)也斷電不再驅(qū)動(dòng)柱塞泵工作。此時(shí)，由于制動(dòng)踏板并沒有踩下，制動(dòng)主缸不存在壓力，輪缸的壓力高于制動(dòng)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(shí)現(xiàn)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(shí)，需要利用柱塞泵的回流功能，將制動(dòng)液從輪缸泵回主缸。這是由于ABS工作時(shí)，制動(dòng)踏板已經(jīng)踩下，制動(dòng)主缸存在制動(dòng)壓力，而且是不低于制動(dòng)輪缸的壓力，因此在壓力的作用下，制動(dòng)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(shí)，由于輪缸壓力高于主缸壓力，制動(dòng)液會(huì)從
輪缸直接回流到制動(dòng)主缸，因此，將所有電磁閥斷電可實(shí)現(xiàn)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(lián)的單向閥，在機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(lián)的單向閥。在ABS工作的后階段，駕駛?cè)诵冻ぐ辶r(shí)，為了盡快增加輪缸壓力的降低速度，通過這個(gè)單向閥實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輔助回流液壓回路。也就是說，一方面，制動(dòng)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(lián)的單向閥便會(huì)打開，制動(dòng)液通過單向閥直接回流到主缸。

（2）與限壓閥并聯(lián)的單向閥。一方面，在ABS工作，駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板時(shí)，由于制動(dòng)液通過限壓閥、增壓閥進(jìn)入輪缸，限壓閥并聯(lián)的單向閥會(huì)在主缸壓力下打開，有利于制動(dòng)液通過限壓閥，使得限壓閥孑L徑大小對(duì)ABS的增壓速度影響減弱，這樣只需要調(diào)整增壓閥的孔徑即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)通電關(guān)閉，但若駕駛?cè)瞬认轮苿?dòng)踏板，產(chǎn)生主缸壓力，該單向閥會(huì)在主缸壓力下打開，制動(dòng)液進(jìn)入輪缸，從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件上保證了制動(dòng)優(yōu)先的功能。

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