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技师论文--奔驰轿车ESP的控制结构与维修


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本论文阐述了奔驰 S350 电子稳定系统(ESP)的控制结构基本工 作原理,以及在车辆上的具体安装位置,阐述了各组成部件的基本功 能,及其常用检测、维修方法。

关键词:奔驰 S350

电子稳定系统

结构 维修

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ESP 是 Electronic stability program 英文的缩写,中文译为 电子稳定程序,由德国博世(BOSCH)和梅赛德斯—奔驰(MERCEDES —BENZ)公司联合研制。不同公司有不同的称谓,BMW 称其为 DSC, 丰田称其为 VSC,但原理和作用基本相同。这一种系统是在制动防抱 死系统( ABS ) 、电子制动力分配系统( EBD )和牵引力控制系统 (ASR/TCS)上发展起来的,也是它们功能的扩展。 ESP 系统由控制单元、转向传感器(监测方向盘的转动角度) 、 车轮转速传感器 (监测各个车轮的速度转动) 、 横摆角速度传感器 (监 测汽车绕垂直轴线的转动) 、侧向加速度传感器(监测汽车转弯时的 离心力)等组成。有 ESP 与只有 ABS 及 ASR 的汽车,他们的差别在于 ABS 及 ASR 只能对车辆的失控被动地做出反映,而 ESP 则能够主动探 测和分析车况,及时对制动器、发动机、变速器进行干预,从而纠正 错误的驾驶。 汽车电子稳定性控制系统 ESP 与 ABS 和 ASR 系统的区别如表所 示,从表中可以看出,汽车电子稳定装置需要更多的传感器,并且对 执行机构的要求很高,其功能也是 ABS/ASR 无法比拟的。可以说 ESP 系统的出现,极大地改善了汽车在过程中的安全性和操作性。也可以 说 ESP 绝对是车辆主动安全系统的终极。 目前能生产 ESP 系统的主要有德国博士、日本电装、美国天合、 韩国万都等少数几家公司。其中博士占了较大份额。 目前欧洲新车装配率达到 50%, 中国只有 5%, 不过现在正在增加。
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ESP 在豪华车上成为标配, 在中级上基本有, 经济车上也开始出现了, 例如奇瑞 A3。同时 ESP 也向商用车、工程车和公共汽车普及。

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一、奔驰 S350

ESP 系统的结构组成

1.1

电子控制单元 ECU

电子控制单元是 ABS-TCS/ESP 系统的呼叫中心, 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型信 号有:蓄电池电压、车轮转速、方向盘转角、横向偏摆率以及点火开 关接通、停车灯开关、串行数据通性电路等信号。根据所接受的输入 信号,电子控制单元向液压调节器、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的控制信号。
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当点火开关接通时,电子控制单元会进行自检,以监测查明 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 15km/h 时,初始化程序启动, 此时会感觉到程序在运行,这属于系统的正常操作。在执行初始化程 序时中,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总机,以检查各部件是否正常工作。如果泵或者 任何电磁阀无法正常工作,电子控制单元会设置一个故障诊断码。当 车速超过 15km/h 时,电子控制单元会将输入和输出逻辑信号与电子 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。如果有任何输入或者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。 1.2 液压调节器总成

液压调节器是汽车稳定性控制的主要执行机构,其基本结构与 ABS/ASR 液压调节器相似,只是为了提高响应速度,汽车 ESP 控制系 统的液压调节器比 ABS/ASR 液压调节器多了预压泵和压力生成器。
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1.3

轮速度传感器

轮速传感器是一种电磁式传感器,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。 左前和右前轮毂装有车速传感 器和一个 48 齿的磁脉冲环。

1.4

ESP 开关

电子稳定程序开关位于地板控制台上。该开关是一个瞬间接触开 关,按一下 ESP 开关,程序关闭。关闭时 ABS—TCS 系统仍能工作。 按下 ESP 开关超过 60 秒被视为短路,电脑会记录故障诊断码。

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1.5

方向盘转角传感器 该传感器位于方向盘下面。测量方向盘转动角度。如图所示,

由于 2 只测量齿伦的齿数不同,故产生不同相位的连个转角信号,即 能产生一个正负 760 度方向盘转角输出信号, 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 横摆率传感器信号的比较, 确定车辆实际行驶轨迹与驾驶员要求是否 一致,从而确定控制目标。

1.6

横摆率传感器

横摆率传感器位于仪表板中央控制台下部。 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; 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
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电压。ESP 控制单元利用这两个信号,计算出车辆的行驶状态,再结 合其他数据确定控制目标。

1.7 1.7.1

电子稳定程序工作过程 克服转向不足的操作

转向不足如图所示, 方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个 驾驶员想要朝方向“A”转向的信号,横向偏摆率传感器检测到车辆 开始打转“B” ,同时车辆前端开始像方向“C”滑移,说明车辆出现 转向不足,电子稳定程序利用 ABS—TCS 系统中已有的制动系统控制 功能,对左后轮进行制动干预,此刻,由于左后轮被制动,而车子的 重心因惯性作用继续向前运动,于是车子就只有以左后轮为支点,绕 着他旋转,这样一来,车子就朝方向“A”转动,即驾驶员想要的方 向。转向不足的缺陷就被克服。

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1.7.2

转向过度的操作

转向过度如图所示, 方向盘转角传感器向电子控制单元发送一个 驾驶员想要朝方向“A”转向的信号,横向偏摆率传感器检测到车辆 开始打转“B” ,同时车辆后端开始向方向“C”滑移。说明车辆转向 过度,电子稳定程序理由 ABS—TCS 系统的制动控制功能,对右后轮 进行制动干预,此刻由于右后轮被制动,而车子的重心因惯性作用继 续向前运动,于是车子就只有以右后轮为支点,绕着它旋转,这样一 来,车子就朝方向“A”转动,即朝向驾驶员想要的方向转向。转向 过度的操作就被克服。

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二、奔驰轿车 S350ESP 的维修 2.1 2.1.1 电子控制系统的维修 自诊断

电子控制系统出现故障后,控制单元可记忆相应否认故障码。用 奔驰公司故障诊断仪 STAR 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 STAR2000 为菜单提示操作,这些功能按 STAR2000 屏幕的提示操作即可完成。在对 ABS-TCS/ESP 进行检修之 前,因先排除常规制动系统故障。 2.1.2 制动器排气程序

在执行 ABS-TCS/ESP 制动器排气之前, 必须完成常规的制动系统排 气程序。具体步骤是: 1) 连接 STAR2000,启动发动机并怠速运行; 2) 执行“STAR2000 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)断开 STAR2000; 4) 加注规定的制动液,至制动总泵储液罐最高液位; 5) 执行另一常规制动器排气操作; 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, 如果感觉制动踏板软绵。 重复 ABS-TCS/ESP 制动器排气操作;
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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否存在外部或内部泄漏; 9) 发动机熄火,并且不使用制动器,然后接通点火开关,如果驻 车制动器/制动器故障只是灯保持启亮,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 制动排气操作,直到制动踏板感觉 坚实。 11) 2.2 检查 ABS-TCS/ESP 系统的操作。 方向盘转角传感器的校准

电子控制单元检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,如果电子控制单元检测到方向盘转角传感器向偏离正前方 向,如果偏离度等于或小于 15 度,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 STAR2000 重新校准,具体操 作步骤是: 1) 2) 路试车辆并记录车辆笔直向前行驶时的方向盘位置; 将 STAR 连接到车辆上,并执行“STAR2000 方向盘转角传

感器校准程序”中的指示; 3) 2.3 检查 ABS-TCS/ESP 系统的操作。 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,如图所示,在保修期内, 不要拆解电子控制单元和液压总成。
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2.4

车轮转速传感器的检查

奔驰轿车 4 个车轮转速传感器均为电磁式传感器, 传感器气隙不 可调。检查车轮转速传感器时,可用万用表测量传感器阻值,也可用 示波器检测传感器的输出波形。温度在 20 摄氏度时,传感器的电阻 正常值为 1.3~1.8 千欧。 2.5 ESP 开关的检查

ESP 开关的端子视图及检查方法见图。可使用万用表测量 ESP 开 关端子间的电阻,以判断其好坏。

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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 之间是照明电阻。如果测量结果不在规格范围内,则更换 ESP 开关。

三、电子稳定程序(ESP)典型故障案例分析 当电子稳定程序(ESP)发生故障时,汽车仪表盘上的 ESP 警告灯 就会点亮。我们根据这一提示对汽车 ESP 的程序进行检测。 我们可用奔驰轿车专用解码器 STAR DIAGNOSIS,首先对汽车进 行全车检查, 以防是车上的其他的电子设备的不能正常工作的情况下 影响到 ESP 的工作状况。排除这一可能后,读取 ESP 系统故障码,并 进行消码,因为在 ESP 的工作中,有可能存在以前发生过的故障会通 过类似于记忆的方式保存于汽车电脑中这一情况。 在我们做完上面的前期工作后,ESP 的警告灯仍然亮着,那说明 问题出在 ESP 这一程序的内部装置中。接下来我们要做的就是根据 STAR DIAGNOSIS 的指引一步一步的读取故障码,分析可能单独或者 并立存在故障的情况,来达到解除实体故障的目的。 3.1 典型故障案例一

这是一部老款的奔驰 S350 轿车,行驶里程为 59000km。故障现 象是 ESP 指示灯常亮。 该车的 ESP 配置与现有的奔驰 E 级轿车装备的 ESP 是一样的。 启 动汽车,接通电脑,读取故障代码。查明是左前轮速传感器短路的故 障代码。
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在表明了具体故障位置后, 接下来, 就需要我们人工排除故障了。 轮速传感器不能正常工作的原因有三: 1. 2. 3. 传感器接头损坏或没接好 传感器线路被腐蚀或短路 传感器本身存在硬件老化或损坏问题

使用万用表检查左前轮速传感器电阻值为 0.7 欧姆 (传感器的电 阻正常值为 1.3~1.8 千欧/20℃) ,检视左前轮速传感器连接线束, 发现线束已多处老化破损,内部导线已互相短接在一起。 由于该车使用年限较长, 左前轮速传感器的连接导线绝缘层严重 老化开裂,已无修复价值,更换新的左前轮速传感器,故障排除。 3.2 典型故障案例二

一辆 2000 年款奔驰 ML500 越野车, 行驶里程8万 km。 行驶中 仪表板上的 ESP(电子稳定控制系统) 、ETC(循迹控制系统)以及 ABS(制动防抱死系统)3个仪表灯全部点亮。该车已经别的修理厂 进行过检查, 维修人员检查后认为是 ESP 系统的问题, 需要更换 ESP 泵、横向加速度传感器以及偏移率传感器。车主认为维修价格过高, 于是到笔者所在的修理厂检查。 笔者接车后,首先用故障诊断仪 STAR 进行检查,查询 ESP 系 统后得到1个故障码 C1402,含义为“高压回流泵故障”。根据维修经 验,出现这个故障码的可能部位有 ESP 泵、ESP 控制单元以及相关 电路。经车主要求,维修人员使用另一辆车上的 ESP 泵进行了替换 试验,清除故障码后进行路试,只行驶了很短的距离仪表板上的 ETS
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灯就点亮了,调取故障码还是 C1402,这说明不是 ESP 泵的问题。奔 驰 ML500 的 ESP 控制单元位于发动机舱内的熔丝盒内,紧靠着发动 机控制单元,为了排除故障,我们又将两车的 ESP 控制单元进行了 对调。由于更换了 ESP 控制单元,所以先用故障诊断仪对控制单元 进行了编码,并激活了驾驶测试,进行路试时发现 ETS 灯仍然会在 起步时亮起,而 ABS 灯却在起动后常亮了!调取故障码,除了故障 码 C1402 之外又增加了1个故障码 C1200, 含义为“驾驶测试被激活”, 原来是进行完驾驶测试激活后没有退出。故障码 C1200 用故障诊断 仪无法清除,于是笔者继续进行试车。正在一筹莫展时,仪表板上的 ESP、ETS 以及 ABS 灯全都熄灭了,这是怎么回事呢?是故障排除 了吗?将发动机熄火后再打开点火开关, 笔者发现仪表板上的故障灯 全都不亮了,关掉点火开关,等待几分钟后再打开点火开关,故障灯 又全部点亮了。再仔细观察各个仪表的显示,里程表不显示公里数, 燃油表指针转了 300 多度,转速表指针也不正常!这使笔者很惊讶, 难道是更换 ESP 控制单元后烧毁了仪表,还是使仪表程序发生了紊 乱?但是这两者之间显然没有必然的联系。 为了使仪表指示恢复正常,维修人员进行了多次通、断电试验, 但是没有效果。这时车主突然反映这辆车的仪表曾经调校过,而且在 第1次调表时没有调好,安装后燃油表指示就不正常,后来又重新调 校了一次,燃油表指示才恢复正常。听到这种情况,笔者决定重新进 行仪表调校。找到仪表备份数据,使用编程器重新写入一遍程序后, 各个仪表的指示都恢复正常。
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经过上面的检修过程,基本上可以排除 ESP 泵和 ESP 控制单元 的问题。笔者找到 ESP 系统电路图,发现 ESP 泵A7/3中的高压回 流泵 M1 上只有2根连接线,1根线在左前照灯附近搭铁(W9) , 另1根是由 K25 继电器控制。K25 继电器有5个脚(4号脚空) ,1 号脚和2号脚分别连接到 ESP 控制单元 N47 的 10 号脚和 12 号脚。 而5号脚则分2条线,1条线连接到 ESP 控制单元 N47 的 11 号脚, 另1条线连接到 M1高压回流泵, 3号脚则连接常正电源线。 笔者仔 细检查了 ESP 泵和 ESP 控制单元上的线束插头, 并测量了相关线路, 但没有发现问题。因为继电器 K25 在 ESP 控制单元和 M1高压回流 泵的线路之间起着重要的连接作用,于是将 K25 继电器进行了替换, 在进行路试的过程中,ETS 灯和 ESP 灯不再点亮,故障码 C1402 也 没有再出现,看来故障点确实在于继电器 K25。接下来需要解决被故 障诊断仪 STAR 激活的驾驶测试引起的 ABS 灯常亮的问题。 按照故障诊断仪 STAR 上的提示, 在拔掉诊断插头后进行一段距 离的行驶就会关闭被激活的驾驶测试,但是我们行驶了很长的距离 ABS 灯仍然没有熄灭。在奔驰的 WIS 中找到关于驾驶测试的说明, 按照说明的规定进行行驶,ABS 灯自动熄灭了,到此故障彻底排除。 为了方便维修人员,现将奔驰ML车系的路试标准说明如下。 (1)奔驰ML车系在更换 ESP 控制单元、横向加速度传感器 或偏移率传感器后,必须进行标定,并进行路试学习。 ( 2 ) 激 活 测 试 : 用 故 障 诊 断 仪 STAR 进 入

CONTROLUNITADAPTION (控制单元匹配)中的 DRIVINGTEST
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(驾驶测试) ,进行初始化路试。 注意:此时无论点火开关位于“ON”还是“OFF”,路试程序都将被 激活,并且会储存故障码 C1200 ,以说明驾驶测试被激活( ROAD TEST ACTIVE) ,此故障码无法用故障诊断仪清除,只有路试成功后 才会自动清除。 (3)动态测试:驾驶车辆以5~25km/h 速度向前行驶,几 分钟后,向左或向右匀速地转弯使车辆做圆周运动(转向角度不能大 于360° ) 。

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以往本人只是对电子稳定程序 ESP 的子系统 ABS 和 TCS 等系统比 较了解,通过撰写本论文,查阅了大量的资料,结合工作中遇到的实 际维修案例,对 ESP 的结构、工作原理以及各部件的维修和检测有了 深刻的了解。同时感到了汽车技术不断的革新,未来我所从事的汽车 修理道路还需不断的学习,这样才能不被时代所淘汰。

参考文献: 1、顾柏良 《BOSCH 汽车工程手册》(第 2 版)北京:北京理工大学 出版社 2004 2、王绍銧, 夏群生, 李建秋.《汽车电子学》(第 1 版)北京:清华大学 出版社 2005 3、奔驰 S350 轿车维修手册

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