第十三代新皇冠车辆动态综合管理(VDIM)系统解析:车辆综合管理

　　近年来，随着汽车行驶速度的提高及道路行车密度的增大，汽车的主动安全性受到了各大汽车制造厂商的高度重视。汽车主动安全性是根据汽车理论对汽车内部的结构、装置，进行合理、有效地设计，来主动预防事故的发生。丰田汽车公司用在高端车型上的VDIM(Vehicle Dynamics Integ rated Management－车辆动态综合管理)系统，就是车辆主动安全性装置的一个技术亮点，目前该系统已经装备－汽丰田生产的第十三代新皇冠。VDIM系统是整合了过去常规型车辆的防抱死制动控制(ABS)、电子制动力分配控制(EBD)、斜坡起步辅助控制(HAC)、制动辅助控制(BA)、牵引力控制(TRC)、车辆稳定性控制(VSC)加上转向协同控制－动力转向(EPS)和可变传动比转向控制(VGRS)，上述各功能平滑控制，协同运行的车辆动态综合管理系统。如图1所示。它使车辆行驶、转弯、停止等基本运动性能迈上了一个更高的台阶，达到了人车一体的境界。
　　
　　一、车辆动态管理(VDIM)系统概述
　　
　　车辆在起步、行驶、转弯和停止时，由于轮胎抓地力的影响和驾驶员操纵方向盘不当，会引起车辆的纵向侧滑和横向侧滑。车辆动态管理就是通过对发动机输出扭矩控制和制动性能控制，结合转向协同控制，在车辆发生纵向和横向侧滑，车姿出现不稳定前，进行预调节，及时消除车辆不稳定状态，从而提高了车辆在各种行驶状态下的主动安全性，如图2所示。
　　
　　1　转向协同控制(EPS&VGRS)：动力转向ECU总成和转向控制ECU协同控制，根据车辆工作状态，提供转向辅助。
　　2　防抱死制动系统(ABS)：车辆紧急制动或在附着力低的道路上制动，ABS有助于防止车轮抱死而滑移。
　　3　电子制动力分配(EBD)：EBD控制是利用ABS，根据车辆行驶状况在前后轮之间合理分配制动力。此外，在转弯制动时，它还控制左右车轮的制动力，以帮助稳定车辆的行驶。
　　4　制动辅助(BA)：制动辅助的主要作用是在紧急制动期间，驾驶员踩制动踏板的力量不够，无法产生较大的制动力时为驾驶员提供辅助制动力，以确保车辆制动性能。
　　5　牵引力控制(TRC)：车辆在光滑的路面上起步或加速，该控制功能有助于防止因驾驶员过度踩下加速踏板引起驱动轮打滑的现象。
　　6　车辆稳定控制(VSC)：车辆转弯期间，如果出现严重的转向不足或转向过度时，该功能有助于防止车辆侧滑。
　　7　斜坡起步辅助控制(HAC)：车辆在陡峭或打滑的山坡上起步时，斜坡起步辅助控制检测到车辆向后的移动状况，执行车轮制动，防止车辆倒退。
　　8　紧急制动灯控制：紧急制动时，紧急制动灯控制使制动灯闪烁，以警告尾随车辆的驾驶员。
　　
　　
　　二、车辆动态管理(VDIM)系统主要零部件及功能
　　
　　VDIM系统组成如图3所示，零部件功能如表1所示。
　　
　　三、车辆动态管理(VDIM)系统中协同转向控制原理
　　
　　1　前轮打滑控制
　　(1)车辆在较高行驶速度状态下转弯，由于驾驶员过度转动方向盘，会使前轮失去抓地能力，发生越过度转动方向盘，前轮侧滑越严重。以使车辆不按照正常向右轨迹转弯(转向不足)，为防止上述现象的发生。
　　(2)防滑控制ECU通过检测到车辆的转向角传感器、车速传感器、横摆率和加速度传感器的信号，计算出目标横摆率和实际横摆率间差异来制定前轮打滑的状态。车辆的实际横摆率小于驾驶员操纵方向盘所产生的目标横摆率(由车速和方向盘转向角制定)，表示车辆将以大于目标行驶轨迹的角度转向。因此，防滑ECU判定前轮打滑趋势增大。
　　
　　(3)防滑控制ECU根据前轮打滑趋势的程度采取对策，在不带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU会请求ECM采取降低发动机输出扭矩，向两个后轮施加制动来降低车速。并且，同时向处于外侧的前轮施加制动和通过动力转向EPS ECU，增大向右操纵方向盘的阻力，防止前轮继续打滑。在带VGRS系统车辆上，防滑控制ECU除了采取上述措施外，还会协同转向控制ECU增大转向机构传动比，以限制前轮的转向角。动力转向EPS ECU会在方向盘的回转方向上产生辅助扭矩，这样可以控制驾驶员的转向操控来稳定车姿。前轮打滑控制如图4所示。
　　
　　2　后轮打滑控制
　　(1)车辆在行驶转弯过程中，如果后轮失去抓地能力，会使车辆超出转弯轨迹(转向过度)，为防止上述现象发生。
　　(2)防滑控制ECU通过检测到的转向角传感器、车速传感器、横摆率和加速度传感器的信号，计算出车辆打滑角度和车辆侧偏角速度(单位时间车辆打滑角度的变化率)的值来判定后轮打滑的状态。车辆打滑角度大且侧偏角速度过大时，防滑控制ECU判定后轮打滑趋势增大。
　　(3)防滑控制ECU根据后轮打滑趋势的程度采取对策。在不带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU会请求ECM采取降低发动机输出扭矩，对转向外侧的前轮和后轮施加制动，使车辆产生向外的惯性力矩以帮助抑制后轮打滑趋势。同时，动力转向EPS ECU协同控制以提高反向辅助力矩，方便驾驶员进行转向操控来适当校正因后轮打滑引起的转向过度。在带VGRS车辆上，防滑控制ECU除了采取上述措施外。根据后轮打滑的程度，协同转向控制ECU使转向执行器总成调整转向传动比，以控制前轮转向角稳定车姿。后轮打滑控制如图5所示。
　　
　　
　　3　车辆左右车轮在摩擦系数差异较大的路面上紧急制动控制
　　(1)如果左右车轮在摩擦系数差异较大的路面上实施紧急制动，左右车轮间的制动效果差异会产生横摆力矩，导致车辆甩尾。在这种状况发生时，不带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU会启动VSC控制和动力转向控制协同运行，对左右车轮施加不同的制动及转向辅助力矩。方便驾驶员进行转向操控来稳定车姿。
　　(2)带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU除采取上述措施外，协同转向控制ECU使转向执行总成输出合适的转向传动比，控制前轮转向角，以稳定车姿，修正甩尾现象。车轮在摩擦系数差异较大的路面上紧急制动控制如图6所示。
　　
　　4　左右轮在摩擦系数差异较大的路而上突然起步或加速控制
　　(1)如果车辆左右轮在摩擦系数差异较大的路面上突然起步或加速，导致驱动轮打滑，引起车姿不稳，并会对加速性能产生负面影响。在这种状况发生时，不带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU会启动TRC控制和动力转向控制协同运行，对打滑的驱动轮实施制动及转向辅助力矩，方便驾驶员进行转向控制来稳定车姿。同时，防滑控制ECU请求ECM实施发动机输出扭矩控制，使加速效果得到改善。
　　(2)在带VGRS系统的车辆上，防滑控制ECU除了采取上述措施外，协同转向控制ECU使转向执行器总成输出合适的转向 传动比，控制前轮转向角以稳定车姿。车轮在摩擦系数差异较大的路面上突然起步或加速控制如图7所示。
　　
　　四、VDIM系统故障诊断及校准
　　
　　如果防滑控制ECU检测到VDIM系统发生控制故障时，防滑控制ECU启动失效保护模式运行。并且ABS警告灯、制动警告灯、打滑指示灯和主警告灯都会亮起。通过故障码检查方法，观察ABS警告灯闪烁模式读取故障码或从多信息显示屏上读取故障码。
　　
　　1　VDIM系统失效保护
　　(1)如果输入防滑控制的各种传感器信号或制动执行器系统发生故障，则防滑控制ECU将禁止向制动执行器供电，并通过CAN总线向ECM发出VSC系统故障的信息。
　　(2)制动执行器停止电磁阀工作。ECM根据来自防滑控制ECU的信号，使VSC系统请求ECM调节发动机扭矩功能停止运行。然后车辆按照与未配备ABS、TRC和VSC系统的车辆相似的方式运行。
　　(3)ABS控制禁用，但EBD控制继续，直至无法运行该控制。如果EBD控制不能运行，则制动警告灯亮起以警告驾驶员。
　　(4)如果VSC开始前，VSC系统零件发生故障，则VSC系统停止工作。如果VSC工作时，系统零件发生故障，则系统将逐渐停止工作，以免引起车辆稳定性发生骤变。如果VSC控制不能进行，则警告灯将亮起以告知驾驶员系统控制已终止。
　　(5)在带多信息显示屏的车辆，如果EBD系统、BA系统或TRC系统有故障或ABS控制、VSC控制无法执行，则主警告灯亮起的同时，多信息显示屏上显示警告信息。
　　
　　2　VDIM系统故障码(DTC)检查
　　(1)用诊断连接线，连接DLC3的13号(TC)端子和4号(CG)端子，如图15所示。
　　(2)将点火开关置于ON(IG)位置。
　　(3)通过组合仪表中的ABS警告灯闪烁读取代码或读取多信息显示屏上输出的故障码。
　　
　　3　VDIM系统故障码(DTC)清除
　　(1)用诊断连接线，连接DLC3的13号(Tc)端子和4号(cG)端子。
　　(2)将发动机开关置于ON(1G)位置。
　　(3)5秒内踩下制动踏板8次或以上，清除存储在ECU中的故障码(DTC)。
　　(4)检查多信息显示屏和ABS警告灯未输出故障码(DTO)。
　　(5)从诊断插座(DL3)端子上拆下诊断连接线。
　　(6)不能通过断开蓄电池端子电缆或LH ECU－IG保险丝来清除故障码(DTC)。
　　(7)故障码检查／清除后，检查并确认将发动机开关置于ON(1G)位置约3秒钟内，ABS警告灯和打滑指示灯应熄灭。
　　
　　4　VDIM系统校准
　　在更换VSC相关零件或进行前轮定位调整后，需根据表2所示执行系统校正。
　　注意事项：只有在清除储存的系统信息后，才能存储新的系统信息。获取横摆率和加速度传感器零点时，车辆必须保持静止状态，不要振动、倾斜，不要启动发动机和移动车辆。确保车辆停止在坡度小于1°的水平路面上执行校准程序。
　　(1)清除零点校准数据和系统信息
　　①将发动机开关置于OFF位置。
　　②检查并确认方向盘置中。
　　③检查并确认换挡杆置于P。
　　④将发动机开关置于ON(IG)位置。
　　⑤ABS警告灯和打滑指示灯持续亮起3秒熄灭，指示初始检查完成。
　　⑥用诊断连接线，在8秒内连接和断开DLC3的12号(TS)端子和4号(CG)端子(如图15)4次或以上。
　　⑦检查并确认ABS警告灯亮起(闪烁)，并RVSC警告显示在多信息显示屏上。
　　⑧进入执行横摆率和加速度传感器零点校准程序。
　　(2)执行横摆率和加速传感器零点校准，并存储系统信息
　　①将发动机开关置于OFF位置。
　　②检查并确认方向盘置中。
　　⑧检查并确认换挡杆在P。
　　④用诊断连接线连接诊断插座(DLC3)的12号(TS)端子和4号(CG)端子。
　　⑤将发动机开关置于ON(IG)位置。
　　⑥在水平路面上保持车辆静止5秒或更长时间。
　　⑦通过检查多信息屏，确保VSC处于测试模式。通过检查并确认ABS警告灯闪烁(亮起0.125秒，熄灭0.125秒)，确保ABS处于测试模式。
　　⑧将发动机开关置于OFF位置，并从DLC3上断开诊断连接线。