ESP電子車(chē)身穩定系統模擬設計

摘要：為了演示ESP在提高汽車(chē)操縱穩定性方面的作用，結合電子專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識，通過(guò)設計電路圖以及對電路圖的仿真，并應用相關(guān)電手元器件，在玩具小車(chē)上模擬ESP的預險警示爭主動(dòng)控制功能，實(shí)物運行效果良好。該設計思路和方法推廣應用可使更多學(xué)生受益。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)主動(dòng)安全；ESP；模擬仿真設計；加速度傳感器

0 引言
ESP(Electronic Stability Program)是一種主動(dòng)的智能安全系統，通過(guò)高度靈敏的傳感器時(shí)刻監測汽車(chē)的行駛狀態(tài)，及時(shí)識別危險情況，使汽車(chē)恢復行使的穩定。ESP系統最早由德國博世(BOSCH)公司于1997年研制成功，該公司的統計表明ESP在汽車(chē)上的應用使乘用車(chē)的交通事故率降低了20％～50％。近年來(lái)ESP在行車(chē)方面的卓越功效越來(lái)越得到人們的認可，世界范圍內新車(chē)的ESP裝配率顯著(zhù)的提高，根據德國博世公司的統計，2005年德國新車(chē)ESP裝配率約為72％，西歐的新車(chē)平均裝配率約為44％，北美約為21％，日本約為15％，在2006年，我們國內的ESP的裝配率只有3％，遠遠低于歐美地區。而在2012年的今天，國內車(chē)輛的ESP裝備情況仍然不容樂(lè )觀(guān)，只有18％，僅達到韓國2006年的水平。相比于國外，國內汽車(chē)行業(yè)對汽車(chē)動(dòng)力學(xué)穩定性控制的研究起步較晚，國內ESP的裝配率還比較低，由于科學(xué)技術(shù)水平的差距，大多數學(xué)者對ESP的研究也只是停留理論研究和模擬仿真解決ESP系統的設計中所具體遇到的問(wèn)題。同樣，這部分市場(chǎng)也完全掌握在外資企業(yè)手中，國內企業(yè)幾乎無(wú)法涉足，所以，要努力攻克ESP設計的理論與關(guān)鍵技術(shù)，對提高國產(chǎn)汽車(chē)的自主開(kāi)發(fā)能力、縮短與發(fā)達國家的差距具有重要的現實(shí)意義。
本文正是基于ESP電子車(chē)身穩定系統的原理，結合電子專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識，通過(guò)設計電路圖以及對電路圖的仿真，從理論上達到了ESP系統警示駕駛員和主動(dòng)制動(dòng)汽車(chē)的目的，并且應用相關(guān)電子元器件，在玩具小車(chē)上模擬ESP系統的預險警示和主動(dòng)控制功能。該設計演示了ESP在提高汽車(chē)操縱穩定性方面的作用。

1 ESP控制汽車(chē)運動(dòng)流程
ESP電子車(chē)身穩定系統是一種提高車(chē)輛曲線(xiàn)行駛穩定性的主動(dòng)安全系統。當出現異常情況時(shí)，ESP會(huì )根據實(shí)際情況作出反應，而不是盲目地服從于駕駛員，使汽車(chē)行駛安全性大大提高。ESP電腦計算出保持車(chē)身穩定的理論值，與偏轉率傳感器和橫向加速度傳感器測的的數據進(jìn)行比較，發(fā)出平衡糾偏指令，使汽車(chē)回到預定的軌道行駛，保持車(chē)輛正常行駛系統控制流程如圖1所示。

基本控制程序如下所述：
(1)汽車(chē)在正常行駛狀態(tài)下，ESP控制單元(圖中的ECU模塊)接受來(lái)自轉向盤(pán)角度傳感器和輪速傳感器的信號，經(jīng)過(guò)計算和監測，獲知駕駛員操縱汽車(chē)穩定行駛的方向信息，并儲存這些數據。
(2)ESP控制單元ECU同時(shí)接收來(lái)自橫擺角速度傳感器和橫向加速度傳感器的信號，經(jīng)過(guò)計算，獲取實(shí)際車(chē)輛行駛的狀態(tài)。并將數據和(1)中監測的數據進(jìn)行對比，判斷汽車(chē)此時(shí)是否處于穩定行駛狀態(tài)(駕駛員對汽車(chē)操控行駛的方向信息和穩定行駛的方向信息對比一致則為汽車(chē)穩定行駛狀態(tài))。
(3)經(jīng)過(guò)對比，如若兩者信息一致，則ESP控制單元判斷汽車(chē)此時(shí)處于安全行駛的穩定狀態(tài)，ESP系統處于待命狀態(tài)。如若兩者信息不一致，ESP控制單元判斷汽車(chē)此時(shí)處于非穩定行駛狀態(tài)，ESP控制單元下達控制命令到執行器(液壓調節單元)，通過(guò)對發(fā)動(dòng)機的干涉，利用液壓執行器對每個(gè)車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)，及時(shí)糾正車(chē)輛的不穩定行駛狀態(tài)，確保人身安全。

2 ESP電子車(chē)身穗定系統的模擬設計
2．1 模擬設計的思路及原理分析
根據ESP電子車(chē)身穩定系統的原理，ESP最大的特點(diǎn)在于它的主動(dòng)性，能夠在發(fā)生危險時(shí)及時(shí)提醒駕駛員，起到事先提醒的作用。圖2為預警功能模塊電路板的設計流程圖，通過(guò)加速度傳感器的取值和預先設定的電壓值(模擬實(shí)際ESP系統電子控制單元的穩定值)進(jìn)行比較，根據實(shí)際模型小車(chē)的行駛情況，來(lái)判斷是向左加速還是向右加速，從而通過(guò)指示燈的亮滅給駕駛員發(fā)出警告，車(chē)輛出現的不穩定行駛狀態(tài)。