一種ESP電子車(chē)身穩定系統地模擬設計

2．2．1 電壓放大模塊
在該設計的模塊中，由于實(shí)驗小車(chē)的本身的速度的局限性通過(guò)加速度傳感器采集到的電壓信號較弱，需要對電壓信號進(jìn)行放大。主要采用芯片LM324對模擬信號進(jìn)行放大，便于后面的電壓比較器處理。由于采用的加速度傳感器芯片的特殊性質(zhì)，在0 g或者靜止的情況下，輸出模擬電壓大概為1．2 V，經(jīng)過(guò)電壓放大模塊以后，電壓由原來(lái)的1．2 V放大到1．8 V左右。由圖3可以看出，采用同相比例電壓放大，由管腳1輸出來(lái)的電壓就是1．8 V，根據設計的原理圖，由反饋回路上的兩電阻比值得知，運算放大倍數為3倍，由于實(shí)際測試的時(shí)候LM324運算放大器采用3 V直流電源供電，所以同相比例放大器沒(méi)有按照理論上的3倍進(jìn)行放大，而僅僅放大了1．5倍，經(jīng)過(guò)放大的1．8 V的模擬電壓信號經(jīng)過(guò)濾波電路，接入到比較器的6管腳，與設定的電壓值進(jìn)行比較。
2．2．2 電壓比較器模塊
在電壓比較模塊中，選擇LM324芯片作為比較器，比較器正向輸入設定的電壓值，以此來(lái)模擬汽車(chē)在穩定行駛時(shí)的數據，實(shí)際小車(chē)測到的實(shí)驗數據接入比較器負向輸入。理想狀態(tài)下，當實(shí)際測得電壓值小于設定的電壓時(shí)，比較器邏輯出高電平，則根據電路原理圖可知，LED1不發(fā)光，而LED2發(fā)光，相反，如果實(shí)際測得電壓數據大于設定的理論值，則比較器邏輯出低電平，此時(shí)LED1燈發(fā)光而LED2燈不發(fā)光。通過(guò)LED的亮滅，來(lái)判斷此時(shí)小車(chē)是否是加速度過(guò)大，是否是穩定行駛的狀態(tài)。
在測試過(guò)程中，由于電壓比較器的供電電壓也是3 V的直流電源，所以模塊一經(jīng)上電，LED1就會(huì )點(diǎn)亮，表示電路工作正常，模擬實(shí)際汽車(chē)行駛的安全狀態(tài)，此時(shí)ESP不工作；當加速度傳感器感應到危險狀態(tài)，輸出模擬電壓較大電壓時(shí)，實(shí)驗小車(chē)不在預定的狀態(tài)行駛，此時(shí)LED2點(diǎn)亮，而LED1熄滅，LED2燈點(diǎn)亮發(fā)出警告此時(shí)小車(chē)處于不穩定行駛狀態(tài)，同時(shí)也預示，汽車(chē)的ESP系統要從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。在實(shí)際演示過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次試驗，設定的電壓值為1．8 V是比較合適的。
2．3 實(shí)驗制動(dòng)模塊的模擬設計
ESP電子車(chē)身穩定系統在工作時(shí)，當ECU接收到輪速傳感器傳來(lái)的信號時(shí)，電子控制單元就會(huì )下達相關(guān)指令到執行器一液壓調節器。液壓調節器通過(guò)控制各個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)回路，來(lái)主動(dòng)調節汽車(chē)行駛的不穩定狀態(tài)，及時(shí)糾正汽車(chē)的行駛方向，使汽車(chē)主動(dòng)回到預定的行駛軌道，保證行車(chē)安全。
2．3．1 制動(dòng)模塊模擬設計的原理分析
考慮到實(shí)驗小車(chē)的驅動(dòng)模塊已存在，無(wú)法對驅動(dòng)模塊進(jìn)行干涉，在模擬設計中，主要采用繼電器對小車(chē)的驅動(dòng)后輪電機進(jìn)行短暫的制動(dòng)，繼電器主要起轉換電路的作用，通過(guò)三極管NPN9013的導通與截止，來(lái)控制繼電器工作，當繼電器工作時(shí)，繼電器線(xiàn)圈有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，吸引繼電器內部銜鐵轉換電路，切斷后輪電機的工作回路，電機停止工作；短暫的時(shí)間后，繼電器斷電，內部開(kāi)關(guān)主動(dòng)回到原來(lái)的位置，小車(chē)繼續工作。
2．3．2 制動(dòng)模塊模擬設計的原理仿真圖
該設計模塊主要模擬ESP電子車(chē)身穩定系統在工作時(shí)，對汽車(chē)行駛狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)干涉效果。由圖4可知，當預險警示模塊得到邏輯高電平時(shí)，三極管基極得到高電平。此時(shí)三極管導通，繼電器線(xiàn)圈瞬間有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，吸合銜鐵，圖4中的繼電器內部開(kāi)關(guān)由靜觸點(diǎn)換擋到動(dòng)觸點(diǎn)，此時(shí)，電路導通，LED4燈點(diǎn)亮，表明有信號輸入，且信號為高電平。

在實(shí)驗過(guò)程中，無(wú)法動(dòng)態(tài)測試實(shí)驗小車(chē)制動(dòng)模塊的電壓，只能通過(guò)繼電器的轉換電路功能來(lái)控制小車(chē)的后輪電機，將繼電器的公共端和靜觸點(diǎn)位置這兩段接入后輪電機的回路，以此來(lái)判斷小車(chē)是否被制動(dòng)。而在電路圖的仿真過(guò)程中，由于硬件的原因，直觀(guān)看不到繼電器的內部開(kāi)關(guān)有所變化，所以，將LED4燈接入電路，測試電路是否工作，LED4燈點(diǎn)亮，說(shuō)明電路正常工作，見(jiàn)圖5。
由模擬仿真圖可以看出，當小車(chē)出現急速轉彎的情況下，電壓比較器出邏輯高電平，LED2燈發(fā)光，依次警告駕駛員小車(chē)的不穩定行駛狀態(tài)，高電平約為3．8 V，到達三極管基極電壓約為0．89 V，此時(shí)三極管導通，繼電器線(xiàn)圈兩端電壓約為4．9 V，由于繼電器的工作電壓是5 V，繼電器線(xiàn)圈有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，繼電器內部的銜鐵由靜觸點(diǎn)變換到動(dòng)觸點(diǎn)，由于公共端接6 V電壓，電路導通，LED4發(fā)光，此時(shí)表示繼電器完成制動(dòng)。當實(shí)驗小車(chē)正常行駛時(shí)，即電壓比較器出低電平，此時(shí)，三極管截止，繼電器的線(xiàn)圈無(wú)電流通過(guò)，繼電器保持原始態(tài)。

2．3．3 實(shí)驗小車(chē)的實(shí)物圖
實(shí)驗小車(chē)的實(shí)物如圖6所示。

3 結語(yǔ)
本文介紹了ESP電子車(chē)身穩定系統的工作原理和控制流程，將理論與實(shí)踐結合，模擬出ESP系統在行車(chē)過(guò)程中的功效。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。在模擬設計的警示模塊中，對加速度傳感器采集到的模擬信號進(jìn)行放大、比較處理，得到高低邏輯電平，當出現邏輯低電平時(shí)，表示ESP系統處于待命狀態(tài)；當出現邏輯高電平時(shí)，相應的LED燈點(diǎn)亮，表示ESP系統從待命狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。此時(shí)制動(dòng)模塊接收到命令，開(kāi)始對小車(chē)的行駛狀態(tài)進(jìn)行干涉，繼電器轉換電路，內部銜鐵由靜觸點(diǎn)變換到動(dòng)觸點(diǎn)，切斷小車(chē)后輪電機的驅動(dòng)回路，達到制動(dòng)目的。
由于實(shí)驗條件的局限性以及理論與實(shí)踐的差距，實(shí)驗小車(chē)在急速轉彎行駛過(guò)程中，加速度傳感器捕捉到危險信號的時(shí)間較短，LED燈瞬間點(diǎn)亮，繼電器工作切斷驅動(dòng)回路，制動(dòng)小車(chē)，此時(shí)再控制小車(chē)運動(dòng)，只能通過(guò)信號指示燈來(lái)判斷是想要前行還是后退。
總之本文利用較簡(jiǎn)單的設計思想實(shí)現了ESP系統在行車(chē)過(guò)程中提高汽車(chē)操縱穩定性方面的作用演示，小車(chē)模型軌跡跟隨性較好。希望這一設計思路對電子專(zhuān)業(yè)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有一定的輔助作用，讓學(xué)生在探索的過(guò)程中，綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實(shí)際，提高發(fā)現問(wèn)題分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。該模擬設計實(shí)物運行效果良好，此設計思路和方法推廣應用可使更多學(xué)生受益。