ESP电子车身稳定系统模拟设计

摘要：为了演示ESP在提高汽车操纵稳定性方面的作用，结合电子专业的技术知识，通过设计电路图以及对电路图的仿真，并应用相关电手元器件，在玩具小车上模拟ESP的预险警示争主动控制功能，实物运行效果良好。该设计思路和方法推广应用可使更多学生受益。
关键词：汽车主动安全；ESP；模拟仿真设计；加速度传感器

0 引言
ESP(Electronic Stability Program)是一种主动的智能安全系统，通过高度灵敏的传感器时刻监测汽车的行驶状态，及时识别危险情况，使汽车恢复行使的稳定。ESP系统最早由德国博世(BOSCH)公司于1997年研制成功，该公司的统计表明ESP在汽车上的应用使乘用车的交通事故率降低了20％～50％。近年来ESP在行车方面的卓越功效越来越得到人们的认可，世界范围内新车的ESP装配率显著的提高，根据德国博世公司的统计，2005年德国新车ESP装配率约为72％，西欧的新车平均装配率约为44％，北美约为21％，日本约为15％，在2006年，我们国内的ESP的装配率只有3％，远远低于欧美地区。而在2012年的今天，国内车辆的ESP装备情况仍然不容乐观，只有18％，仅达到韩国2006年的水平。相比于国外，国内汽车行业对汽车动力学稳定性控制的研究起步较晚，国内ESP的装配率还比较低，由于科学技术水平的差距，大多数学者对ESP的研究也只是停留理论研究和模拟仿真解决ESP系统的设计中所具体遇到的问题。同样，这部分市场也完全掌握在外资企业手中，国内企业几乎无法涉足，所以，要努力攻克ESP设计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。
本文正是基于ESP电子车身稳定系统的原理，结合电子专业的技术知识，通过设计电路图以及对电路图的仿真，从理论上达到了ESP系统警示驾驶员和主动制动汽车的目的，并且应用相关电子元器件，在玩具小车上模拟ESP系统的预险警示和主动控制功能。该设计演示了ESP在提高汽车操纵稳定性方面的作用。

1 ESP控制汽车运动流程
ESP电子车身稳定系统是一种提高车辆曲线行驶稳定性的主动安全系统。当出现异常情况时，ESP会根据实际情况作出反应，而不是盲目地服从于驾驶员，使汽车行驶安全性大大提高。ESP电脑计算出保持车身稳定的理论值，与偏转率传感器和横向加速度传感器测的的数据进行比较，发出平衡纠偏指令，使汽车回到预定的轨道行驶，保持车辆正常行驶系统控制流程如图1所示。

基本控制程序如下所述：
(1)汽车在正常行驶状态下，ESP控制单元(图中的ECU模块)接受来自转向盘角度传感器和轮速传感器的信号，经过计算和监测，获知驾驶员操纵汽车稳定行驶的方向信息，并储存这些数据。
(2)ESP控制单元ECU同时接收来自横摆角速度传感器和横向加速度传感器的信号，经过计算，获取实际车辆行驶的状态。并将数据和(1)中监测的数据进行对比，判断汽车此时是否处于稳定行驶状态(驾驶员对汽车操控行驶的方向信息和稳定行驶的方向信息对比一致则为汽车稳定行驶状态)。
(3)经过对比，如若两者信息一致，则ESP控制单元判断汽车此时处于安全行驶的稳定状态，ESP系统处于待命状态。如若两者信息不一致，ESP控制单元判断汽车此时处于非稳定行驶状态，ESP控制单元下达控制命令到执行器(液压调节单元)，通过对发动机的干涉，利用液压执行器对每个车轮进行制动，及时纠正车辆的不稳定行驶状态，确保人身安全。

2 ESP电子车身穗定系统的模拟设计
2．1 模拟设计的思路及原理分析
根据ESP电子车身稳定系统的原理，ESP最大的特点在于它的主动性，能够在发生危险时及时提醒驾驶员，起到事先提醒的作用。图2为预警功能模块电路板的设计流程图，通过加速度传感器的取值和预先设定的电压值(模拟实际ESP系统电子控制单元的稳定值)进行比较，根据实际模型小车的行驶情况，来判断是向左加速还是向右加速，从而通过指示灯的亮灭给驾驶员发出警告，车辆出现的不稳定行驶状态。