一種ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)地模擬設(shè)計(jì)

2．2．1 電壓放大模塊
在該設(shè)計(jì)的模塊中，由于實(shí)驗(yàn)小車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(hào)較弱，需要對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大。主要采用芯片LM324對(duì)模擬信號(hào)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(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，由反饋回路上的兩電阻比值得知，運(yùn)算放大倍數(shù)為3倍，由于實(shí)際測(cè)試的時(shí)候LM324運(yùn)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(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路，接入到比較器的6管腳，與設(shè)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(shè)定的電壓值，以此來(lái)模擬汽車在穩(wěn)定行駛時(shí)的數(shù)據(jù)，實(shí)際小車測(cè)到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接入比較器負(fù)向輸入。理想狀態(tài)下，當(dāng)實(shí)際測(cè)得電壓值小于設(shè)定的電壓時(shí)，比較器邏輯出高電平，則根據(jù)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(cè)得電壓數(shù)據(jù)大于設(shè)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)小車是否是加速度過(guò)大，是否是穩(wěn)定行駛的狀態(tài)。
在測(cè)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)際汽車行駛的安全狀態(tài)，此時(shí)ESP不工作；當(dāng)加速度傳感器感應(yīng)到危險(xiǎn)狀態(tài)，輸出模擬電壓較大電壓時(shí)，實(shí)驗(yàn)小車不在預(yù)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)小車處于不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，同時(shí)也預(yù)示，汽車的ESP系統(tǒng)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(yàn)，設(shè)定的電壓值為1．8 V是比較合適的。
2．3 實(shí)驗(yàn)制動(dòng)模塊的模擬設(shè)計(jì)
ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)在工作時(shí)，當(dāng)ECU接收到輪速傳感器傳來(lái)的信號(hào)時(shí)，電子控制單元就會(huì)下達(dá)相關(guān)指令到執(zhí)行器一液壓調(diào)節(jié)器。液壓調(diào)節(jié)器通過(guò)控制各個(gè)車輪的制動(dòng)回路，來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)汽車行駛的不穩(wěn)定狀態(tài)，及時(shí)糾正汽車的行駛方向，使汽車主動(dòng)回到預(yù)定的行駛軌道，保證行車安全。
2．3．1 制動(dòng)模塊模擬設(shè)計(jì)的原理分析
考慮到實(shí)驗(yàn)小車的驅(qū)動(dòng)模塊已存在，無(wú)法對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行干涉，在模擬設(shè)計(jì)中，主要采用繼電器對(duì)小車的驅(qū)動(dòng)后輪電機(jī)進(jìn)行短暫的制動(dòng)，繼電器主要起轉(zhuǎn)換電路的作用，通過(guò)三極管NPN9013的導(dǎo)通與截止，來(lái)控制繼電器工作，當(dāng)繼電器工作時(shí)，繼電器線圈有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，吸引繼電器內(nèi)部銜鐵轉(zhuǎn)換電路，切斷后輪電機(jī)的工作回路，電機(jī)停止工作；短暫的時(shí)間后，繼電器斷電，內(nèi)部開(kāi)關(guān)主動(dòng)回到原來(lái)的位置，小車?yán)^續(xù)工作。
2．3．2 制動(dòng)模塊模擬設(shè)計(jì)的原理仿真圖
該設(shè)計(jì)模塊主要模擬ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)在工作時(shí)，對(duì)汽車行駛狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)干涉效果。由圖4可知，當(dāng)預(yù)險(xiǎn)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(dǎo)通，繼電器線圈瞬間有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，吸合銜鐵，圖4中的繼電器內(nèi)部開(kāi)關(guān)由靜觸點(diǎn)換擋到動(dòng)觸點(diǎn)，此時(shí)，電路導(dǎo)通，LED4燈點(diǎn)亮，表明有信號(hào)輸入，且信號(hào)為高電平。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)法動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)小車制動(dòng)模塊的電壓，只能通過(guò)繼電器的轉(zhuǎn)換電路功能來(lái)控制小車的后輪電機(jī)，將繼電器的公共端和靜觸點(diǎn)位置這兩段接入后輪電機(jī)的回路，以此來(lái)判斷小車是否被制動(dòng)。而在電路圖的仿真過(guò)程中，由于硬件的原因，直觀看不到繼電器的內(nèi)部開(kāi)關(guān)有所變化，所以，將LED4燈接入電路，測(cè)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(dāng)小車出現(xiàn)急速轉(zhuǎn)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的不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，高電平約為3．8 V，到達(dá)三極管基極電壓約為0．89 V，此時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器線圈兩端電壓約為4．9 V，由于繼電器的工作電壓是5 V，繼電器線圈有電流通過(guò)，產(chǎn)生電磁力，繼電器內(nèi)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(dǎo)通，LED4發(fā)光，此時(shí)表示繼電器完成制動(dòng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)小車正常行駛時(shí)，即電壓比較器出低電平，此時(shí)，三極管截止，繼電器的線圈無(wú)電流通過(guò)，繼電器保持原始態(tài)。

2．3．3 實(shí)驗(yàn)小車的實(shí)物圖
實(shí)驗(yàn)小車的實(shí)物如圖6所示。

3 結(jié)語(yǔ)
本文介紹了ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理和控制流程，將理論與實(shí)踐結(jié)合，模擬出ESP系統(tǒng)在行車過(guò)程中的功效。通過(guò)設(shè)計(jì)電路圖以及對(duì)電路圖的仿真，從理論上達(dá)到了ESP系統(tǒng)警示駕駛員和主動(dòng)制動(dòng)汽車的目的。在模擬設(shè)計(jì)的警示模塊中，對(duì)加速度傳感器采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、比較處理，得到高低邏輯電平，當(dāng)出現(xiàn)邏輯低電平時(shí)，表示ESP系統(tǒng)處于待命狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)邏輯高電平時(shí)，相應(yīng)的LED燈點(diǎn)亮，表示ESP系統(tǒng)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(duì)小車的行駛狀態(tài)進(jìn)行干涉，繼電器轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)部銜鐵由靜觸點(diǎn)變換到動(dòng)觸點(diǎn)，切斷小車后輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)回路，達(dá)到制動(dòng)目的。
由于實(shí)驗(yàn)條件的局限性以及理論與實(shí)踐的差距，實(shí)驗(yàn)小車在急速轉(zhuǎn)彎行駛過(guò)程中，加速度傳感器捕捉到危險(xiǎn)信號(hào)的時(shí)間較短，LED燈瞬間點(diǎn)亮，繼電器工作切斷驅(qū)動(dòng)回路，制動(dòng)小車，此時(shí)再控制小車運(yùn)動(dòng)，只能通過(guò)信號(hào)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(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了ESP系統(tǒng)在行車過(guò)程中提高汽車操縱穩(wěn)定性方面的作用演示，小車模型軌跡跟隨性較好。希望這一設(shè)計(jì)思路對(duì)電子專業(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(yùn)用所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。該模擬設(shè)計(jì)實(shí)物運(yùn)行效果良好，此設(shè)計(jì)思路和方法推廣應(yīng)用可使更多學(xué)生受益。