一种ESP电子车身稳定系统地模拟设计

2．2．1 电压放大模块
在该设计的模块中，由于实验小车的本身的速度的局限性通过加速度传感器采集到的电压信号较弱，需要对电压信号进行放大。主要采用芯片LM324对模拟信号进行放大，便于后面的电压比较器处理。由于采用的加速度传感器芯片的特殊性质，在0 g或者静止的情况下，输出模拟电压大概为1．2 V，经过电压放大模块以后，电压由原来的1．2 V放大到1．8 V左右。由图3可以看出，采用同相比例电压放大，由管脚1输出来的电压就是1．8 V，根据设计的原理图，由反馈回路上的两电阻比值得知，运算放大倍数为3倍，由于实际测试的时候LM324运算放大器采用3 V直流电源供电，所以同相比例放大器没有按照理论上的3倍进行放大，而仅仅放大了1．5倍，经过放大的1．8 V的模拟电压信号经过滤波电路，接入到比较器的6管脚，与设定的电压值进行比较。
2．2．2 电压比较器模块
在电压比较模块中，选择LM324芯片作为比较器，比较器正向输入设定的电压值，以此来模拟汽车在稳定行驶时的数据，实际小车测到的实验数据接入比较器负向输入。理想状态下，当实际测得电压值小于设定的电压时，比较器逻辑出高电平，则根据电路原理图可知，LED1不发光，而LED2发光，相反，如果实际测得电压数据大于设定的理论值，则比较器逻辑出低电平，此时LED1灯发光而LED2灯不发光。通过LED的亮灭，来判断此时小车是否是加速度过大，是否是稳定行驶的状态。
在测试过程中，由于电压比较器的供电电压也是3 V的直流电源，所以模块一经上电，LED1就会点亮，表示电路工作正常，模拟实际汽车行驶的安全状态，此时ESP不工作；当加速度传感器感应到危险状态，输出模拟电压较大电压时，实验小车不在预定的状态行驶，此时LED2点亮，而LED1熄灭，LED2灯点亮发出警告此时小车处于不稳定行驶状态，同时也预示，汽车的ESP系统要从待命状态进入工作状态。在实际演示过程中，经过多次试验，设定的电压值为1．8 V是比较合适的。
2．3 实验制动模块的模拟设计
ESP电子车身稳定系统在工作时，当ECU接收到轮速传感器传来的信号时，电子控制单元就会下达相关指令到执行器一液压调节器。液压调节器通过控制各个车轮的制动回路，来主动调节汽车行驶的不稳定状态，及时纠正汽车的行驶方向，使汽车主动回到预定的行驶轨道，保证行车安全。
2．3．1 制动模块模拟设计的原理分析
考虑到实验小车的驱动模块已存在，无法对驱动模块进行干涉，在模拟设计中，主要采用继电器对小车的驱动后轮电机进行短暂的制动，继电器主要起转换电路的作用，通过三极管NPN9013的导通与截止，来控制继电器工作，当继电器工作时，继电器线圈有电流通过，产生电磁力，吸引继电器内部衔铁转换电路，切断后轮电机的工作回路，电机停止工作；短暂的时间后，继电器断电，内部开关主动回到原来的位置，小车继续工作。
2．3．2 制动模块模拟设计的原理仿真图
该设计模块主要模拟ESP电子车身稳定系统在工作时，对汽车行驶状态进行主动干涉效果。由图4可知，当预险警示模块得到逻辑高电平时，三极管基极得到高电平。此时三极管导通，继电器线圈瞬间有电流通过，产生电磁力，吸合衔铁，图4中的继电器内部开关由静触点换挡到动触点，此时，电路导通，LED4灯点亮，表明有信号输入，且信号为高电平。

在实验过程中，无法动态测试实验小车制动模块的电压，只能通过继电器的转换电路功能来控制小车的后轮电机，将继电器的公共端和静触点位置这两段接入后轮电机的回路，以此来判断小车是否被制动。而在电路图的仿真过程中，由于硬件的原因，直观看不到继电器的内部开关有所变化，所以，将LED4灯接入电路，测试电路是否工作，LED4灯点亮，说明电路正常工作，见图5。
由模拟仿真图可以看出，当小车出现急速转弯的情况下，电压比较器出逻辑高电平，LED2灯发光，依次警告驾驶员小车的不稳定行驶状态，高电平约为3．8 V，到达三极管基极电压约为0．89 V，此时三极管导通，继电器线圈两端电压约为4．9 V，由于继电器的工作电压是5 V，继电器线圈有电流通过，产生电磁力，继电器内部的衔铁由静触点变换到动触点，由于公共端接6 V电压，电路导通，LED4发光，此时表示继电器完成制动。当实验小车正常行驶时，即电压比较器出低电平，此时，三极管截止，继电器的线圈无电流通过，继电器保持原始态。

2．3．3 实验小车的实物图
实验小车的实物如图6所示。

3 结语
本文介绍了ESP电子车身稳定系统的工作原理和控制流程，将理论与实践结合，模拟出ESP系统在行车过程中的功效。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。在模拟设计的警示模块中，对加速度传感器采集到的模拟信号进行放大、比较处理，得到高低逻辑电平，当出现逻辑低电平时，表示ESP系统处于待命状态；当出现逻辑高电平时，相应的LED灯点亮，表示ESP系统从待命状态进入工作状态。此时制动模块接收到命令，开始对小车的行驶状态进行干涉，继电器转换电路，内部衔铁由静触点变换到动触点，切断小车后轮电机的驱动回路，达到制动目的。
由于实验条件的局限性以及理论与实践的差距，实验小车在急速转弯行驶过程中，加速度传感器捕捉到危险信号的时间较短，LED灯瞬间点亮，继电器工作切断驱动回路，制动小车，此时再控制小车运动，只能通过信号指示灯来判断是想要前行还是后退。
总之本文利用较简单的设计思想实现了ESP系统在行车过程中提高汽车操纵稳定性方面的作用演示，小车模型轨迹跟随性较好。希望这一设计思路对电子专业的理论教学和实践教学有一定的辅助作用，让学生在探索的过程中，综合运用所学知识，理论联系实际，提高发现问题分析问题、解决问题的能力。该模拟设计实物运行效果良好，此设计思路和方法推广应用可使更多学生受益。