專利名稱：汽車esp演示及實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于汽車演示與實驗系統(tǒng)，具體涉及一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)。
背景技術：
汽車ESP系統(tǒng)是建立在ABS、ASR系統(tǒng)基礎之上的主動安全系統(tǒng)，重點解決汽車行駛的橫向穩(wěn)定性。ESP通過方向盤轉角、輪速、加速踏板位置及制動壓力等信息識別駕駛員意圖，并根據(jù)橫擺角速度、橫向加速度信息確定車輛的實際運動姿態(tài)，當車輛實際運動姿態(tài)與駕駛員期望運動姿態(tài)不一致時，ESP通過干預某個車輪的制動來調整汽車的運動姿態(tài)(必要時減少發(fā)動機轉矩輸出)，防止汽車出現(xiàn)側滑及甩尾等不穩(wěn)定情況。由于ESP是在某些特殊工況如出現(xiàn)轉向不足及轉向過多時才開始工作，只有在實驗臺上模擬出該工況條件，才能真實演示ESP的工作情況。因此，在實驗臺上進行ESP工作情況演示，有較大的技術難度。 目前市場上關于汽車ESP的實驗臺種類和數(shù)量都很少，但由于ESP是汽車新技術，市場需求量很大。根據(jù)市場上現(xiàn)有產品的分析，目前該類產品幾乎不能滿足用戶的需求，存在的問題很多大部分的ESP實驗臺只能演示ABS的工作過程，由于不能模擬汽車轉向不足及轉向過多的特殊工況，因此ESP系統(tǒng)不會投入工作dtESP的演示僅限于結構組成和電路連接的展示；個別ESP實驗臺在原車ESP系統(tǒng)之外自行設計了幾個電磁閥，通過控制電磁閥對某個車輪進行制動，但原車ESP系統(tǒng)并沒有參與工作；另外，現(xiàn)有實驗臺均不能對ESP系統(tǒng)傳感器信息進行實時檢測，無法從本質上對ESP的工作性能及特點進行深入的研究和理解。因此，現(xiàn)有的ESP演示及實驗系統(tǒng)很難滿足客戶的需求對于汽車“轉向不足”、“轉向過多”工況的模擬，對于汽車“轉向不足”、“轉向過多”程度的調整，對于汽車ESP系統(tǒng)工作過程的演示都是我們目前需要解決的問題。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有ESP實驗臺只能演示僅限于結構組成和電路連接的展示或只是通過控制電磁閥對某個車輪進行制動、但原車ESP系統(tǒng)并沒有參與工作的不足，提供一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，它包括有實驗臺基體、運動慣量模擬系統(tǒng)、ABS/ESP系統(tǒng)，實驗臺基體用來安裝和支撐汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，用工字鋼焊接而成；運動慣量模擬系統(tǒng)包括有變頻器、三相異步電機、皮帶輪及皮帶、前后軸、慣性輪、摩擦轂，用以模擬汽車行駛中的運動運動慣量；ABS/ESP系統(tǒng)包括有4個輪速傳感器、轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器、制動壓力傳感器、制動油壓傳感器、ESP開關、制動開關，由運動慣量模擬系統(tǒng)取得信號，用于演示ABS/ESP系統(tǒng)的工作過程，該汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)還包括有ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其中ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)包括有PC計算機、電機運動控制卡、轉向盤轉角傳感器驅動電機、橫擺角速度傳感器驅動電機、橫向加速度傳感器驅動電機，PC計算機通過設定程序傳遞信號量給電機運動控制卡，電動機運動控制卡同時控制上述三電機按照預定規(guī)律運動，帶動轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器產生預定信號，轉向盤轉角傳感器和橫擺角速度傳感器在轉向盤轉角傳感器驅動電機、橫擺角速度傳感器驅動電機的直接驅動下進行旋轉運動。橫向加速度傳感器通過橫向加速度傳感器驅動電機和傳感器之間加裝的齒輪齒條沿直線方向運動；數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、PC計算機、Labview控制軟件構成，數(shù)據(jù)采集卡采集ABS/ESP系統(tǒng)各傳感器信息，并將信息傳遞給PC計算機，PC計算機內安裝Labview控制軟件，使接收到的信息以波形的方式顯示。而且、所述PC計算機通過設定程序傳遞信號量給電動機運動控制卡是指PC計算機通過設定程序傳遞向左轉向不足工況或向右轉向不足 工況的信號量。而且、所述演示ABS/ESP系統(tǒng)的工作過程是向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號以觸發(fā)ESP投入工作。而且、所述向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號是通過實車實驗測出、或通過計算機仿真實驗得出，或在本實驗臺上通過實驗的方法得出。而且、所述向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號分別作為目標信號，將目標信號與傳感器采集到的實際信號進行對比，并對偏差進行PID調節(jié)形成控制量，控制電機運動。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是I、通過運動慣量系統(tǒng)可模擬汽車運動的慣量，通過調節(jié)電機轉速可任意改變車速和運動慣量。2、本實用新型通過“ESP傳感器信號模擬系統(tǒng)”可分別模擬汽車“轉向不足”和“轉向過多”的工況時轉向盤轉角、橫擺加速度、橫向加速度信號，并將該組信號輸入ABS/ESP控制單元，觸發(fā)ESP系統(tǒng)工作。3、本實用新型可通過計算機程序任意調節(jié)“轉向不足”和“轉向過多”的程度。4、本實用新型可直觀、形象地觀察ESP工作時對車輪的制動情況。5、本實用新型通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實時檢測和圖形化顯示ESP系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)，便于進行定量分析和研究。

圖I是本實用新型汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)構成方框圖；圖2為本實用新型汽車運動慣量建立示意圖；圖3為本實用新型系統(tǒng)關系方框不意圖；圖4為本實用新型傳感器信號產生及閉環(huán)控制示意圖；圖5為本實用新型調整“轉向不足”或“轉向過多”程度示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，它包括有實驗臺基體、運動慣量模擬系統(tǒng)、ABS/ESP系統(tǒng)，實驗臺基體用來安裝和支撐汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，用工字鋼焊接而成；運動慣量模擬系統(tǒng)包括有變頻器、三相異步電機、皮帶輪及皮帶、前后軸、慣性輪、摩擦轂，用以模擬汽車行駛中的運動狀態(tài);ABS/ESP系統(tǒng)包括有4個輪速傳感器、轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器、制動壓力傳感器、制動油壓傳感器、ESP開關、制動開關，由運動慣量模擬系統(tǒng)取得信號，用于演示ABS/ESP系統(tǒng)的工作過程，本實用新型的創(chuàng)新點是該汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)還包括有ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其中ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)包括有PC計算機、電機運動控制卡、轉向盤轉角傳感器驅動電機、橫擺角速度傳感器驅動電機、橫向加速度傳感器驅動電機，PC計算機通過設定程序傳遞信號量給電動機運動控制卡，電動機運動控制卡同時控制上述三電機按照預定規(guī)律運動，帶動轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器產生預定信號，轉向盤轉角傳感器和橫擺角速度傳感器在電機的直接驅動下進行旋轉運動。橫向加速度傳感器通過在電機和傳感器之間加裝的齒輪齒條沿直線方向運動；數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、PC計算機、Labview控制軟件構成，數(shù)據(jù)采集卡采集ABS/ESP系統(tǒng)各傳感器 信息，并將信息傳遞給PC計算機，PC計算機內安裝Labview控制軟件，使接收到的信息以波形的方式顯示。本實用新型的工作原理I、汽車運動慣量的建立如圖2所示，調節(jié)變頻器10，改變三相交流電機9的轉速，電機動力經(jīng)過皮帶7傳遞到前軸6和后軸8。以前軸6和左前輪3為例，前軸6通過支撐軸承5帶動慣性輪4及摩擦轂I開始轉動，摩擦轂I帶動左前輪3轉動，制動盤2用于降低輪速，此時模擬汽車進入正常行駛狀態(tài)并產生了相應的運動慣量。通過改變電機轉速可改變汽車行駛車速及運動慣
量大小。2、“轉向不足”或”轉向過多”工況的模擬“轉向不足”或“轉向過多”工況由ESP傳感器信號模擬系統(tǒng)進行模擬。汽車實際轉向行駛時，ESP系統(tǒng)通過轉向盤轉角信號、加速踏板信號及制動油壓信號判斷駕駛員的駕駛意圖，通過橫擺角速度和橫向加速度信號判斷汽車的實際姿態(tài)，并將駕駛員意圖與汽車實際姿態(tài)相對比，若出現(xiàn)轉向不足或轉向過多，則通過ABS系統(tǒng)瞬時制動某一個車輪，使汽車保持駕駛員所期望的姿態(tài)。在實驗臺上觸發(fā)ESP投入工作的關鍵是向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號(包括轉向盤轉角、橫擺角速度和橫向加速度)。該組信號可以通過實車實驗測出、或者通過計算機仿真實驗得出，也可以在本實驗臺上通過實驗的方法得出。上述信號實現(xiàn)的方法如圖4所示，將通過上述方法獲得的一組傳感器信號分別作為目標信號，將目標信號與傳感器采集到得實際信號進行對比，并對偏差進行PID調節(jié)形成控制量，控制電機運動。通過上述閉環(huán)控制，可以使三個傳感器產生的信號精確跟蹤目標信號，從而觸發(fā)ESP系統(tǒng)投入工作。3、轉向不足和轉向過多程度的調節(jié)如圖5所示，當轉向盤轉角信號曲線保持不變時，通過調節(jié)橫擺角速度信號和橫向加速度信號的斜率可以調整“轉向不足”或“轉向過多”的程度。圖中曲線I為轉向過多，曲線2為中性轉向，曲線3為不足轉向。曲線I的斜率越大，轉向過多的程度越大；曲線3的斜率越小，轉向不足的程度越大。4、實驗過程“向左轉向不足”工況如圖3所示，在PC機主控界面內選擇“向左轉向不足”工況，此時電機運 動卡同時控制3個電機按設定運動規(guī)律轉動，3個電機轉動時使轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器及橫向加速度傳感器產生一組向左“轉向不足信號”，ABS/ESP控制單元接收到該組信號后，便命令ESP系統(tǒng) 對左后輪實施制動；“向右轉向不足”工況同理，在PC機主控界面內選擇“向右轉向不足”工況時，3個電機轉動時使轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器及橫向加速度傳感器產生一組向右“轉向不足信號”，ESP系統(tǒng)對右后輪實施制動?！跋蜃筠D向過多”工況在PC機主控界面內選擇“向左轉向過多”工況，3個電機轉動時使轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器及橫向加速度傳感器產生一組向左“轉向過多信號”，ESP系統(tǒng)制動右前輪?！跋蛴肄D向過多”工況在PC機主控界面內選擇“向右轉向過多”工況，3個電機轉動時使轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器及橫向加速度傳感器產生一組向右“轉向過多信號”，ESP系統(tǒng)制動左前輪。5、數(shù)據(jù)采集及圖形化顯示當實驗臺工作時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集ESP系統(tǒng)的相關傳感器信息，并在主控界面內以波形和數(shù)字的方式實時顯示，以便于對ESP工作過程進行定量分析和研究。主要采集的信息有4個輪速信號、制動油壓信號、制動壓力信號、轉向盤轉角信號、橫擺角速度信號、橫向加速度信號、制動開關信號及ESP開關信號。需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，它包括有實驗臺基體、運動慣量模擬系統(tǒng)、ABS/ESP系統(tǒng)，實驗臺基體用來安裝和支撐汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，用工字鋼焊接而成；運動慣量模擬系統(tǒng)包括有變頻器、三相異步電機、皮帶輪及皮帶、前后軸、慣性輪、摩擦轂，用以模擬汽車行駛中的運動慣量；ABS/ESP系統(tǒng)包括有4個輪速傳感器、轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器、制動壓力傳感器、制動油壓傳感器、ESP開關、制動開關，由運動慣量模擬系統(tǒng)取得信號，用于演示ABS/ESP系統(tǒng)的工作過程，其特征在于該汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)還包括有ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其中ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)包括有PC計算機、電機運動控制卡、轉向盤轉角傳感器驅動電機、橫擺角速度傳感器驅動電機、橫向加速度傳感器驅動電機，PC計算機通過設定程序傳遞信號量給電機運動控制卡，電動機運動控制卡同時控制上述三電機按照預定規(guī)律運動，帶動轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器產生預定信號，轉向盤轉角傳感器和橫擺角速度傳感器在轉向盤轉角傳感器驅動電機、橫擺角速度傳感器驅動電機的直接驅動下進行旋轉運動，橫向加速度傳感器通過橫向加速度傳感器驅動電機和傳感器之間加裝的齒輪齒條沿直線方向運動；數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、PC計算機、Labview控制軟件構成，數(shù)據(jù)采集卡采集ABS/ESP系統(tǒng)各傳感器信息，并將信息傳遞給PC計算機，PC計算機內安裝Labview控制軟件,使接收到的信息以波形的方式顯示。
2.根據(jù)權利要求I所述的汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，其特征在于所述PC計算機通過設定程序傳遞信號量給電動機運動控制卡是指PC計算機通過設定程序傳遞向左轉向不足工況或向右轉向不足工況的信號量。
3.根據(jù)權利要求I所述的汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，其特征在于所述演示ABS/ESP系統(tǒng)的工作過程是向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號以觸發(fā)ESP投入工作。
4.根據(jù)權利要求3所述的汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，其特征在于所述向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號是通過實車實驗測出、或通過計算機仿真實驗得出，或在本實驗臺上通過實驗的方法得出。
5.根據(jù)權利要求3所述的汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，其特征在于所述向ABS/ESP控制器提供轉向不足或轉向過多工況下對應的一組傳感器信號分別作為目標信號，將目標信號與傳感器采集到的實際信號進行對比，并對偏差進行PID調節(jié)形成控制量，控制電機運動。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車ESP演示及實驗系統(tǒng)，它包括有實驗臺基體、運動慣量系統(tǒng)、ABS/ESP系統(tǒng)，本實用新型的創(chuàng)新點是該系統(tǒng)還包括有一個ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)，一個數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)；通過ESP系統(tǒng)傳感器信號模擬系統(tǒng)，原車ESP系統(tǒng)的各傳感器可得到真實的汽車工況信號量，通過數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，可實現(xiàn)人機互動及實時控制。本實用新型可分別模擬汽車轉向不足和轉向過多的工況以及不同工況的組合，可通過計算機程序任意調節(jié)轉向不足和轉向過多的程度，可直觀、形象的演示ESP工作時對車輪的制動情況，可實時檢測和圖形化顯示ESP系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)。
文檔編號G01M17/007GK202693315SQ20122019589
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權日2012年5月3日
發(fā)明者申榮衛(wèi), 臺曉虹, 韓炯剛 申請人:天津職業(yè)技術師范大學