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汽车ESP演示及实验系统

阅读：715发布：2020-05-26

专利汇可以提供汽车ESP演示及实验系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种汽车 ESP演示及实验系统，它包括有实验台基体、运动惯量系统、ABS/ESP系统，本实用新型的创新点是：该系统还包括有一个ESP系统传感器信号模拟系统，一个数据采集及显示系统；通过ESP系统传感器信号模拟系统，原车ESP系统的各传感器可得到真实的汽车工况信号量，通过数据采集及显示系统，可实现人机互动及实时控制。本实用新型可分别模拟汽车转向不足和转向过多的工况以及不同工况的组合，可通过计算机程序任意调节转向不足和转向过多的程度，可直观、形象的演示ESP工作时对车轮的制动情况，可实时检测和图形化显示ESP系统的相关数据。，下面是汽车ESP演示及实验系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种汽车ESP演示及实验系统，它包括有实验台基体、运动惯量模拟系统、ABS/ESP系统，实验台基体用来安装和支撑汽车ESP演示及实验系统，用工字钢焊接而成；运动惯量模拟系统包括有：变频器、三相异步电机、皮带轮及皮带、前后轴、惯性轮、摩擦毂，用以模拟汽车行驶中的运动惯量；ABS/ESP系统包括有4个轮速传感器、转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器、制动压力传感器、制动油压传感器、ESP 开关、制动开关，由运动惯量模拟系统取得信号，用于演示ABS/ESP系统的工作过程，其特征在于：该汽车ESP演示及实验系统还包括有ESP系统传感器信号模拟系统和数据采集及显示系统，其中：
ESP系统传感器信号模拟系统包括有PC计算机、电机运动控制卡、转向盘转角传感器驱动电机、横摆角速度传感器驱动电机、横向加速度传感器驱动电机，PC计算机通过设定程序传递信号量给电机运动控制卡，电动机运动控制卡同时控制上述三电机按照预定规律运动，带动转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器产生预定信号，转向盘转角传感器和横摆角速度传感器在转向盘转角传感器驱动电机、横摆角速度传感器驱动电机的直接驱动下进行旋转运动,横向加速度传感器通过横向加速度传感器驱动电机和传感器之间加装的齿轮齿条沿直线方向运动；数据采集及显示系统由数据采集卡、PC计算机、Labview控制软件构成，数据采集卡采集ABS/ESP系统各传感器信息，并将信息传递给PC计算机，PC计算机内安装Labview控制软件，使接收到的信息以波形的方式显示。
2.根据权利要求1所述的汽车ESP演示及实验系统，其特征在于：所述PC计算机通过设定程序传递信号量给电动机运动控制卡是指：PC计算机通过设定程序传递向左转向不足工况或向右转向不足工况的信号量。
3.根据权利要求1所述的汽车ESP演示及实验系统，其特征在于：所述演示ABS/ESP系统的工作过程是向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号以触发ESP投入工作。
4.根据权利要求3所述的汽车ESP演示及实验系统，其特征在于：所述向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号是通过实车实验测出、或通过计算机仿真实验得出，或在本实验台上通过实验的方法得出。
5.根据权利要求3所述的汽车ESP演示及实验系统，其特征在于：所述向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号分别作为目标信号，将目标信号与传感器采集到的实际信号进行对比，并对偏差进行PID调节形成控制量，控制电机运动。

说明书全文

汽车ESP演示及实验系统

技术领域

[0001] 本实用新型属于汽车演示与实验系统，具体涉及一种汽车ESP演示及实验系统。

背景技术

[0002] 汽车ESP系统是建立在ABS、ASR系统基础之上的主动安全系统，重点解决汽车行驶的横向稳定性。ESP通过方向盘转角、轮速、加速踏板位置及制动压力等信息识别驾驶员意图，并根据横摆角速度、横向加速度信息确定车辆的实际运动姿态，当车辆实际运动姿态与驾驶员期望运动姿态不一致时，ESP通过干预某个车轮的制动来调整汽车的运动姿态(必要时减少发动机转矩输出)，防止汽车出现侧滑及甩尾等不稳定情况。由于ESP是在某些特殊工况如出现转向不足及转向过多时才开始工作，只有在实验台上模拟出该工况条件，才能真实演示ESP的工作情况。因此，在实验台上进行ESP工作情况演示，有较大的技术难度。

[0003] 目前市场上关于汽车ESP的实验台种类和数量都很少，但由于ESP是汽车新技术，市场需求量很大。根据市场上现有产品的分析，目前该类产品几乎不能满足用户的需求，存在的问题很多：大部分的ESP实验台只能演示ABS的工作过程，由于不能模拟汽车转向不足及转向过多的特殊工况，因此ESP系统不会投入工作；对ESP的演示仅限于结构组成和电路连接的展示；个别ESP实验台在原车ESP系统之外自行设计了几个电磁阀，通过控制电磁阀对某个车轮进行制动，但原车ESP系统并没有参与工作；另外，现有实验台均不能对ESP系统传感器信息进行实时检测，无法从本质上对ESP的工作性能及特点进行深入的研究和理解。因此，现有的ESP演示及实验系统很难满足客户的需求对于汽车“转向不足”、“转向过多”工况的模拟，对于汽车“转向不足”、“转向过多”程度的调整，对于汽车ESP系统工作过程的演示都是我们目前需要解决的问题。发明内容

[0004] 本实用新型的目的在于克服现有ESP实验台只能演示仅限于结构组成和电路连接的展示或只是通过控制电磁阀对某个车轮进行制动、但原车ESP系统并没有参与工作的不足，提供一种汽车ESP演示及实验系统。

[0005] 本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0006] 一种汽车ESP演示及实验系统，它包括有实验台基体、运动惯量模拟系统、ABS/ESP系统，实验台基体用来安装和支撑汽车ESP演示及实验系统，用工字钢焊接而成；运动惯量模拟系统包括有：变频器、三相异步电机、皮带轮及皮带、前后轴、惯性轮、摩擦毂，用以模拟汽车行驶中的运动运动惯量；ABS/ESP系统包括有4个轮速传感器、转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器、制动压力传感器、制动油压传感器、ESP 开关、制动开关，由运动惯量模拟系统取得信号，用于演示ABS/ESP系统的工作过程，该汽车ESP演示及实验系统还包括有ESP系统传感器信号模拟系统和数据采集及显示系统，其中：ESP系统传感器信号模拟系统包括有PC计算机、电机运动控制卡、转向盘转角传感器驱动电机、横摆角速度传感器驱动电机、横向加速度传感器驱动电机，PC计算机通过设定程序传递信号量给电机运动控制卡，电动机运动控制卡同时控制上述三电机按照预定规律运动，带动转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器产生预定信号，转向盘转角传感器和横摆角速度传感器在转向盘转角传感器驱动电机、横摆角速度传感器驱动电机的直接驱动下进行旋转运动。横向加速度传感器通过横向加速度传感器驱动电机和传感器之间加装的齿轮齿条沿直线方向运动；数据采集及显示系统由数据采集卡、PC计算机、Labview控制软件构成，数据采集卡采集ABS/ESP系统各传感器信息，并将信息传递给PC计算机，PC计算机内安装Labview控制软件，使接收到的信息以波形的方式显示。

[0007] 而且、所述PC计算机通过设定程序传递信号量给电动机运动控制卡是指：PC计算机通过设定程序传递向左转向不足工况或向右转向不足工况的信号量。

[0008] 而且、所述演示ABS/ESP系统的工作过程是向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号以触发ESP投入工作。

[0009] 而且、所述向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号是通过实车实验测出、或通过计算机仿真实验得出，或在本实验台上通过实验的方法得出。

[0010] 而且、所述向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号分别作为目标信号，将目标信号与传感器采集到的实际信号进行对比，并对偏差进行PID调节形成控制量，控制电机运动。

[0011] 本实用新型的优点和积极效果是：

[0012] 1、通过运动惯量系统可模拟汽车运动的惯量，通过调节电机转速可任意改变车速和运动惯量。

[0013] 2、本实用新型通过“ESP传感器信号模拟系统”可分别模拟汽车“转向不足”和“转向过多”的工况时转向盘转角、横摆加速度、横向加速度信号，并将该组信号输入ABS/ESP控制单元，触发ESP系统工作。

[0014] 3、本实用新型可通过计算机程序任意调节“转向不足”和“转向过多”的程度。

[0015] 4、本实用新型可直观、形象地观察ESP工作时对车轮的制动情况。

[0016] 5、本实用新型通过数据采集系统，可实时检测和图形化显示ESP系统的相关数据，便于进行定量分析和研究。附图说明

[0017] 图1是本实用新型汽车ESP演示及实验系统构成方框图；

[0018] 图2为本实用新型汽车运动惯量建立示意图；

[0019] 图3为本实用新型系统关系方框示意图；

[0020] 图4为本实用新型传感器信号产生及闭环控制示意图；

[0021] 图5为本实用新型调整“转向不足”或“转向过多”程度示意图。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

[0023] 一种汽车ESP演示及实验系统，它包括有实验台基体、运动惯量模拟系统、ABS/ESP系统，实验台基体用来安装和支撑汽车ESP演示及实验系统，用工字钢焊接而成；运动惯量模拟系统包括有：变频器、三相异步电机、皮带轮及皮带、前后轴、惯性轮、摩擦毂，用以模拟汽车行驶中的运动状态；ABS/ESP系统包括有4个轮速传感器、转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器、制动压力传感器、制动油压传感器、ESP开关、制动开关，由运动惯量模拟系统取得信号，用于演示ABS/ESP系统的工作过程，本实用新型的创新点是：该汽车ESP演示及实验系统还包括有ESP系统传感器信号模拟系统和数据采集及显示系统，其中：ESP系统传感器信号模拟系统包括有PC计算机、电机运动控制卡、转向盘转角传感器驱动电机、横摆角速度传感器驱动电机、横向加速度传感器驱动电机，PC计算机通过设定程序传递信号量给电动机运动控制卡，电动机运动控制卡同时控制上述三电机按照预定规律运动，带动转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、横向加速度传感器产生预定信号，转向盘转角传感器和横摆角速度传感器在电机的直接驱动下进行旋转运动。横向加速度传感器通过在电机和传感器之间加装的齿轮齿条沿直线方向运动；数据采集及显示系统由数据采集卡、PC计算机、Labview控制软件构成，数据采集卡采集ABS/ESP系统各传感器信息，并将信息传递给PC计算机，PC计算机内安装Labview控制软件，使接收到的信息以波形的方式显示。

[0024] 本实用新型的工作原理

[0025] 1、汽车运动惯量的建立

[0026] 如图2所示，调节变频器10，改变三相交流电机9的转速，电机动力经过皮带7传递到前轴6和后轴8。以前轴6和左前轮3为例，前轴6通过支撑轴承5带动惯性轮4及摩擦毂1开始转动，摩擦毂1带动左前轮3转动，制动盘2用于降低轮速，此时模拟汽车进入正常行驶状态并产生了相应的运动惯量。通过改变电机转速可改变汽车行驶车速及运动惯量大小。

[0027] 2、“转向不足”或”转向过多”工况的模拟

[0028] “转向不足”或“转向过多”工况由ESP传感器信号模拟系统进行模拟。汽车实际转向行驶时，ESP系统通过转向盘转角信号、加速踏板信号及制动油压信号判断驾驶员的驾驶意图，通过横摆角速度和横向加速度信号判断汽车的实际姿态，并将驾驶员意图与汽车实际姿态相对比，若出现转向不足或转向过多，则通过ABS系统瞬时制动某一个车轮，使汽车保持驾驶员所期望的姿态。

[0029] 在实验台上触发ESP投入工作的关键是向ABS/ESP控制器提供转向不足或转向过多工况下对应的一组传感器信号(包括转向盘转角、横摆角速度和横向加速度)。该组信号可以通过实车实验测出、或者通过计算机仿真实验得出，也可以在本实验台上通过实验的方法得出。上述信号实现的方法如图4所示，将通过上述方法获得的一组传感器信号分别作为目标信号，将目标信号与传感器采集到得实际信号进行对比，并对偏差进行PID调节形成控制量，控制电机运动。通过上述闭环控制，可以使三个传感器产生的信号精确跟踪目标信号，从而触发ESP系统投入工作。

[0030] 3、转向不足和转向过多程度的调节

[0031] 如图5所示，当转向盘转角信号曲线保持不变时，通过调节横摆角速度信号和横向加速度信号的斜率可以调整“转向不足”或“转向过多”的程度。图中曲线1为转向过多，曲线2为中性转向，曲线3为不足转向。曲线1的斜率越大，转向过多的程度越大；曲线3的斜率越小，转向不足的程度越大。

[0032] 4、实验过程

[0033] “向左转向不足”工况：如图3所示，在PC机主控界面内选择“向左转向不足”工况，此时电机运动卡同时控制3个电机按设定运动规律转动，3个电机转动时使转向盘转角传感器、横摆角速度传感器及横向加速度传感器产生一组向左“转向不足信号”，ABS/ESP控制单元接收到该组信号后，便命令ESP系统对左后轮实施制动；

[0034] “向右转向不足”工况：同理，在PC机主控界面内选择“向右转向不足”工况时，3个电机转动时使转向盘转角传感器、横摆角速度传感器及横向加速度传感器产生一组向右“转向不足信号”，ESP系统对右后轮实施制动。

[0035] “向左转向过多”工况：在PC机主控界面内选择“向左转向过多”工况，3个电机转动时使转向盘转角传感器、横摆角速度传感器及横向加速度传感器产生一组向左“转向过多信号”，ESP系统制动右前轮。

[0036] “向右转向过多”工况：在PC机主控界面内选择“向右转向过多”工况，3个电机转动时使转向盘转角传感器、横摆角速度传感器及横向加速度传感器产生一组向右“转向过多信号”，ESP系统制动左前轮。

[0037] 5、数据采集及图形化显示

[0038] 当实验台工作时，数据采集系统实时采集ESP系统的相关传感器信息，并在主控界面内以波形和数字的方式实时显示，以便于对ESP工作过程进行定量分析和研究。主要采集的信息有：4个轮速信号、制动油压信号、制动压力信号、转向盘转角信号、横摆角速度信号、横向加速度信号、制动开关信号及ESP开关信号。

[0039] 需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

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