汽车ESP液压系统建模与仿真研究

路边

摘要：ESP是新型主动安全系统，它能根据驾驶员的意愿、路面状况及汽车的运动状态控制车辆的运动，提高汽车的操纵稳定性和行驶安全性。本文介绍汽车电子稳定系统的基本原理。然后建立了用于电子稳定系统的液压模型。本研究在MATLAB/Simulink仿真环境下实现了带汽车ESP液压系统模型的计算机仿真。最后对电子稳定系统增压、减压和保压三个典型的工况进行仿真，从而验证液压模型的正确性。
关键词：汽车稳定系统；操纵稳定性；液压模型；系统仿真
引言
汽车电子稳定系统ESP（Electronic Stability Program）是在ABS、ASR基础上发展而成的行车稳定系统。ABS可以防止汽车制动时抱死，ASR可防止驱动时打滑，而ESP则可以防止转向时车辆被“推离”弯道，或从弯道甩出。其具体控制策略如下[1]：
（1） 过度转向（Over Steer）
当车辆行驶时，由于外在意外造成转向过度，而使后轮打滑，而使车辆抛出车辆转弯曲线，此时ESP利用制动力量将前轮外侧车轮煞住，而车辆前轮会有瞬间向外的力量，而使在转弯的力量减少，同时使后轮打滑现象减少。
（2） 不足转向（Under Steer）
当车辆行驶时，由于车辆转弯时发动机功率过大致使车辆前轮打滑，此时ESP计算机会作制动前轮内侧车轮，而使车轮向内侧移动，使车辆依据驾驶员行驶路线行驶。
除了ABS和ASR的优点之外，ESP还在下列几方面进一步改善主动驾驶安全性：
1)ESP虽然也是调节纵向力，但ABS／ASR只把车轮作为控制系统，而它是把整个车
辆作为一个控制系统来调节各个车轮的纵向力大小及匹配；
2)在汽车处于侧向临界状态时，能够主动辅助驾驶员操纵车辆；
3)汽车在任何行驶状态下如紧急制动、部分制动、滑行、加速等均可使汽车的稳定性和按预定轨迹行驶的能力提高；
4)当驾驶员由于惊慌而过度转向或过多制动时ESP系统能有效地阻止汽车急转；
5)汽车轮胎与路面附着系数得到更有效地利用；
6)由于汽车在极限行驶状态时易于操作，驾驶员可将注意力集中到处理可能出现的交通事故上。
2液压调节器
液压调节器是ESP系统的主要执行机构，其基本结构与ABS/ASR液压调节器相似，但为了提高响应速度，ESP系统的液压调节器比ABS/ASR多了预压泵和压力生成器。

图1为Bosch公司的HU5.0液压调节器[2]。该系统闭路和分路的制动回路要求预压泵不能直接接到回流泵的上游，而应施加到压力生成器上，此单元接在制动总泵和ABS/ASR液压部件之间。一旦需要制动压力，预压泵接通将制动液供给压力生成器，将此单元中的两个柱塞分开。
机械关闭压力生成器的中心阀，使来自压力生成器两个缸中的制动液通过打开的预压泵输给ABS/ASR液压系统中的回流泵。回流泵预供油意味着即使在低温时也能保证车轮制动器迅速建立制动压力。
3液压调节器建模
由于ESP系统是一种快速响应系统，因此执行机构的动态特性就起着至关重要的作用。所以ES液压系统的建模与仿真是整个系统仿真和设计的基础。然而汽车稳定性控制系统（ESP）的液压调节器结构比较复杂，如果根据每个液压元件的特性建立整个液压调节器系统的结构化模型将十分困难，且模型的计算精度取决于液压元件参数的准确程度，而液压系统的参数又是比较难以测量的。其实在汽车稳定性控制仿真中最为关心的足从ECU发出控制指令到各制动轮缸产生压力的变化过程，因此可以通过建立液压系统的等效模型来描述液压调节器的这一特性，建立参数化模型，通过试验的方法辨识模型的参数。这样建立的液压调节器模型不但形式简单，计算速度快，而且由于采用了参数辨识的方法，也具有很高的精度。通过对液压调节器特性的理论分析和试验研究表明，可以把液压调节器的压力调节特性看作是由节流特性和纯滞后特性两个环节组成的。液压调节器模型是描述从电子控制单元发出控制指令起，制动主缸的压力传递到制动轮缸的过程。为了简化期间，我们认为汽车稳定性控制液压调节器的四个控制通道互不影响。本文根据理论分析的结果[3]，选择增压时的制动轮缸压力变化率为


ESP对液压调节器的滞后特性也有一定要求，否则滞后时间过大会导致汽车ESP控制失效。在ESP控制过程中，系统由采集信号到获得制动力矩的变化，在各传递环节上都消耗一定的时间，一般由如下几部分组成[4]：
（1）信号从车轮传感器到ECU的时间为0.001s。
(2)  ECU发出指令到电磁阀开闭时间为0.003s。
(3)  制动压力伺服控制动作时间为0.005s。
(4)  制动压力脉冲由主缸到轮缸的迟滞时间为0.0001s。
(5)  制动压力转换到制动力矩迟滞，增压制动迟后时间为0015s，减压制动迟后时间为0.010s。
总反应时间近似取为：液压系统增压迟滞时间为0025s，减压迟滞时间为0015s。
4实验与仿真
本液压调节器模拟系统主要采用成熟的商业软件MATLAB/Simulink来建立。MATLAB/Simulink是一种成熟的建模与仿真软件，大部分程序可采用可视化模块，避免代码编制的繁琐工作，从而大大提高了工作效率。图2为ESP液压系统动态特性试验系统简图。由计算机发出压力调节指令，通过驱动电路控制液压调节器，可实现增压和减压两种工作状态及相互之间的切换。根据试验内容要求，压力测试点选在制动轮缸入口。

图3给出了在增压工况中轮缸压力实验与仿真曲线，结果表明两者数据非常接近。图4和图5给出了减压和保压工况下的实验与仿真压力曲线，两者数据同样很接近。由此表明文中建模方法的合理性与正确性及所建模型与实际模型能较好吻合。

5结论
在汽车（ESP）液压系统建模过程中，要考虑的因素很多，最基本的就是在保证数学模型能较好的反映物理模型本质的前提下对其进行合理的简化，以利于系统模型的搭建和系统仿真。
本文给出了ESP液压系统模型，并利用MATLAB/Simulink对其进行仿真。结果表明，文中所建液压系统模型与实际模型虽然有一定差异，但两者有较好的逼近度，所以文中所建液压模型能较好的满足系统仿真要求。

wjwyt0876

好!!!我要!!!

kolind

好帖，喜欢

cn_xiaohei

Matlab/simulink是个so 强大的系统！！！