基于嵌入式系统的汽车稳定型控制器的研究设计

基于嵌入式系统的汽车稳定型控制器的研究设计
【摘要】汽车稳定性控制系统是在汽车上逐渐普及开来的安全控制技术，它能够根据驾驶员的意图、汽车的运动状态、周围环境等因素控制车辆的运动，从而防止危险状况的发生，提高汽车行驶的安全性以及操作的稳定性。

汽车稳定系统在汽车市场具有非常广阔的市场前景。

因此，开发具有自出产权的汽车稳定系统对于我国的汽车工业具有非常重要的意义。

【关键词】电子稳定性程序;控制;控制策略
1.引言
近些年来，随着汽车工业的高速的发展，汽车的生产量和社会的保有量大幅度的增多，这就造成了交通事故也逐年的上升，汽车安全问题已经成为社会不可忽视的一个问题。

根据汽车安全协会的调研报告，由于超速或者是失误的操作造成的死亡事故大概占30%，而由于侧面碰撞造成的死亡的事故大概占有60%，这些已经严重的影响到了人们的生活。

因此，对于汽车的安全的研究就显得极其的重要。

目前，在汽车工程以及相关的领域，从主动安全方面来进行考虑，如何最大限度的减少交通事故，减少人员的伤亡成为科研人员急需解决的科技的难题。

汽车电子稳定系统（ESP）继驱动防滑系统和自动防抱死系统之后出现的主动安全系统，是在汽车主动安全领域的一个重大的飞跃，对于汽车安全的研究具有极其重要的意义。

2.汽车稳定控制技术
当汽车在高速的转向行驶或者在湿滑路面上转向行驶，由于受到转向或者外界的干扰，侧向的附着力容易达到极限，从而会使汽车的稳定性降低，从而产生侧滑或者是甩尾，在这种情况下容易造成交通事故。

此外，如果汽车两侧的车轮所在的路面的附着系数不相同的时候，也容易差生比较大的横摆力，从而会影响到车辆行驶的稳定性能。

ESP控制技术可以改善汽车在这些情况下的操纵稳定性，其主要是通过控制车辆的横摆角的速度，把侧偏角控制在一定的范围之内，能够自动的修正补偿系统驱动力和制动力，补偿综合系统的控制功能，从而能够控制好高速行驶汽车的横向动力，减少交通事故的发生。

控制器能够通过在四个车轮上合理的分配制动力来实现ESP的控制，制动力在整个车上会产生一个横摆力矩，通过对这个力矩的控制，能够控制车辆的横摆和偏侧，因此在各种操控的条件当中，通过控制车轮上的牵引力和制动力是最为有效的控制车辆稳定的方法。

在ESP控制系统当中，四个车轮子的控制力可以独立于驾驶员从而得到主动控制。

当车辆出现过度转向的时候，ESP系统对汽车的右前轮进行制动，使汽车能够回归到正常的轨道。

如果出现转向不足的情况，ESP系统则会对左后轮进行制动，使汽车回归正常的运行轨道，从而能够避免事故的发生。

3.ESP的研究设计
控制器的硬件设计：
在车辆稳定控制系统当中，需要检测车身的状态。

ABS控制系统当中会实时的计算车辆的车速的大小。

ESP在此基础上，同时计算了车辆运行的时候车身的横摆角速度和侧向的加速度还有方向盘的转角，ESP控制通过控制器输出控制信号，控制信号来控制液压执行结构的电磁阀从而控制制动轮缸的油压。

控制器包含了以下的电路：采集横摆角速度信号电路、采集侧向加速度信号电路、采集方向盘转角电路、采集车辆四个车轮轮速电路和电磁阀驱动电路。

控制器当中同时还包括了串口通讯电路，用来将控制器当中的实时数据传送到上位机当中用来分析。

本控制器采用了Freescale MC9S12DG128B单片机作为控制器的主控单元，该单片机的频率为25MHz，总线频率8MHz，供电电压为5V，输入输出的引脚的电压为5V。

采集轮速信号电路主要控制的参考变量为车轮的加速度和滑移率，可以采用周期法和频率法两张方法。

方向盘转角信号的采集采用的是7位格雷码的数字信号，通过利用单片机的输入输出端口采集到数字信号并对其进行解码就能够得到方向盘转角的度数。

车辆横摆角速度和侧向加速度的信号采集是采用0.5～4.5V的模拟信号，利用单片机的ATD的功能转换进行数字信号的处理。

电磁阀电机驱动通过普通的输入输出端口，通过控制输入输出端口的高低电平，控制场效应管栅极和源极的电压，控制电机和电磁阀的控电情况。

传感器采集到的信号经过采集电路被滤波整形放大，变成了单片机能够读入的信号，电磁阀电机驱动电路进行D/A转换，生成的模拟信号来控制电机和电磁阀的动作。

4.仿真验证
基于控制器的数学模型进行了安装了ESP系统的纯数字的仿真，仿真结果证实了ESP对于车辆稳定的调节作用，采用硬件在环仿真实验能够接近真实的道路试验的结果。

仿真的初始设置条件车辆的加速度为100km/h，路面的附着的系数为0.5，图1显示了未加ESP和加了ESP控制的仿真的结果。

图1 仿真结果图
仿真结果表明，没有施加ESP的车辆横摆角速度名义值和实际值出现很大的偏差，车辆明显失去稳定，而施加了ESP控制之后，控制系统对车辆进行了必要的制动力敢于，车辆的横摆角速度在允许范围内，从而保证了车辆的稳定。

5.结论
在ABS和TCS技术上发展起来的ESP系统发展起来的新型的主动安全控制系统，ESP系统实时的监控了汽车的运行的姿态，能够根据驾驶员对车辆的操作
来决策出最理想的车辆的运行的情况，从而能够确保车辆的安全和稳定性能。

结果表明，该系统具有实时性强、功能完善等特点，为ESP开发提供了有效的手段。

参考文献
[1]黄丽.电子稳定程序ESP受到德国新注册车辆欢迎[J].商用汽车，2009，04：121.
[2]佟星.ESP的普及[J].汽车安全，2007，5：27-28.
【摘要】汽车稳定性控制系统是在汽车上逐渐普及开来的安全控制技术，它能够根据驾驶员的意图、汽车的运动状态、周围环境等因素控制车辆的运动，从而防止危险状况的发生，提高汽车行驶的安全性以及操作的稳定性。

汽车稳定系统在汽车市场具有非常广阔的市场前景。

因此，开发具有自出产权的汽车稳定系统对于我国的汽车工业具有非常重要的意义。

【关键词】电子稳定性程序;控制;控制策略
1.引言
近些年来，随着汽车工业的高速的发展，汽车的生产量和社会的保有量大幅度的增多，这就造成了交通事故也逐年的上升，汽车安全问题已经成为社会不可忽视的一个问题。

根据汽车安全协会的调研报告，由于超速或者是失误的操作造成的死亡事故大概占30%，而由于侧面碰撞造成的死亡的事故大概占有60%，这些已经严重的影响到了人们的生活。

因此，对于汽车的安全的研究就显得极其的重要。

目前，在汽车工程以及相关的领域，从主动安全方面来进行考虑，如何最大限度的减少交通事故，减少人员的伤亡成为科研人员急需解决的科技的难题。

汽车电子稳定系统（ESP）继驱动防滑系统和自动防抱死系统之后出现的主动安全系统，是在汽车主动安全领域的一个重大的飞跃，对于汽车安全的研究具有极其重要的意义。

2.汽车稳定控制技术
当汽车在高速的转向行驶或者在湿滑路面上转向行驶，由于受到转向或者外界的干扰，侧向的附着力容易达到极限，从而会使汽车的稳定性降低，从而产生侧滑或者是甩尾，在这种情况下容易造成交通事故。

此外，如果汽车两侧的车轮所在的路面的附着系数不相同的时候，也容易差生比较大的横摆力，从而会影响到车辆行驶的稳定性能。

ESP控制技术可以改善汽车在这些情况下的操纵稳定性，其主要是通过控制车辆的横摆角的速度，把侧偏角控制在一定的范围之内，能够自动的修正补偿系统驱动力和制动力，补偿综合系统的控制功能，从而能够控制好高速行驶汽车的横向动力，减少交通事故的发生。

控制器能够通过在四个车轮上合理的分配制动力来实现ESP的控制，制动力在整个车上会产生一个横摆力矩，通过对这个力矩的控制，能够控制车辆的横
摆和偏侧，因此在各种操控的条件当中，通过控制车轮上的牵引力和制动力是最为有效的控制车辆稳定的方法。

在ESP控制系统当中，四个车轮子的控制力可以独立于驾驶员从而得到主动控制。

当车辆出现过度转向的时候，ESP系统对汽车的右前轮进行制动，使汽车能够回归到正常的轨道。

如果出现转向不足的情况，ESP系统则会对左后轮进行制动，使汽车回归正常的运行轨道，从而能够避免事故的发生。

3.ESP的研究设计
控制器的硬件设计：
在车辆稳定控制系统当中，需要检测车身的状态。

ABS控制系统当中会实时的计算车辆的车速的大小。

ESP在此基础上，同时计算了车辆运行的时候车身的横摆角速度和侧向的加速度还有方向盘的转角，ESP控制通过控制器输出控制信号，控制信号来控制液压执行结构的电磁阀从而控制制动轮缸的油压。

控制器包含了以下的电路：采集横摆角速度信号电路、采集侧向加速度信号电路、采集方向盘转角电路、采集车辆四个车轮轮速电路和电磁阀驱动电路。

控制器当中同时还包括了串口通讯电路，用来将控制器当中的实时数据传送到上位机当中用来分析。

本控制器采用了Freescale MC9S12DG128B单片机作为控制器的主控单元，该单片机的频率为25MHz，总线频率8MHz，供电电压为5V，输入输出的引脚的电压为5V。

采集轮速信号电路主要控制的参考变量为车轮的加速度和滑移率，可以采用周期法和频率法两张方法。

方向盘转角信号的采集采用的是7位格雷码的数字信号，通过利用单片机的输入输出端口采集到数字信号并对其进行解码就能够得到方向盘转角的度数。

车辆横摆角速度和侧向加速度的信号采集是采用0.5～4.5V的模拟信号，利用单片机的ATD的功能转换进行数字信号的处理。

电磁阀电机驱动通过普通的输入输出端口，通过控制输入输出端口的高低电平，控制场效应管栅极和源极的电压，控制电机和电磁阀的控电情况。

传感器采集到的信号经过采集电路被滤波整形放大，变成了单片机能够读入的信号，电磁阀电机驱动电路进行D/A转换，生成的模拟信号来控制电机和电磁阀的动作。

4.仿真验证
基于控制器的数学模型进行了安装了ESP系统的纯数字的仿真，仿真结果证实了ESP对于车辆稳定的调节作用，采用硬件在环仿真实验能够接近真实的道路试验的结果。

仿真的初始设置条件车辆的加速度为100km/h，路面的附着的系数为0.5，图1显示了未加ESP和加了ESP控制的仿真的结果。

图1 仿真结果图
仿真结果表明，没有施加ESP的车辆横摆角速度名义值和实际值出现很大
的偏差，车辆明显失去稳定，而施加了ESP控制之后，控制系统对车辆进行了必要的制动力敢于，车辆的横摆角速度在允许范围内，从而保证了车辆的稳定。

5.结论
在ABS和TCS技术上发展起来的ESP系统发展起来的新型的主动安全控制系统，ESP系统实时的监控了汽车的运行的姿态，能够根据驾驶员对车辆的操作来决策出最理想的车辆的运行的情况，从而能够确保车辆的安全和稳定性能。

结果表明，该系统具有实时性强、功能完善等特点，为ESP开发提供了有效的手段。

参考文献
[1]黄丽.电子稳定程序ESP受到德国新注册车辆欢迎[J].商用汽车，2009，04：121.
[2]佟星.ESP的普及[J].汽车安全，2007，5：27-28.。