2．2．1 電壓放大模塊
在該設(shè)計的模塊中，由于實驗小車的本身的速度的局限性通過加速度傳感器采集到的電壓信號較弱，需要對電壓信號進行放大。主要采用芯片LM324對模擬信號進行放大，便于后面的電壓比較器處理。由于采用的加速度傳感器芯片的特殊性質(zhì)，在0 g或者靜止的情況下，輸出模擬電壓大概為1．2 V，經(jīng)過電壓放大模塊以后，電壓由原來的1．2 V放大到1．8 V左右。由圖3可以看出，采用同相比例電壓放大，由管腳1輸出來的電壓就是1．8 V，根據(jù)設(shè)計的原理圖，由反饋回路上的兩電阻比值得知，運算放大倍數(shù)為3倍，由于實際測試的時候LM324運算放大器采用3 V直流電源供電，所以同相比例放大器沒有按照理論上的3倍進行放大，而僅僅放大了1．5倍，經(jīng)過放大的1．8 V的模擬電壓信號經(jīng)過濾波電路，接入到比較器的6管腳，與設(shè)定的電壓值進行比較。
2．2．2 電壓比較器模塊
在電壓比較模塊中，選擇LM324芯片作為比較器，比較器正向輸入設(shè)定的電壓值，以此來模擬汽車在穩(wěn)定行駛時的數(shù)據(jù)，實際小車測到的實驗數(shù)據(jù)接入比較器負向輸入。理想狀態(tài)下，當實際測得電壓值小于設(shè)定的電壓時，比較器邏輯出高電平，則根據(jù)電路原理圖可知，LED1不發(fā)光，而LED2發(fā)光，相反，如果實際測得電壓數(shù)據(jù)大于設(shè)定的理論值，則比較器邏輯出低電平，此時LED1燈發(fā)光而LED2燈不發(fā)光。通過LED的亮滅，來判斷此時小車是否是加速度過大，是否是穩(wěn)定行駛的狀態(tài)。
在測試過程中，由于電壓比較器的供電電壓也是3 V的直流電源，所以模塊一經(jīng)上電，LED1就會點亮，表示電路工作正常，模擬實際汽車行駛的安全狀態(tài)，此時ESP不工作；當加速度傳感器感應(yīng)到危險狀態(tài)，輸出模擬電壓較大電壓時，實驗小車不在預(yù)定的狀態(tài)行駛，此時LED2點亮，而LED1熄滅，LED2燈點亮發(fā)出警告此時小車處于不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，同時也預(yù)示，汽車的ESP系統(tǒng)要從待命狀態(tài)進入工作狀態(tài)。在實際演示過程中，經(jīng)過多次試驗，設(shè)定的電壓值為1．8 V是比較合適的。
2．3 實驗制動模塊的模擬設(shè)計
ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)在工作時，當ECU接收到輪速傳感器傳來的信號時，電子控制單元就會下達相關(guān)指令到執(zhí)行器一液壓調(diào)節(jié)器。液壓調(diào)節(jié)器通過控制各個車輪的制動回路，來主動調(diào)節(jié)汽車行駛的不穩(wěn)定狀態(tài)，及時糾正汽車的行駛方向，使汽車主動回到預(yù)定的行駛軌道，保證行車安全。
2．3．1 制動模塊模擬設(shè)計的原理分析
考慮到實驗小車的驅(qū)動模塊已存在，無法對驅(qū)動模塊進行干涉，在模擬設(shè)計中，主要采用繼電器對小車的驅(qū)動后輪電機進行短暫的制動，繼電器主要起轉(zhuǎn)換電路的作用，通過三極管NPN9013的導通與截止，來控制繼電器工作，當繼電器工作時，繼電器線圈有電流通過，產(chǎn)生電磁力，吸引繼電器內(nèi)部銜鐵轉(zhuǎn)換電路，切斷后輪電機的工作回路，電機停止工作；短暫的時間后，繼電器斷電，內(nèi)部開關(guān)主動回到原來的位置，小車繼續(xù)工作。
2．3．2 制動模塊模擬設(shè)計的原理仿真圖
該設(shè)計模塊主要模擬ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)在工作時，對汽車行駛狀態(tài)進行主動干涉效果。由圖4可知，當預(yù)險警示模塊得到邏輯高電平時，三極管基極得到高電平。此時三極管導通，繼電器線圈瞬間有電流通過，產(chǎn)生電磁力，吸合銜鐵，圖4中的繼電器內(nèi)部開關(guān)由靜觸點換擋到動觸點，此時，電路導通，LED4燈點亮，表明有信號輸入，且信號為高電平。

在實驗過程中，無法動態(tài)測試實驗小車制動模塊的電壓，只能通過繼電器的轉(zhuǎn)換電路功能來控制小車的后輪電機，將繼電器的公共端和靜觸點位置這兩段接入后輪電機的回路，以此來判斷小車是否被制動。而在電路圖的仿真過程中，由于硬件的原因，直觀看不到繼電器的內(nèi)部開關(guān)有所變化，所以，將LED4燈接入電路，測試電路是否工作，LED4燈點亮，說明電路正常工作，見圖5。
由模擬仿真圖可以看出，當小車出現(xiàn)急速轉(zhuǎn)彎的情況下，電壓比較器出邏輯高電平，LED2燈發(fā)光，依次警告駕駛員小車的不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，高電平約為3．8 V，到達三極管基極電壓約為0．89 V，此時三極管導通，繼電器線圈兩端電壓約為4．9 V，由于繼電器的工作電壓是5 V，繼電器線圈有電流通過，產(chǎn)生電磁力，繼電器內(nèi)部的銜鐵由靜觸點變換到動觸點，由于公共端接6 V電壓，電路導通，LED4發(fā)光，此時表示繼電器完成制動。當實驗小車正常行駛時，即電壓比較器出低電平，此時，三極管截止，繼電器的線圈無電流通過，繼電器保持原始態(tài)。

2．3．3 實驗小車的實物圖
實驗小車的實物如圖6所示。

3 結(jié)語
本文介紹了ESP電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)的工作原理和控制流程，將理論與實踐結(jié)合，模擬出ESP系統(tǒng)在行車過程中的功效。通過設(shè)計電路圖以及對電路圖的仿真，從理論上達到了ESP系統(tǒng)警示駕駛員和主動制動汽車的目的。在模擬設(shè)計的警示模塊中，對加速度傳感器采集到的模擬信號進行放大、比較處理，得到高低邏輯電平，當出現(xiàn)邏輯低電平時，表示ESP系統(tǒng)處于待命狀態(tài)；當出現(xiàn)邏輯高電平時，相應(yīng)的LED燈點亮，表示ESP系統(tǒng)從待命狀態(tài)進入工作狀態(tài)。此時制動模塊接收到命令，開始對小車的行駛狀態(tài)進行干涉，繼電器轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)部銜鐵由靜觸點變換到動觸點，切斷小車后輪電機的驅(qū)動回路，達到制動目的。
由于實驗條件的局限性以及理論與實踐的差距，實驗小車在急速轉(zhuǎn)彎行駛過程中，加速度傳感器捕捉到危險信號的時間較短，LED燈瞬間點亮，繼電器工作切斷驅(qū)動回路，制動小車，此時再控制小車運動，只能通過信號指示燈來判斷是想要前行還是后退。
總之本文利用較簡單的設(shè)計思想實現(xiàn)了ESP系統(tǒng)在行車過程中提高汽車操縱穩(wěn)定性方面的作用演示，小車模型軌跡跟隨性較好。希望這一設(shè)計思路對電子專業(yè)的理論教學和實踐教學有一定的輔助作用，讓學生在探索的過程中，綜合運用所學知識，理論聯(lián)系實際，提高發(fā)現(xiàn)問題分析問題、解決問題的能力。該模擬設(shè)計實物運行效果良好，此設(shè)計思路和方法推廣應(yīng)用可使更多學生受益。