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SY-025-BY-3 畢業(yè)設計開題報告 學生姓名 劉平藝 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-2班 指導教師姓名 張金柱 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是否□ 題目名稱 汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器的設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 （一）研究現(xiàn)狀 汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器的研究是從ABS(Anti-locked Braking System)開始的。ABS在20世紀80年代開始得到廣泛應用，目前在國外已經(jīng)發(fā)展成為一種非常成熟的技術。國內(nèi)對ABS的研究始于80年代初，國內(nèi)研制ABS的單位主要有東風汽車公司、交通部重慶公路研究所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514廠、西安公路學院等單位和部門。東風汽車公司從80年代初就開始研究ABS，是較早研究ABS的廠家之一，現(xiàn)研究工作的主要目標是對國外的產(chǎn)品進行消化吸收，如將德國瓦布科公司的ABS裝于EQl45型汽車上進行各種試驗。重慶公路研究所相繼開發(fā)出了兩代ABS產(chǎn)品，第一代ABS的ECU（Electronic Control Unit）采用了280芯片。第二代ABS產(chǎn)品為FKX．AC I型，該裝置的ECU中的CPU微處理器采用了美國INTEL公司的MCS．96系列8098單片機，但距離滿足實際應用仍有一定的差距。1998年，重慶聚能汽車技術有限公司在國內(nèi)首家推出適合中國國情的電子式ABS防抱裝置，現(xiàn)已達到年產(chǎn)50萬套的生產(chǎn)能力，是我國國內(nèi)最大的ABS生產(chǎn)基地。 電子穩(wěn)定程序ESP(Electronic Stability Program)是90年代初由德國奔馳公司開發(fā)的車輛穩(wěn)定系統(tǒng)。從1995年至今，伴隨著理論研究的不斷深入和電子技術的發(fā)展，汽車穩(wěn)定性控制得到了很大的發(fā)展，并開始作為選裝件安裝在一些中高檔轎車上。德國BOSCH公司一直是這方面技術的領先者，無論是ABS／ASR(Acceleration Slip Regulation -----驅(qū)動防滑系統(tǒng))還是更先進的ESP系統(tǒng)，技術上都一直處于領先地位，為國際大多數(shù)汽車廠商供應ABS／ASR／ESP系統(tǒng)。1995年，博世成為首家把ESP投入量產(chǎn)的公司，早在1983年，博世的工程師就通過優(yōu)化的ABS控制系統(tǒng)來增強車輛在全力制動時的穩(wěn)定性，博世在1987年注冊了相關的專利，1991年博世同戴姆勒-克萊斯勒公司開始聯(lián)合開發(fā)該項目基地。1995年3月電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)開始批量生產(chǎn)。同年，ESP成功用于梅賽德斯-奔馳汽車的S級車型上。在接下來的數(shù)年里，博世不斷優(yōu)化ESP的設計使得ESP開始廣泛占領了轎車市場。 目前，全球有6家汽車零部件制造商生產(chǎn)ESP，他們是德國的博世，日本電裝，日本愛信精工，德國大陸Teves,美國德爾福，美國TRW。 國內(nèi)汽車穩(wěn)定性控制的研究還處在起步階段，只有少數(shù)學者從事控制方法的仿真研究，而且由于缺少試驗條件，研究還不十分深入，現(xiàn)在吉林大學、清華大學、上海交大、西北工大等高校和中國重汽集團、上海大眾汽車制造公司等企業(yè)也在開展相關的研究工作。東南大學車輛工程系對ESP系統(tǒng)的控制策略和其硬件實現(xiàn)進行了相關研究，并用TMS320F2812系統(tǒng)實現(xiàn)了對車輛的ESP控制。 （二）選題的目的、意義 由于中國在汽車電子方面起步較晚，大多汽車電子控制系統(tǒng)都是借鑒或者直接引用外國的產(chǎn)品和技術，因此我們的設計基本都處在模仿的階段。本次課題就是基于單片機、橫擺角速度傳感儀，車輪角速度傳感儀、車速傳感器等，實現(xiàn)ESP的部分功能。 通過查看汽車事故原因的統(tǒng)計和分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，很多重大交通事故中，車輛往往由于在極端環(huán)境下車輪失去與地面的附著力而導致失控，例如在緊急避讓過程中，突然遇到濕滑、油污路面，或者在過彎當中車速過快而導致的轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度，都有可能讓車輛失控。如果汽車裝有汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器（ESP）,將會大大減少汽車事故發(fā)生率，極大的提高汽車在各種路況下的安全行駛性能。ESP(電子穩(wěn)定系統(tǒng))通過傳感器得知車輛的抱死情況、車輛的橫擺慣量(簡單理解為車身傾側(cè)的程度)，當車輛出現(xiàn)失控趨勢時，對特定的車輪給予額外的制運力，甚至通過調(diào)整車輛的牽引力，務求以最大的程度保持住車輪的附著力。在ESP的默默工作下，車輛遇到險情時往往能夠化險為夷。對于普通駕駛者而言，ESP自然顯得格外重要。 當汽車進行蛇形線路測試的時候就可以有效避免汽車的翻轉(zhuǎn)。ESP 系統(tǒng)不僅僅是在干燥路面上提高了汽車的穩(wěn)定性，還可以在路面附著性比較差的時候，諸如結(jié)冰、濕滑，以及碎石等情況下起作用。在上述不利狀況下，車輪與路面之問的附著力降低，即使是最好的駕駛員也很難將高速行駛的汽車保持在預定的路線上，汽車容易發(fā)生側(cè)滑和跑偏，失去方向穩(wěn)定性，甚至在急轉(zhuǎn)彎的時候發(fā)生翻車事故，這時就需要一個可靠的汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器（ESP）來為駕駛員和乘客的安全保駕護航了。 二、設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 （一）研究的基本內(nèi)容 1、研究汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器的硬件結(jié)構(gòu)和軟件驅(qū)動原理，了解各個傳感器（橫擺角速度傳感器、車速傳感器、車輪角速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器）、執(zhí)行器（ABS泵電磁閥）的功能、驅(qū)動方法（電壓、電流、頻率范圍）等。 2、設計合適的系統(tǒng)擴展電路，計算各個傳感器和單片機的接口電路并且制作電路。 3、針對汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器的設計要求，設計以單片機為核心的制動控制系統(tǒng)，編寫控制程序。 4、開發(fā)完成軟件和硬件控制器,進行技術指標的針對性的試驗。 （二）擬解決的主要問題 1、對傳感器與單片機接口電路的制作。 2、軟件編程。 三、技術路線（研究方法） 1、確定本次設計ESP的技術指標 2、完成功能指標的硬件與軟件分工 硬件 軟件 3、傳感器接口電路的設計 6、軟件結(jié)構(gòu)設計 4、傳感器接口電路的制作 7、程序編制 5、硬件電路的測試 8、軟件測試 9、ESP系統(tǒng)測試與實驗 １、本次設計的主要技術指標：①適用于輕型車；②利用橫擺角速度、車速傳感器、車輪角速度傳感器等，利用差動制動實現(xiàn)汽車橫擺力矩穩(wěn)定性控制。 ２、硬件功能分析：①車輪角速度傳感器４個，通過左右車輪角速度分析，得出左右車輪是否打滑，是否處于不同條件路面。②橫擺角和Ｇ傳感器總成（北京現(xiàn)代），判斷汽車的側(cè)向穩(wěn)定性程度的一個指標。③電子尺，判別汽車轉(zhuǎn)向，控制后單輪幫助矯正轉(zhuǎn)向不足或者過多轉(zhuǎn)向。④車速傳感器（霍爾原理），與車輪轉(zhuǎn)角傳感器做比較分析，判別車輪的滑移率。⑤ＡＢＳ泵電磁閥，由電路控制開啟和關閉，是制動壓力增大或減小或者保持制動壓力。⑥軟件功能，利用匯編語言完成傳感器與執(zhí)行器的聯(lián)系，完成ＥＳＰ功能。 ３、各個傳感器與單片機之間的連接電路的設計，做好限電壓限電流的準備，保護單片機與傳感器的功能與性能。 ４、把設計好驅(qū)動放大電路做成電路硬件。 ５、用萬用表測量電路的各個接口端，看電路是否設計正確合理。 ６、設計軟件設計的流程圖。 四、進度安排 （1）熟悉任務書，準備資料，填寫開題報告 第1~2周（2月28日~3月13日） （2）確定控制算法策略 第3~4周（3月14日~3月27日） （3）對硬件進行設計及電路的設計與制作 第5~6周（3月28日4月10日） （4）用單片機和C語言進行軟件編程 第7~12周（4月11日~5月22日） （5）進行實驗. 第13周（5月23日~5月29日） （6）指導老師評閱、審核及修改不足 第14~16周（5月30日~6月19日） （7）畢業(yè)設計答辯 第17周（6月20日~6月26日） 五、參考文獻 [1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京航空航天大學出版社，2005，(10). [2]謝維成,楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計[M].清華大學出版社,2006,(8). [3]李涵武,趙雨旸.汽車電器與電子技術[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003,(9). [4]王望予.汽車設計[M].機械工業(yè)出版社.2004,(8). [5]韓安.基于嵌入式系統(tǒng)的汽車穩(wěn)定性控制器的開發(fā)和研究[D].東南大學,2009,(4). [6]宗長福,鄭宇,田承偉,潘釗,董益亮.基于直接橫擺力矩控制器的汽車穩(wěn)定系控制策略[J]吉林大學學報，2008,(9). [7]歐健,房占鵬. 車輛動力學穩(wěn)定性系統(tǒng)綜合反饋控制仿真[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2010,(6). [8]陳勝金,李法宗,黃妙華. 波許ESP四通的理論分析[J].汽車技術,2004,(2). [9] 李君．車輛ABS控制系統(tǒng)快速開發(fā)研究[D].上海:上海交通大學,2002. [10]楊妙梁.電子穩(wěn)定程序（ESP）[J].汽車與配件,萬方數(shù)據(jù)，2005，（1-11）. [11]趙林峰,陳無畏,秦煒華,楊軍.地府找路面條件的ESP控制策略[J].機械工程學報，合肥:合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院,2011:109-114. [12]譚剛平,趙龍慶.汽車ABS邏輯門限值控制策略研究[J],西南林學院學報,2006,(4):83—85. [13]Coad P,D North,M Mayfield Object ModelsStrategies,Patterns,and Applications[M], Englewood Cliffs,Prentice Hall,NJ,1995. [14]Jean J.Labrosse著,邵貝貝譯.嵌入式實時操作系統(tǒng)uc/os2[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005,1-8. [15]涂志祥.基于模糊控制的汽車動力學穩(wěn)定性控制(VDC)研究[D]. 湖南:長沙理工大學汽車與機械工程學院, 2004: 49-50. [16]王家輝.汽車ESP系統(tǒng)半動態(tài)測試臺架開發(fā)[D].上海:上海交通大學，2004,3. [17]郭寬有.汽車操縱穩(wěn)定性的影響因素及評價方法研究[J].重慶工學院學報(自然科學版)，2007,10:28-32. 六、備注 指導教師意見： 簽字: 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 汽車側(cè)向穩(wěn)定性控制器的設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-2 學 生 姓 名: 劉平藝 導 師 姓 名: 張金柱 開 題 時 間: 2011年02月28號 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日