基于AMESim的汽车ESP液压系统建模与仿真

[摘 要]汽车电子稳定程序（Electronic Stability Program，ESP）是一种新型的汽车主动安全系统，本文介绍了ESP的系统组成，分析了其工作原理。使用AMESim仿真软件对ESP液压系统进行建模，并设置了有关参数。通过调整不同的液压参数，对仿真结果进行分析，得出各主要参数对ESP制动性能的影响关系。模型仿真结果及分析对ESP液压系统设计及参数设置提供了理论参考，并可缩短ESP开发周期。

[关键词]汽车电子稳定程序 液压系统 建模 仿真

中图分类号：TP16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0289-02

引言

汽车电子稳定程序是目前世界上新型的智能汽车主动安全系统。ESP是汽车防抱死制动系统及牵引力控制系统这两种系统功能上的延伸。ESP对驱动轮及从动轮均可控制，可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP在国外已经批量生产，就整个欧洲而言，大约40%的新注册车辆配备了ESP。而在中国中高级车领域，只有很少的车型配备了ESP，因此对ESP技术的研究具有很大的市场前景和重要意义。

ESP是一个快速响应的系统，各组成液压元件的参数变化将直接影响ESP的工作可靠性，分析其工作中各液压元件参数变化的影响是研究汽车ESP的重要环节，而使用ESP液压系统进行建模与仿真，可以缩短研发周期及减小试验成本，为ESP研究提供有力依据[1][2]。

1. ESP液压系统组成及工作原理[3][4][5]

ESP系统由传统制动系统、传感器（轮速传感器、转向角度传感器、侧滑率和加速度传感器）、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元（ECU）和辅助系统组成。其中液压调节器是ESP的执行元结构，由阀体、阀、蓄能器、泵和电机组成。液压调节器安装在主缸和轮缸之间，主要作用是ESP依据ECU传送的控制信息，自行控制各制动轮缸的制动压力。

ESP液压调节器系统组成如图1所示。液压调节器工作原理如下：系统进入ESP工作模式后，当ESP增压时，电磁阀7、电磁阀8、电磁阀12通电，电磁阀14断电，油液在3的作用下通过7及回油泵进入高压阻尼器，减弱了液压油脉动后经过电磁阀12进入制动轮缸推动轮缸中的活塞进行制动。当7和8都断电时增压阀12前端受到的压力就是由驾驶员施加。在制动达到一定强度时，ESP进入保压状态，电磁阀14、电磁阀12、电磁阀8、吸入阀7断电切断轮缸与主缸和蓄能器的油路。当ESP减压时电磁阀12和吸入阀7关闭，电磁阀14通电，油液就会进入蓄能器13内储存起来，将会成为下次ESP工作的油源；在ESP下一次的工作过程中，液压油会通过泵11，通过压蓄能器13再次进入轮缸。直到系统退出ESP模式。

2. ESP液压模型的建立及参数设置

2.1 ESP液压调节器AMESim模型

根据ESP液压原理图1，在AMESim中建立液压调节器的模型如图2所示。上面两个接口连接制动主缸，下面的4个接口连接制动轮缸。制动主缸采用液压库中的恒压源；常开阀模型、常闭阀模型、泵模型、单向阀模型、低压蓄能器模型和缓冲腔模型都来自液压库；控制信号采用软件信号库中的模型；电动机模型来自机械库；制动轮缸采用AMESim中Demo中的轮缸模型。

在搭建完液压调节器模型后需要选择子元件的模型，此时进入Submodel模式，在该模式下选择元件子模型。设计中液压系统制动液选择FP04、二位二通阀选用PV022、节流阀选用OR000、单向阀选用CV001、储能器选用HASPO、液压泵选用PU001、电动机选用PM00、控制信号选用UD00、管路选用HL04。

2.2 ESP模型参数设置

在选择了元件子模型后，下一步需要进行参数设置，进入参数模式选择模型参数。AMESim软件中的模型都有参数选项和初始值，只需对参数进行合理的修改即可。对主要液压模型参数的设置如表1所示。

3.ESP建模仿真及结果分析

3.1 不同电磁阀频率仿真

进入参数模式，更改二位二通阀的自然频率，分别设为10HZ、50 HZ、100 HZ进行仿真，得到如图3所示的制动轮缸增压和减压效果。说明在电磁阀自然频率由小到大变化时，轮缸的压力增减响应也越来越快。

3.2 不同电磁阀流量仿真

分别设置增压电磁阀的流量为1L/min、3L/min 、5L/min和7L/min，运行得到如图4所示的不同电磁阀流量对轮缸的增压特性的曲线。由图可以看出随着电磁阀流量的增加，轮缸的增压的响应时间变短。

3.3不同节流阀流量仿真

分别设置节流阀的流量孔径分别为0.5mm、0.6mm和0.7mm，可以得到不同节流阀孔径对轮缸压力的影响曲线图5。从图中可知，随着节流阀孔径的不断增大，轮缸压力的响应时间会逐渐缩短。

3.4 不同蓄能器直径仿真

保持蓄能器模型的其他参数不变，分别设置蓄能器的直径为10mm、25mm、40mm，可以得出不同蓄能器直径时，制动轮缸的压力释放曲线图6和蓄能器的活塞位移曲线图7。由图6和图7可以看出随着蓄能器直径的增大，轮缸压力释放越快、活塞位移变化量越小。同时，图6和图7综合考虑可知，当蓄能器活塞位移变化小于最大值时，轮缸压力释放的时间几乎没有差异。

4.结论

本文介绍并分析了ESP液压系统的组成及工作原理，基于AMESim建立了ESP的液压调节器模型，对ESP模型进行了参数设置。对模型进行仿真、分析，得出各参数对ESP制动性能的影响，为ESP液压系统及参数设计提供理论参考。

参考文献

[1] 丁海涛，郭孔辉，张建伟，等.汽车ESP硬件与驾驶员在回路仿真试验台的开发与应用[J].汽车工程，2006，28（4）：346-350

[2] 李晔，陈南.汽车ESP液压系统建模与仿真研究[J].汽车电子世界，2005（2）：12-15.

[3] 祈雪乐，宋健，王会义，李亮.基于AMESim的汽车ESP液压控制系统建模与分析[J].机床与液压，2005（8）：115-118.

[4] 李以农，谢敏松，米林.基于AMESim的汽车ESP液压系统建模[J].计算机辅助工程，2010，19（2）：36-40.

[5] 国BOSCH公司，BOSCH汽车工程手册[M]，顾伯良，译.北京理工大学出版社，2004：187-188.