典型ESP液压系统的AMESim建模与动态特性分析

　　引 言

　　ESP (Electronic Stability Program)译名电子稳定程序，其发明目的是防止那些引起大多数车辆事故的失控状况发生[1]。电子稳定程序使用各种传感器及电子、液压系统检测并预防车辆侧滑，提升了车辆的安全性和操控性[2]。其中液压系统是它的执行机构，目前国内对其液压特性分析的研究还相对较少[3]。

　　AMESim 是法国 IMAGINE 公司开发的软件平台，包含了很多适合于动态特性仿真的液压模块[4]。本文正是基于该软件平台，对典型 ESP 液压系统进行建模和动态特性的仿真，为新型 ESP 液压系统的开发提供理论依据。

　　1 系统的组成和工作原理

　　一个完整的 ESP 液压系统需要很多部件协同工作，图1 为一轿车所配置的典型 ESP 液压系统及相关部件组成的示意图。ESP 液压系统的主要功能是主动调节制动轮压力，控制车辆达到稳定状态。

　　其中的各种传感器(图1 中 2、6、9)实时检测轮速、方向盘角度、车辆的横向、侧向加速度和车辆横摆角速度，以确定车辆的当前状态。如果感知到车辆出现了不稳定的状况，信号会及时传递到电子控制单元，电子控制单元根据预置的软件控制逻辑，输出相应控制指令，有些指令是通过 CAN 总线传递到发动机进行控制干预，但大部分是通过 ESP 液压系统来实现的。

　　典型ESP 液压系统的液压原理图如图2 所示。该系统主要元件：12 个电磁阀，2 个带有主动吸入功能的回流泵，1 个直流电机，2 个低压蓄能器，1 个压力传感器，还有外围的输入输出设备：1 个制动主缸、4 个制动轮缸，多根制动硬、软管。该液压系统在正常制动过程中保持所有电磁阀的原始开闭状态。主动增压时，关闭 USV，打开 HSV，电机转动带动回流泵 sRP 从主缸 MC1/2 吸入制动液，回流泵电机的运动同时将这些制动液压入到制动轮缸里，完成主动增压的功能一般仅需不到1 s 的时间。

　　2 系统的AMESim 模型

　　为研究图2 所示的ESP 液压系统动态特性，在AMESim 环境中搭建的典型 ESP 液压系统如图3 所示。

　　在实际仿真过程中，只需取四分之一模型即可，如图 4 所示。四分之一模型包含 1 个制动主缸、1 个制动轮缸，2 个控制轮缸的电磁阀，2 个控制 ESP 主动增压的电磁阀。制动主缸和轮缸用 AMESim 里的HCD 库元件搭建，2 个输入阀(常开阀)用 AMESet进行设置和封装，并且对每个电磁阀和电机进行单独的信号控制。

　　3 系统的仿真结果分析

　　基于图4 的 AMESim 液压仿真模型，可以分别进行在不同的电磁阀控制方式、不同的回流泵和节流孔大小、不同的制动硬管弹性模量、不同的制动液温度工况、ESP 的增值工况和 ESP 里的 ABS 工况下的动态性能仿真，仿真结果见图5~13 所示。图5 说明同时控制USV 和HSV 会造成瞬时液压闭合回路，两者信号应有延迟;其中，图5(右)在1.5s 时出现瞬时峰值流量，因独立控制，而图 5(左)中则不会出现。