一種雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng) 及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車行駛速度的不斷提高，人們對(duì)汽車行駛平順性提出了越來越高的要求， 但常規(guī)的帶橫向穩(wěn)定桿的被動(dòng)懸架很難同時(shí)滿足乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性的要求，而且無 法實(shí)時(shí)地調(diào)整懸架的側(cè)傾角剛度。在高速轉(zhuǎn)向時(shí)車輛易產(chǎn)生側(cè)傾，側(cè)傾過大容易使駕駛員 產(chǎn)生疲勞和不安全感；而主動(dòng)穩(wěn)定桿系統(tǒng)能在車輛產(chǎn)生側(cè)傾趨勢(shì)時(shí)給車輛快速施加反側(cè)傾 力矩，防止車輛側(cè)傾，大大減小車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度，因而提高乘坐舒適性，增大獨(dú)立 懸架的輪胎法向力，從而改善車輪與路面的附著狀況等。因此，車輛主動(dòng)側(cè)傾控制研宄是汽 車領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)問題之一。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)還沒有生產(chǎn)制造主動(dòng)穩(wěn)定桿系統(tǒng)的汽車企業(yè)，且也無自主開發(fā)的能力， 國(guó)產(chǎn)汽車的穩(wěn)定桿一般都屬于被動(dòng)式，而這類穩(wěn)定桿在反側(cè)傾程度上的能力十分有限，尤 其針對(duì)越野車這類側(cè)傾程度較大的，被動(dòng)式的穩(wěn)定桿就顯得更加吃力，因此，在安全性與舒 適性上，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到主動(dòng)穩(wěn)定桿的要求。只有一些高校等研宄單位在這方面做了一定的 研宄，但都沒有取得突破性的進(jìn)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的首要目的在于提供一種在車輛高速轉(zhuǎn)向時(shí)，能夠提高車輛的駕駛安全性 和乘坐舒適性的雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的 控制系統(tǒng)，包括前通道控制單元和后通道控制單元，二者之間通過I2C總線雙向通訊，所述 前通道控制單元的輸入端分別與車速傳感器、橫向加速度傳感器、前通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳 感器的輸出端相連，前通道控制單元的輸出端與前通道無刷直流電機(jī)的輸入端相連，前通 道無刷直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)至前通道穩(wěn)定桿；所述后通道控制單元的輸入端與后通道電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出端相連，后通道控制單元的輸出端與后通道無刷直流電機(jī)的輸入 端相連，后通道無刷直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)至后通道穩(wěn)定桿。
[0006] 所述前通道控制單元由車速信號(hào)處理電路、橫向加速度信號(hào)處理電路、前通道電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路、前通道主控芯片和前通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路組成；所述 前通道主控芯片的輸入端分別與車速信號(hào)處理電路、橫向加速度信號(hào)處理電路、前通道電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路的輸出端相連，車速信號(hào)處理電路的輸入端與車速傳感器的輸出 端相連，橫向加速度信號(hào)處理電路的輸入端與橫向加速度傳感器的輸出端相連，前通道電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路的輸入端與前通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出端相連；前通道主 控芯片的輸出端與前通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路的輸入端相連，前通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流 保護(hù)電路的輸出端與前通道無刷直流電機(jī)的輸入端相連；所述前通道主控芯片采用單片機(jī) MCF52259及其外圍電路。
[0007] 所述后通道控制單元由后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路、后通道主控芯片和后 通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路組成；所述后通道主控芯片的輸入端與后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置 信號(hào)處理電路的輸出端相連，后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路的輸入端與后通道電機(jī)轉(zhuǎn) 子位置傳感器的輸出端相連；所述后通道主控芯片的輸出端與后通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù) 電路的輸入端相連，后通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路的輸出端與后通道無刷直流電機(jī)的輸 入端相連；所述后通道主控芯片采用單片機(jī)MCF52259及其外圍電路。
[0008] 所述車速信號(hào)處理電路包括由電阻R201和電阻R202串聯(lián)組成的第一分壓電路， 電阻R201的一端與車速傳感器的輸出端相連，電阻R201的另一端通過由電阻R203和電容 C201組成的一階有源低通濾波器與運(yùn)放U4A的正相輸入端相連，運(yùn)放U4A的反相輸入端與 其輸出端相連，運(yùn)放U4A的輸出端與電壓比較器U4B的反相輸入端相連，電壓比較器U4B的 正相輸入端分別與電阻R204、電阻R205相連，電阻R204、電阻R205組成第二分壓電路，電 壓比較器U4B的輸出端與施密特觸發(fā)器U5A的輸入端相連，施密特觸發(fā)器U5A的輸出端與 施密特觸發(fā)器U5B的輸入端相連，施密特觸發(fā)器U5B的輸出端與單片機(jī)MCF52259的58腳 相連，所述運(yùn)放U4A、電壓比較器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特觸發(fā)器U5A、施密特 觸發(fā)器U5B均采用SN74LS14N芯片。
[0009] 所述橫向加速度信號(hào)處理電路包括由電阻R206、電容C202、電阻R207、電容C203 組成的二階有源濾波器，電阻R206的一端與橫向加速度傳感器的輸出端相連，二階有源濾 波器與運(yùn)放U6A的正相輸入端相連，運(yùn)放U6A的輸出端分別與電容C202、電阻R209、單片 機(jī)MCF52259的66腳相連，電阻R209通過電阻R208接地，運(yùn)放U6A的反相輸入端通過電 阻R208接地，所述運(yùn)放U6A采用NE5532P芯片；所述前通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路包 括接入前通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的電源線和信號(hào)線的接插頭P201，其4、3、2腳分別與光 耦0C201、0C202、0C203的輸入端相連，光耦0C201、0C202、0C203的輸入端分別接限流電阻 R210、R211、R212,光耦 0C201、0C202、0C203 的輸出端分別接上拉電阻R213、R214、R215,單 片機(jī)MCF52259的57腳接在上拉電阻R213與光耦0C201的輸出端之間，單片機(jī)MCF52259 的56腳接在上拉電阻R214與光耦0C202的輸出端之間，單片機(jī)MCF52259的55腳接在上 拉電阻R215與光耦0C203的輸出端之間。
[0010] 所述前通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路包括邏輯非門電路U301，邏輯非門電路 U301采用DM54ALS832AJ芯片，邏輯非門電路U301的1、4、7、12、15、18腳分別接單片機(jī)MCF52259的11、93、12、94、65、95腳，邏輯非門電路U301的3、6、9、11、14、17腳分別與光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、0C305、0C306 的輸入端相連，光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、 0C305、0C306 的輸出端分別與MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306 的柵極相連，MOS 管Q301的源極與MOS管Q306的漏極相連后與接插頭P301的3腳相連，MOS管Q302的源極 與MOS管Q305的漏極相連后與接插頭P301的2腳相連，MOS管Q303的源極與MOS管Q304 的漏極相連后與接插頭P301的1腳相連，接插頭P301的1、2、3腳分別接前通道無刷直流 電機(jī)的U、V、W電源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源極相連后接運(yùn)放U302A的正相輸 入端，運(yùn)放U302A的輸出端與光耦0C307的輸入端相連，光耦0C307的輸出端分別與單片機(jī) MCF52259的103腳、邏輯非門電路U301的2、5、8、13、16、19腳相連。
[0011] 所述后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)處理電路包括接入后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的 電源線和信號(hào)線的接插頭P202,其4、3、2腳分別與光耦0C204、0C205、0C206的輸入端相連， 光耦0C204、0C205、0C206的輸入端分別接限流電阻R216、R217、R218,光耦0C204、0C205、 0C206的輸出端分別接上拉電阻R219、R220、R221，單片機(jī)MCF52259的54腳接在上拉電 阻R219與光耦0C204的輸出端之間，單片機(jī)MCF52259的53腳接在上拉電阻R220與光耦 0C205的輸出端之間，單片機(jī)MCF52259的36腳接在上拉電阻R221與光耦0C206的輸出端 之間。
[0012] 所述后通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)及過流保護(hù)電路包括邏輯非門電路U303,邏輯非門電路 U303采用DM54ALS832AJ芯片，邏輯非門電路U303的1、4、7、12、15、18腳分別接單片機(jī) MCF52259的11、93、12、94、65、95腳，邏輯非門電路U303的3、6、9、11、14、17腳分別與光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、OC312、OC313 的輸入端相連，光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、 OC312、OC313 的輸出端分別與MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312 的柵極相連，MOS 管Q307的源極與MOS管Q312的漏極相連后與接插頭P302的3腳相連，MOS管Q308的源極 與MOS管Q311的漏極相連后與接插頭P302的2腳相連，MOS管Q309的源極與MOS管Q3010 的漏極相連后與接插頭P302的1腳相連，接插頭P302的1、2、3腳分別接后通道無刷直流 電機(jī)的U、V、W電源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源極相連后接運(yùn)放U304A的正相輸 入端，運(yùn)放U304A的輸出端與光耦0C314的輸入端相連，光耦0C314的輸出端分別與單片機(jī) MCF52259的103腳、邏輯非門電路U303的2、5、8、13、16、19腳相連。
[0013] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)的控制方 法，該方法包括下列順序的步驟： (1) 前通道控制單元接收車速傳感器、橫向加速度傳感器采集到的信號(hào)，并通過I2C總 線將信息發(fā)送至后通道控制單元，前、后通道控制單元根據(jù)車速信號(hào)和橫向加速度信號(hào)判 斷車輛的行駛狀態(tài)，若車速信號(hào)和橫向加速度信號(hào)均小于預(yù)先設(shè)定值，則不啟動(dòng)主動(dòng)穩(wěn)定 桿；否則，進(jìn)入下一步； (2) 前、后通道控制單元根據(jù)采集到的橫向加速度傳感器信號(hào)，參考預(yù)先設(shè)置在前、后 通道控制單元中的側(cè)傾角度表，查得車輛的目標(biāo)側(cè)傾角； (3) 前、后通道控制單元根據(jù)橫向加速度和目標(biāo)側(cè)傾角，計(jì)算前通道無刷直流電機(jī)和后 通道無刷直流電機(jī)所需要的輸出轉(zhuǎn)矩； (4) 前、后通道控制單元根據(jù)前、后通道電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)以及前、后通道無刷 直流電機(jī)特性曲線，判斷當(dāng)前前、后通道無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子所在的位置，從而控制電機(jī)定子 繞組的通電次序，并輸出PWM信號(hào)分別控制前、后通道無刷直流電機(jī)，從而輸出需要的扭矩 帶動(dòng)前通道穩(wěn)定桿和后通道穩(wěn)定桿動(dòng)作，調(diào)整車身側(cè)傾。
[0014] 根據(jù)如下公式計(jì)算前通道無刷直流電機(jī)和后通道無刷直流電機(jī)所需要的輸出轉(zhuǎn) 矩：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙通道電動(dòng)式主動(dòng)穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)，其特征在于：包括前通道控制單元和后 通道控制單元，二者之間通過I2c總線雙向通訊，所述前通道控制單元的輸入端分別與車速