CN102267353B - 一种车用主动稳定杆的控制系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用主动稳定杆的控制系统和控制方法，该控制系统包括：横向加速度传感器、活塞位移传感器和侧倾角传感器，控制单元，信号输出执行机构主要有液压单元和活塞。其控制方法为：首先根据横向加速度、活塞位移和侧倾角这三个控制参数确定了一系列的控制规律并嵌入控制单元，控制单元根据三个参数的组合，得出具体的车辆行驶状态，并根据不同的行驶状态选择对应的确定好的控制规律，决定是否改变活塞位移和改变位移的多少。采用本发明控制方法的主动稳定杆控制系统结构较简单，适用于所有车型，使车辆行驶时更加安全、舒适。

Description

一种车用主动稳定杆的控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及一种车用主动稳定杆的控制系统和控制方法，属于汽车电子技术领域。
背景技术
车用主动稳定杆系统的控制规律是指活塞位移的变化时刻随参数变化的规律，主要研究选择什么样的参数控制，在何时进行变化活塞位移等问题。
目前，国内还没有生产制造主动稳定杆系统的汽车企业，且也无自主开发的能力，国产汽车的稳定杆一般都属于被动式，而这类稳定杆在反侧倾程度上的能力十分有限，尤其针对越野车这类侧倾程度较大的，被动式的稳定杆就显得更加吃力。因此，在安全性与舒适性上，还远远达不到主动稳定杆的要求。只有一些高校等研究单位在这方面做了一定的研究，但都没有取得突破性的进展。国外的某种主动稳定杆系统已经产品化，并安装使用在一些高档车型上，控制规律非常完善。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种主动稳定杆的控制系统并制定相应的控制方法。该控制方法应用于这种稳定杆控制系统能使车辆在侧倾行驶时更加安全、舒适。
实现上述目的的技术解决方案如下：
一种车用主动稳定杆的控制系统和控制方法：
所述一种车用主动稳定杆的控制系统包括：横向加速度传感器1、活塞位移传感器2、侧倾角传感器3、控制单元4、液压单元5和活塞6；横向加速度传感器1采集到的车辆横向加速度信号、活塞位移传感器2采集到的活塞6的位移信号、侧倾角传感器3采集到的车辆侧倾角信号分别连接到控制单元4相应的信号输入端；控制单元4输出的控制信号连接到液压单元5的控制信号输入端；液压单元5的输出驱动活塞6产生位移。
所述一种车用主动稳定杆的控制系统的控制方法：首先将侧倾角传感器3的信号送到控制单元4，控制单元4判断车辆是否发生侧倾现象，如果没有发生侧倾，主动稳定杆系统的活塞6位移保持不变，并锁死液压单元，使主动稳定杆充当被动式稳定杆；如果控制单元4判断系统发生侧倾现象，则进行如下步骤：控制单元4首先根据输入的横向加速度信号与侧倾角信号判断车辆侧倾的原因，采用对应的控制规律。如果同时存在这两种信号，采用如下步骤：利用制定的控制规律，根据车辆的横向加速度得出主动稳定杆活塞的初步位移，再由横向加速度、活塞的初步位移和车辆的侧倾角三个参数进一步确定车辆稳定杆的安全工作控制规律，并嵌入控制单元4，在行驶过程中，车辆横向加速度传感器1将突然接收到的横向加速度信号送入控制单元4，控制单元4根据控制规律得出对应的活塞位移信号，导致液压单元5驱动活塞6，此时位移传感器2开始得到了活塞的位移信号。车辆加速度传感器1、位移传感器2和侧倾角传感器3分别将车辆横向加速度信号、活塞的位移信号和车辆的侧倾角信号送入控制单元4，控制单元4根据信号判断当时的具体的车辆行驶状况（包括转弯、路面倾斜等）选择对应状态的控制规律，并计算理论侧倾角的大小，与侧倾角传感器3送入的侧倾角信号比较，判断是否需要修正活塞的位移，如果不需要修正，则活塞6位移保持不变；如果需要修正，控制单元4发送信号控制液压单元工作，改变活塞6位移，再次比较理论侧倾数据与侧倾传感器3检测出的信号，控制单元4重复上次判断，一步步的反馈活塞的位移信号，最终确定合适的活塞6的位移；如果只存在侧倾角信号，则活塞6工作到最大位移处。
控制单元4采用16位微控制器HCS12XF系列中MCU-MC9S12XF512微控制器芯片。
横向加速度传感器1采用ADXL203型加速度传感器，并直接焊装在该系统的电路板上。
位移传感器2采用KTC型拉杆位移传感器。
侧倾角传感器3选用ADRX150型侧倾角传感器，该传感器安装在汽车的中轴线位置。
本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：
与目前国内汽车上安装的被动式稳定杆相比，采用本发明控制方法的主动稳定杆控制系统结构较简单，适用于所有车型，使车辆行驶时更加安全、舒适，尤其对于越野车，能较大的提高车辆的运动能力。
1、安全性高于目前的被动式稳定杆。目前的普通被动式稳定杆防侧倾的原理是增加悬架部分的刚度，稳定杆随着车辆的倾斜发生变形进而产生扭转力抑制侧倾。本发明的控制系统是以飞思卡尔公司生产的HCS12XF系列MCU为核心，包含实际模拟信号和开关信号的信号采集模块、信号输出执行模块和通信模块等，该系统在车辆的悬架控制、主动防侧翻、主动制动等方面用处较广。控制方法是通过判断车辆的侧倾程度，利用控制单元产生信号，控制液压元件，驱动活塞主动的提供反侧倾力，不仅可以增加反侧倾力的大小，同时还增加稳定杆的两端位移，迫使车辆侧倾角减小，更加安全行驶。
2、舒适性高于目前的被动式稳定杆。目前安装有被动式稳定杆的车辆行驶时，如果发生侧倾现象，此时驾驶员依然能感到明显的侧倾；使用本发明控制方法的系统能通过活塞位移的变化，强制性地尽量使车厢的侧倾角较小，向着保持车厢水平的目标努力。
附图说明
图1是本发明的一种主动稳定杆的控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
我们所设计的控制系统包括：微控制器MCU，实际模拟信号和开关信号的信号采集模块，MCU工作支撑电路（包括电源提供、晶振电路及必要的滤波电路），信号输出执行模块和通信模块；在该控制系统中，实际模拟信号来自附图1中的横向加速度传感器1、活塞位移传感器2和侧倾角传感器3，信号输出执行机构主要有附图1中的液压单元5和活塞6。附图1中的控制单元4我们选取飞思卡尔半导体公司生产的16位微控制器HCS12XF系列MCU—MC9S12XF512；横向加速度传感器1采用ADXL203，焊接在电路板上，实现在对汽车横向加速度的采集；位移传感器2选用KTC拉杆位移传感器，检测活塞杆的行程；侧倾角传感器3选用ADRX150，置于汽车的中轴线位置，检测行驶时的侧倾角。
在进行软件编程时，我们的编程思路主要是：在MCU各个工作支撑电路都正常工作的前提下，通过MC9S12XF512的外部中断引脚产生一个外部中断来控制整个系统的开启，然后根据A/D转换模块采集到的横向加速度信号、侧倾角信号和活塞位移信号，结合车辆在路面的各种行驶条件和我们所制定的控制方法，通过PWM模块产生相应的PWM信号来控制电磁阀的通断，从而实现对液压单元和活塞的控制。
本发明中检测信号送入控制单元中，判断车辆有侧倾现象，活塞的位移将随着侧倾程度的大小处在不断变化中的，如果控制单元判断车辆没有侧倾现象，那么活塞位移将保持在行程的中间锁死，充当被动式稳定杆。根据横向加速度、活塞位移和侧倾角这三个控制参数确定车辆主动控制系统的控制规律。目标函数为在车辆侧倾时，系统工作，理论计算出的侧倾角与侧倾角传感器检测出的信号的值要非常接近。首先，以装有被动式稳定杆的车辆工作时的相关参数（横向加速度与侧倾角的对应关系）为参考依据，这样可以在主动稳定杆系统开始工作时，赋给活塞在某种横向加速度下对应的初始位移，再利用制定的控制规律，计算出理论侧倾角，与此时检测的侧倾角的值对比，进而判断是否要改变活塞的位移，如果两个数据差距很小，活塞位移保持；如果两数据差距较大，则需要改变活塞位移后，进行新一轮的计算对比，重复循环，最终达到目标函数即理论计算侧倾角与检测出的侧倾角保持一致。
本发明的具体应用办法：
对于不同的车辆，具体的主动稳定杆控制系统的控制规律是不相同的，应该确定好三参数合理的控制规律并嵌入控制单元。行驶过程中，控制单元4首先接收到侧倾角传感器3的信号，判断车辆是否发生侧倾。如果未发生侧倾，活塞6位移不变，液压单元5锁死；如果判断发生侧倾，进而如下步骤。横向加速度传感器1、侧倾角传感器3将横向加速度信号和侧倾角信号送入控制单元4，控制单元得到具体的行驶状态，采用了对应的控制规律。
1、如果存在横向加速度信号与侧倾角信号，首先利用横向加速度给活塞6赋于初始值，同时活塞位移传感器2将检测出位移信号。利用横向加速度信号与位移信号，根据制定的控制规律，得出理论侧倾角的值。将此值与侧倾角信号对比，判断活塞6是否需要改变位移。如果差距在设定的范围内，活塞6位移保持此时不变；如果差距超出了设定的范围，活塞6位移改变一个步长，循环计算，最终使两者差距达到设定的范围。
2、如果存在侧倾角信号，而横向加速度的信号非常小，本发明认为车辆是在倾斜路面行驶，此时活塞6工作到最大位移，保证车辆的安全行驶。理由是，本发明认为路面的倾斜一般都不会太小，此时活塞位移微量的变化作用不大，保证安全是最重要的。

Claims (1)

1.一种车用主动稳定杆的控制系统的控制方法：其特征在于：所述一种车用主动稳定杆的控制系统包括：横向加速度传感器(1)、活塞位移传感器(2)、侧倾角传感器(3)、控制单元(4)、液压单元(5)和活塞(6)，横向加速度传感器(1)采集到的车辆横向加速度信号、活塞位移传感器(2)采集到的活塞(6)的位移信号、侧倾角传感器(3)采集到的车辆侧倾角信号分别连接到控制单元(4)相应的信号输入端，控制单元(4)输出的控制信号连接到液压单元(5)的控制信号输入端，液压单元(5)的输出驱动活塞(6)产生位移；
一种车用主动稳定杆的控制系统的控制方法，首先将侧倾角传感器(3)的信号送到控制单元(4)，控制单元(4)判断车辆是否发生侧倾现象，如果没有发生侧倾，主动稳定杆系统的活塞(6)位移保持不变，并锁死液压单元，使主动稳定杆充当被动式稳定杆；如果控制单元(4)判断系统发生侧倾现象，则进行如下步骤：控制单元(4)首先根据输入的横向加速度信号与侧倾角信号判断车辆侧倾的原因，采用对应的控制规律；
如果同时存在这两种信号，采用如下步骤：利用制定的控制规律，根据车辆的横向加速度得出主动稳定杆活塞的初步位移，再由横向加速度、活塞的初步位移和车辆的侧倾角三个参数进一步确定车辆稳定杆的安全工作控制规律，并嵌入控制单元(4)，在行驶过程中，车辆横向加速度传感器(1)将突然接收到的横向加速度信号送入控制单元(4)，控制单元(4)根据控制规律得出对应的活塞位移信号，导致液压单元(5)驱动活塞(6)，此时位移传感器(2)开始得到了活塞的位移信号；车辆加速度传感器(1)、位移传感器(2)和侧倾角传感器(3)分别将车辆横向加速度信号、活塞的位移信号和车辆的侧倾角信号送入控制单元(4)，控制单元(4)根据信号判断当时的具体的车辆行驶状况，选择对应状态的控制规律，并计算理论侧倾角的大小，与侧倾角传感器(3)送入的侧倾角信号比较，判断是否需要修正活塞的位移，如果不需要修正，则活塞(6)位移保持不变；如果需要修正，控制单元(4)发送信号控制液压单元工作，改变活塞(6)位移，再次比较理论侧倾数据与侧倾传感器(3)检测出的信号，控制单元(4)重复上次判断，一步步的反馈活塞的位移信号，最终确定合适的活塞(6)的位移；如果只存在侧倾角信号，则活塞(6)工作到最大位移处。
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