CN104691265A - 一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统，包括前通道控制单元，其输入端分别与车速传感器、横向加速度传感器、前通道电机转子位置传感器的输出端相连，其输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连，前通道无刷直流电机输出转矩信号至前通道稳定杆；所述后通道控制单元的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连，后通道控制单元的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连，后通道无刷直流电机输出转矩信号至后通道稳定杆。本发明还公开了双通道电动式主动稳定杆的控制系统的控制方法。本发明通过判断车辆的行驶工况，控制前、后通道无刷直流电机旋转，输出反侧倾力矩，迫使车辆侧倾角减小，提高了车辆的行驶安全性和乘坐舒适性。

Description

一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统及其控制方法。

背景技术

随着汽车行驶速度的不断提高，人们对汽车行驶平顺性提出了越来越高的要求，但常规的带横向稳定杆的被动悬架很难同时满足乘坐舒适性与操纵稳定性的要求，而且无法实时地调整悬架的侧倾角刚度。在高速转向时车辆易产生侧倾，侧倾过大容易使驾驶员产生疲劳和不安全感；而主动稳定杆系统能在车辆产生侧倾趋势时给车辆快速施加反侧倾力矩，防止车辆侧倾，大大减小车身侧倾角和侧倾角速度，因而提高乘坐舒适性，增大独立悬架的轮胎法向力，从而改善车轮与路面的附着状况等。因此，车辆主动侧倾控制研究是汽车领域的研究热点问题之一。

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。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种在车辆高速转向时，能够提高车辆的驾驶安全性和乘坐舒适性的双通道电动式主动稳定杆的控制系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统，包括前通道控制单元和后通道控制单元，二者之间通过I²C总线双向通讯，所述前通道控制单元的输入端分别与车速传感器、横向加速度传感器、前通道电机转子位置传感器的输出端相连，前通道控制单元的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连，前通道无刷直流电机输出转矩信号至前通道稳定杆；所述后通道控制单元的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连，后通道控制单元的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连，后通道无刷直流电机输出转矩信号至后通道稳定杆。

所述前通道控制单元由车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电机转子位置信号处理电路、前通道主控芯片和前通道电机驱动及过流保护电路组成；所述前通道主控芯片的输入端分别与车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电机转子位置信号处理电路的输出端相连，车速信号处理电路的输入端与车速传感器的输出端相连，横向加速度信号处理电路的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，前通道电机转子位置信号处理电路的输入端与前通道电机转子位置传感器的输出端相连；前通道主控芯片的输出端与前通道电机驱动及过流保护电路的输入端相连，前通道电机驱动及过流保护电路的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连；所述前通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路。

所述后通道控制单元由后通道电机转子位置信号处理电路、后通道主控芯片和后通道电机驱动及过流保护电路组成；所述后通道主控芯片的输入端与后通道电机转子位置信号处理电路的输出端相连，后通道电机转子位置信号处理电路的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连；所述后通道主控芯片的输出端与后通道电机驱动及过流保护电路的输入端相连，后通道电机驱动及过流保护电路的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连；所述后通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路。

所述车速信号处理电路包括由电阻R201和电阻R202串联组成的第一分压电路，电阻R201的一端与车速传感器的输出端相连，电阻R201的另一端通过由电阻R203和电容C201组成的一阶有源低通滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的反相输入端与其输出端相连，运放U4A的输出端与电压比较器U4B的反相输入端相连，电压比较器U4B的正相输入端分别与电阻R204、电阻R205相连，电阻R204、电阻R205组成第二分压电路，电压比较器U4B的输出端与施密特触发器U5A的输入端相连，施密特触发器U5A的输出端与施密特触发器U5B的输入端相连，施密特触发器U5B的输出端与单片机MCF52259的58脚相连，所述运放U4A、电压比较器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特触发器U5A、施密特触发器U5B均采用SN74LS14N芯片。

所述横向加速度信号处理电路包括由电阻R206、电容C202、电阻R207、电容C203组成的二阶有源滤波器，电阻R206的一端与横向加速度传感器的输出端相连，二阶有源滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的输出端分别与电容C202、电阻R209、单片机MCF52259的66脚相连，电阻R209通过电阻R208接地，运放U6A的反相输入端通过电阻R208接地，所述运放U6A采用NE5532P芯片；所述前通道电机转子位置信号处理电路包括接入前通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、0C202、OC203的输入端相连，光耦OC201、0C202、OC203的输入端分别接限流电阻R210、R211、R212，光耦OC201、0C202、OC203的输出端分别接上拉电阻R213、R214、R215，单片机MCF52259的57脚接在上拉电阻R213与光耦OC201的输出端之间，单片机MCF52259的56脚接在上拉电阻R214与光耦OC202的输出端之间，单片机MCF52259的55脚接在上拉电阻R215与光耦OC203的输出端之间。

所述前通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U301，逻辑非门电路U301采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U301的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U301的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输入端相连，光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输出端分别与MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306的栅极相连，MOS管Q301的源极与MOS管Q306的漏极相连后与接插头P301的3脚相连，MOS管Q302的源极与MOS管Q305的漏极相连后与接插头P301的2脚相连，MOS管Q303的源极与MOS管Q304的漏极相连后与接插头P301的1脚相连，接插头P301的1、2、3脚分别接前通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源极相连后接运放U302A的正相输入端，运放U302A的输出端与光耦OC307的输入端相连，光耦OC307的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U301的2、5、8、13、16、19脚相连。

所述后通道电机转子位置信号处理电路包括接入后通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P202，其4、3、2脚分别与光耦OC204、0C205、OC206的输入端相连，光耦OC204、0C205、OC206的输入端分别接限流电阻R216、R217、R218，光耦OC204、0C205、OC206的输出端分别接上拉电阻R219、R220、R221，单片机MCF52259的54脚接在上拉电阻R219与光耦OC204的输出端之间，单片机MCF52259的53脚接在上拉电阻R220与光耦OC205的输出端之间，单片机MCF52259的36脚接在上拉电阻R221与光耦OC206的输出端之间。

所述后通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U303，逻辑非门电路U303采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U303的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U303的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输入端相连，光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输出端分别与MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312的栅极相连，MOS管Q307的源极与MOS管Q312的漏极相连后与接插头P302的3脚相连，MOS管Q308的源极与MOS管Q311的漏极相连后与接插头P302的2脚相连，MOS管Q309的源极与MOS管Q3010的漏极相连后与接插头P302的1脚相连，接插头P302的1、2、3脚分别接后通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源极相连后接运放U304A的正相输入端，运放U304A的输出端与光耦OC314的输入端相连，光耦OC314的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U303的2、5、8、13、16、19脚相连。

本发明的另一目的在于提供一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）前通道控制单元接收车速传感器、横向加速度传感器采集到的信号，并通过I²C总线将信息发送至后通道控制单元，前、后通道控制单元根据车速信号和横向加速度信号判断车辆的行驶状态，若车速信号和横向加速度信号均小于预先设定值，则不启动主动稳定杆；否则，进入下一步；

（2）前、后通道控制单元根据采集到的横向加速度传感器信号，参考预先设置在前、后通道控制单元中的侧倾角度表，查得车辆的目标侧倾角；

（3）前、后通道控制单元根据横向加速度和目标侧倾角，计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩；

（4）前、后通道控制单元根据前、后通道电机转子位置传感器信号以及前、后通道无刷直流电机特性曲线，判断当前前、后通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制电机定子绕组的通电次序，并输出PWM信号分别控制前、后通道无刷直流电机，从而输出需要的扭矩带动前通道稳定杆和后通道稳定杆动作，调整车身侧倾。

根据如下公式计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩：

其中，和分别为前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩，和分别为由横向加速度所引起的前、后通道稳定杆的等效侧倾力矩，和分别为前、后通道稳定杆的等效侧倾刚度，为查侧倾角度表得到的目标侧倾角。

由上述技术方案可知，与目前国内汽车上安装的被动式稳定杆相比，本发明采用32位单片机MCF52259，并以单片机MCF52259为核心，通过判断车辆的车速、横向加速度等行驶工况，利用前、后通道控制单元产生控制信号，控制前、后通道无刷直流电机旋转，输出提供反侧倾力矩，从而减小车身侧倾角，使车厢保持水平，提高了车辆的行驶安全性和乘坐舒适性。

附图说明

图1为本发明的的控制系统结构框图。

图2为前通道控制单元中MCF52259单片机的电路原理图。

图3为后通道控制单元中MCF52259单片机的电路原理图。

图4、5、6、7、8、9为车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电机转子位置信号处理电路、后通道电机转子位置信号处理电路、前通道电机驱动及过流保护电路、后通道电机驱动及过流保护电路的电路原理图；

图10为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统，包括前通道控制单元10和后通道控制单元20，二者之间通过I²C总线双向通讯，所述前通道控制单元10的输入端分别与车速传感器、横向加速度传感器、前通道电机转子位置传感器的输出端相连，前通道控制单元10的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连，前通道无刷直流电机输出转矩信号至前通道稳定杆；所述后通道控制单元20的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连，后通道控制单元20的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连，后通道无刷直流电机输出转矩信号至后通道稳定杆，如图1所示。

如图1、2所示，所述前通道控制单元10由车速信号处理电路11、横向加速度信号处理电路12、前通道电机转子位置信号处理电路13、前通道主控芯片和前通道电机驱动及过流保护电路14组成；所述前通道主控芯片的输入端分别与车速信号处理电路11、横向加速度信号处理电路12、前通道电机转子位置信号处理电路13的输出端相连，车速信号处理电路11的输入端与车速传感器的输出端相连，横向加速度信号处理电路12的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，前通道电机转子位置信号处理电路13的输入端与前通道电机转子位置传感器的输出端相连；前通道主控芯片的输出端与前通道电机驱动及过流保护电路14的输入端相连，前通道电机驱动及过流保护电路14的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连；所述前通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路，所述外围电路包括PLL锁相环电路、晶振电路、BDM调试电路、复位电路、电源电路和电源指示电路。前通道控制单元10将采集到的车速信号、横向加速度信号和前通道电机转子位置传感器信号进行处理后，通过前通道控制单元10单片机MCF52259的PWM0、PWM1、PWM2、PWM3、PWM4和PWM5引脚发出PWM信号来控制前通道无刷直流电机动作，带动前通道稳定杆工作。

如图1、3所示，所述后通道控制单元20由后通道电机转子位置信号处理电路21、后通道主控芯片和后通道电机驱动及过流保护电路22组成；所述后通道主控芯片的输入端与后通道电机转子位置信号处理电路21的输出端相连，后通道电机转子位置信号处理电路21的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连；所述后通道主控芯片的输出端与后通道电机驱动及过流保护电路22的输入端相连，后通道电机驱动及过流保护电路22的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连；所述后通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路，所述外围电路包括PLL锁相环电路、晶振电路、BDM调试电路、复位电路、电源电路和电源指示电路。后通道控制单元20将采集到的后通道电机转子位置传感器信息和前通道控制单元10通过I²C总线发送过来的信息进行处理后，通过后通道控制单元20单片机MCF52259的PWM0、PWM1、PWM2、PWM3、PWM4和PWM5引脚发出PWM信号来控制后通道无刷直流电机动作，带动后通道稳定杆工作。

如图4所示，所述车速信号处理电路11包括由电阻R201和电阻R202串联组成的第一分压电路，电阻R201的一端与车速传感器的输出端相连，电阻R201的另一端通过由电阻R203和电容C201组成的一阶有源低通滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的反相输入端与其输出端相连，运放U4A的输出端与电压比较器U4B的反相输入端相连，电压比较器U4B的正相输入端分别与电阻R204、电阻R205相连，电阻R204、电阻R205组成第二分压电路，电压比较器U4B的输出端与施密特触发器U5A的输入端相连，施密特触发器U5A的输出端与施密特触发器U5B的输入端相连，施密特触发器U5B的输出端与单片机MCF52259的58脚相连，所述运放U4A、电压比较器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特触发器U5A、施密特触发器U5B均采用SN74LS14N芯片。

如图5所示，所述横向加速度信号处理电路12包括由电阻R206、电容C202、电阻R207、电容C203组成的二阶有源滤波器，电阻R206的一端与横向加速度传感器的输出端相连，二阶有源滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的输出端分别与电容C202、电阻R209、单片机MCF52259的66脚相连，电阻R209通过电阻R208接地，运放U6A的反相输入端通过电阻R208接地，所述运放U6A采用NE5532P芯片。

如图6所示，所述前通道电机转子位置信号处理电路13包括接入前通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、0C202、OC203的输入端相连，光耦OC201、0C202、OC203的输入端分别接限流电阻R210、R211、R212，光耦OC201、0C202、OC203的输出端分别接上拉电阻R213、R214、R215，单片机MCF52259的57脚接在上拉电阻R213与光耦OC201的输出端之间，单片机MCF52259的56脚接在上拉电阻R214与光耦OC202的输出端之间，单片机MCF52259的55脚接在上拉电阻R215与光耦OC203的输出端之间。限流电阻R210、R211、R212用于限制光耦OC201、0C202、OC203的输入端电流，电阻R213、R214、R215分别为光耦OC201、0C202、OC203输出端的的上拉电阻。当前通道电机转子位置传感器输出高电平时，光耦不导通，光耦输出端上拉电阻拉高电位，光耦输出高电平。前通道控制单元10根据前通道电机转子位置传感器信号，判断当前前通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制前通道无刷直流电机定子绕组的通电次序。

如图8所示，所述前通道电机驱动及过流保护电路14包括逻辑非门电路U301，逻辑非门电路U301采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U301的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U301的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输入端相连，光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输出端分别与MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306的栅极相连，MOS管Q301的源极与MOS管Q306的漏极相连后与接插头P301的3脚相连，MOS管Q302的源极与MOS管Q305的漏极相连后与接插头P301的2脚相连，MOS管Q303的源极与MOS管Q304的漏极相连后与接插头P301的1脚相连，接插头P301的1、2、3脚分别接前通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源极相连后接运放U302A的正相输入端，运放U302A的输出端与光耦OC307的输入端相连，光耦OC307的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U301的2、5、8、13、16、19脚相连。

如图8所示，电阻R301、R302、R303、R304、R305、R306为前通道控制单元10PWM输出信号上拉电阻，其作用为拉高电位，避免出现高阻态，同时增强PWM信号驱动能力，降低微处理器功耗；光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306为高速光耦，其作用为隔离弱电、强电，信号放大，增强驱动能力；电阻R307、R308、R309、R310、R311、R312分别为光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输出端上拉电阻，作用为拉高电位，当光耦导通时，输出低电位，当光耦不导通时，输出高电位；电容C301、C302、C303、C304、C305、C306、C307、C308、C309、C310、C311、C312分别为光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的滤波电容，其作用为去除电源中的高频噪声信号；MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306构成驱动桥，分别为六个桥臂，Q301、Q302、Q303为上桥臂，Q304、Q305、Q306为下桥臂，通过控制上桥臂的开关频率，从而控制前通道无刷直流电机绕组电压，实现调速，通过控制上桥臂与下桥臂的不同通断组合，从而控制前通道无刷直流电机绕组的通电次序，控制电机转向。

如图8所示，电阻R314、R315组成分压电路，电阻R313为电机主电路电流检测电阻，与运放U302A组成电压比较电路，用于检测电机主电路是否过流，当电机主电路电流过大，电阻R313输出电压高于设定电压，运放U302A输出高电平，当电机主电路电流正常，电阻R313输出电压低于设定电压，运放U302A输出低电平；电阻R316为光耦OC307输入端上拉电阻，电阻R317为光耦OC307输出端上拉电阻，运放U302A输出高电平时，光耦OC307不导通，由于上拉电阻R317拉高电平，光耦输出高电平，当运放U302A输出低电平时，光耦OC307导通，输出低电平。光耦OC07的输出信号，分成两路，一路与单片机MCF52259的外部中断引脚相连，另一路与PWM信号通过逻辑非门电路U301，进行逻辑非运算。当电机主电路电流过大，此时光耦OC307不导通，输出高电平，与PWM信号进行逻辑或运算，逻辑非门电路U301输出高电平，光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306恒导通，光耦输出低电平，MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306全部关断，同时单片机MCF52259外部中断引脚出现高电平跳变，单片机MCF52259进入中断程序进行故障处理，从而实现电机主电路电流的过流保护。

如图7所示，所述后通道电机转子位置信号处理电路21包括接入后通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P202，其4、3、2脚分别与光耦OC204、0C205、OC206的输入端相连，光耦OC204、0C205、OC206的输入端分别接限流电阻R216、R217、R218，光耦OC204、0C205、OC206的输出端分别接上拉电阻R219、R220、R221，单片机MCF52259的54脚接在上拉电阻R219与光耦OC204的输出端之间，单片机MCF52259的53脚接在上拉电阻R220与光耦OC205的输出端之间，单片机MCF52259的36脚接在上拉电阻R221与光耦OC206的输出端之间。限流电阻R216、R217、R218用于限制光耦OC204、0C205、OC206的输入端电流，电阻R219、R220、R221分别为光耦OC204、0C205、OC206输出端的的上拉电阻。当后通道电机转子位置传感器输出高电平时，光耦不导通，光耦输出端上拉电阻拉高电位，光耦输出高电平。后通道控制单元20根据后通道无刷直流电机转子位置传感器信号，判断当前后通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制后通道无刷直流电机定子绕组的通电次序。

如图9所示，所述后通道电机驱动及过流保护电路22包括逻辑非门电路U303，逻辑非门电路U303采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U303的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U303的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输入端相连，光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输出端分别与MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312的栅极相连，MOS管Q307的源极与MOS管Q312的漏极相连后与接插头P302的3脚相连，MOS管Q308的源极与MOS管Q311的漏极相连后与接插头P302的2脚相连，MOS管Q309的源极与MOS管Q3010的漏极相连后与接插头P302的1脚相连，接插头P302的1、2、3脚分别接后通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源极相连后接运放U304A的正相输入端，运放U304A的输出端与光耦OC314的输入端相连，光耦OC314的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U303的2、5、8、13、16、19脚相连。

如图9所示，电阻R318、R319、R320、R321、R322、R323为后通道控制单元20PWM输出信号上拉电阻，其作用为拉高电位，避免出现高阻态，同时增强PWM信号驱动能力，降低微处理器功耗；光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313为高速光耦，其作用为隔离弱电、强电，信号放大，增强驱动能力；电阻R324、R325、R326、R327、R328、R329分别为光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输出端上拉电阻，作用为拉高电位，当光耦导通时，输出低电位，当光耦不导通时，输出高电位；电容C313、C314、C315、C316、C317、C318、C319、C320、C321、C322、C323、C324分别为光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的滤波电容，其作用为去除电源中的高频噪声信号；MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312构成驱动桥，分别为六个桥臂，Q307、Q308、Q309为上桥臂，Q310、Q311、Q312为下桥臂，通过控制上桥臂的开关频率，从而控制后通道无刷直流电机绕组电压，实现调速，通过控制上桥臂与下桥臂的不同通断组合，从而控制后通道无刷直流电机绕组的通电次序，控制电机转向。

如图9所示，电阻R331、R332组成分压电路，电阻R330为电机主电路电流检测电阻，与逻辑非门电路U303组成电压比较电路，用于检测电机主电路是否过流，当电机主电路电流过大，电阻R330输出电压高于设定电压，集成运算放大器U304输出高电平，当电机主电路电流正常，电阻R330输出电压低于设定电压，运放U304A输出低电平。电阻R333为光耦OC314输入端上拉电阻，电阻R334为光耦OC314输出端上拉电阻，运放U304A输出高电平时，光耦OC314不导通，由于上拉电阻R334拉高电平，光耦输出高电平，当运放U304A输出低电平时，光耦OC314导通，输出低电平。光耦OC314的输出信号，分成两路，一路与单片机MCF52259的外部中断引脚相连，另一路与PWM信号通过逻辑非门电路U303进行逻辑非运算。当电机主电路电流过大，此时光耦OC314不导通，输出高电平，与PWM信号进行逻辑或运算，逻辑非门电路U303输出高电平，光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313恒导通，光耦输出低电平，MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312全部关断，同时单片机MCF52259外部中断引脚出现高电平跳变，单片机MCF52259进入中断程序进行故障处理，从而实现电机主电路电流的过流保护。

如图10所示，本方法包括：（1）前通道控制单元10接收车速传感器、横向加速度传感器采集到的信号，并通过I²C总线将信息发送至后通道控制单元20，前、后通道控制单元10、20根据车速信号和横向加速度信号判断车辆的行驶状态，若车速信号和横向加速度信号均小于预先设定值，则不启动主动稳定杆；否则，进入下一步；这里设定，；（2）前、后通道控制单元10、20根据采集到的横向加速度传感器信号，参考预先设置在前、后通道控制单元10、20中的侧倾角度表，查得车辆的目标侧倾角，该侧倾角度表是在对传统被动稳定杆实验基础上获得的；（3）前、后通道控制单元10、20根据横向加速度和目标侧倾角，计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩；（4）前、后通道控制单元10、20根据前、后通道电机转子位置传感器信号以及前、后通道无刷直流电机特性曲线，判断当前前、后通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制电机定子绕组的通电次序，并输出PWM信号分别控制前、后通道无刷直流电机，从而输出需要的扭矩带动前通道稳定杆和后通道稳定杆动作，调整车身侧倾。对于某款具体的无刷直流电机，都有其特定的特性曲线。

根据如下公式计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩：

其中，和分别为前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩，和分别为由横向加速度所引起的前、后通道稳定杆的等效侧倾力矩，和分别为前、后通道稳定杆的等效侧倾刚度，为查侧倾角度表得到的目标侧倾角。

对于不同的车辆，具体的控制方法需要根据车辆本身的参数以及安装在车上的稳定杆本身的参数来制定。行驶过程中，前、后通道控制单元10、20首先接收到车速传感器和横向加速度传感器的信号，然后根据横向加速度信号，并结合预先存储的侧倾角度表，得到前、后通道无刷直流电机需要输出的扭矩，以达到调整车身侧倾的目的。在这些计算过程中，需要用到车辆本身的参数以及稳定杆本身的一些几何参数。所以针对某一款具体车辆的主动稳定杆系统，首先应确定车辆以及稳定杆本身的参数，然后结合这些参数制定出合适的控制方法，并嵌入到前、后通道控制单元10、20中，实现主动控制的目的。

综上所述，本发明采用32位单片机MCF52259，并以单片机MCF52259为核心，通过判断车辆的车速、横向加速度等行驶工况，利用前、后通道控制单元10、20产生控制信号，控制前、后通道无刷直流电机旋转，输出提供反侧倾力矩，从而减小车身侧倾角，使车厢保持水平，提高了车辆的行驶安全性和乘坐舒适性。

Claims (10)

1.一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：包括前通道控制单元和后通道控制单元，二者之间通过I²C总线双向通讯，所述前通道控制单元的输入端分别与车速传感器、横向加速度传感器、前通道电机转子位置传感器的输出端相连，前通道控制单元的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连，前通道无刷直流电机输出转矩信号至前通道稳定杆；所述后通道控制单元的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连，后通道控制单元的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连，后通道无刷直流电机输出转矩信号至后通道稳定杆。

2.根据权利要求1所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述前通道控制单元由车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电机转子位置信号处理电路、前通道主控芯片和前通道电机驱动及过流保护电路组成；所述前通道主控芯片的输入端分别与车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电机转子位置信号处理电路的输出端相连，车速信号处理电路的输入端与车速传感器的输出端相连，横向加速度信号处理电路的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，前通道电机转子位置信号处理电路的输入端与前通道电机转子位置传感器的输出端相连；前通道主控芯片的输出端与前通道电机驱动及过流保护电路的输入端相连，前通道电机驱动及过流保护电路的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连；所述前通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路。

3.根据权利要求1所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述后通道控制单元由后通道电机转子位置信号处理电路、后通道主控芯片和后通道电机驱动及过流保护电路组成；所述后通道主控芯片的输入端与后通道电机转子位置信号处理电路的输出端相连，后通道电机转子位置信号处理电路的输入端与后通道电机转子位置传感器的输出端相连；所述后通道主控芯片的输出端与后通道电机驱动及过流保护电路的输入端相连，后通道电机驱动及过流保护电路的输出端与后通道无刷直流电机的输入端相连；所述后通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路。

4.根据权利要求2所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述车速信号处理电路包括由电阻R201和电阻R202串联组成的第一分压电路，电阻R201的一端与车速传感器的输出端相连，电阻R201的另一端通过由电阻R203和电容C201组成的一阶有源低通滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的反相输入端与其输出端相连，运放U4A的输出端与电压比较器U4B的反相输入端相连，电压比较器U4B的正相输入端分别与电阻R204、电阻R205相连，电阻R204、电阻R205组成第二分压电路，电压比较器U4B的输出端与施密特触发器U5A的输入端相连，施密特触发器U5A的输出端与施密特触发器U5B的输入端相连，施密特触发器U5B的输出端与单片机MCF52259的58脚相连，所述运放U4A、电压比较器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特触发器U5A、施密特触发器U5B均采用SN74LS14N芯片。

5.根据权利要求2所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述横向加速度信号处理电路包括由电阻R206、电容C202、电阻R207、电容C203组成的二阶有源滤波器，电阻R206的一端与横向加速度传感器的输出端相连，二阶有源滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的输出端分别与电容C202、电阻R209、单片机MCF52259的66脚相连，电阻R209通过电阻R208接地，运放U6A的反相输入端通过电阻R208接地，所述运放U6A采用NE5532P芯片；所述前通道电机转子位置信号处理电路包括接入前通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、0C202、OC203的输入端相连，光耦OC201、0C202、OC203的输入端分别接限流电阻R210、R211、R212，光耦OC201、0C202、OC203的输出端分别接上拉电阻R213、R214、R215，单片机MCF52259的57脚接在上拉电阻R213与光耦OC201的输出端之间，单片机MCF52259的56脚接在上拉电阻R214与光耦OC202的输出端之间，单片机MCF52259的55脚接在上拉电阻R215与光耦OC203的输出端之间。

6.根据权利要求2所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述前通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U301，逻辑非门电路U301采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U301的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U301的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输入端相连，光耦OC301、OC302、OC303、OC304、OC305、OC306的输出端分别与MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306的栅极相连，MOS管Q301的源极与MOS管Q306的漏极相连后与接插头P301的3脚相连，MOS管Q302的源极与MOS管Q305的漏极相连后与接插头P301的2脚相连，MOS管Q303的源极与MOS管Q304的漏极相连后与接插头P301的1脚相连，接插头P301的1、2、3脚分别接前通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源极相连后接运放U302A的正相输入端，运放U302A的输出端与光耦OC307的输入端相连，光耦OC307的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U301的2、5、8、13、16、19脚相连。

7.根据权利要求3所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述后通道电机转子位置信号处理电路包括接入后通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P202，其4、3、2脚分别与光耦OC204、0C205、OC206的输入端相连，光耦OC204、0C205、OC206的输入端分别接限流电阻R216、R217、R218，光耦OC204、0C205、OC206的输出端分别接上拉电阻R219、R220、R221，单片机MCF52259的54脚接在上拉电阻R219与光耦OC204的输出端之间，单片机MCF52259的53脚接在上拉电阻R220与光耦OC205的输出端之间，单片机MCF52259的36脚接在上拉电阻R221与光耦OC206的输出端之间。

8.根据权利要求3所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述后通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U303，逻辑非门电路U303采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U303的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U303的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输入端相连，光耦OC308、OC309、OC310、OC311、OC312、OC313的输出端分别与MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312的栅极相连，MOS管Q307的源极与MOS管Q312的漏极相连后与接插头P302的3脚相连，MOS管Q308的源极与MOS管Q311的漏极相连后与接插头P302的2脚相连，MOS管Q309的源极与MOS管Q3010的漏极相连后与接插头P302的1脚相连，接插头P302的1、2、3脚分别接后通道无刷直流电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源极相连后接运放U304A的正相输入端，运放U304A的输出端与光耦OC314的输入端相连，光耦OC314的输出端分别与单片机MCF52259的103脚、逻辑非门电路U303的2、5、8、13、16、19脚相连。

9.一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）前通道控制单元接收车速传感器、横向加速度传感器采集到的信号，并通过I²C总线将信息发送至后通道控制单元，前、后通道控制单元根据车速信号和横向加速度信号判断车辆的行驶状态，若车速信号和横向加速度信号均小于预先设定值，则不启动主动稳定杆；否则，进入下一步；

（2）前、后通道控制单元根据采集到的横向加速度传感器信号，参考预先设置在前、后通道控制单元中的侧倾角度表，查得车辆的目标侧倾角；

（3）前、后通道控制单元根据横向加速度和目标侧倾角，计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩；

（4）前、后通道控制单元根据前、后通道电机转子位置传感器信号以及前、后通道无刷直流电机特性曲线，判断当前前、后通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制电机定子绕组的通电次序，并输出PWM信号分别控制前、后通道无刷直流电机，从而输出需要的扭矩带动前通道稳定杆和后通道稳定杆动作，调整车身侧倾。

10.根据权利要求9所述的双通道电动式主动稳定杆的控制系统的控制方法，其特征在于：根据如下公式计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩：

其中，和分别为前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转矩，和分别为由横向加速度所引起的前、后通道稳定杆的等效侧倾力矩，和分别为前、后通道稳定杆的等效侧倾刚度，为查侧倾角度表得到的目标侧倾角。