CN108995496A - 一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统 - Google Patents

一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统，包括：胎压监测模块和车载监控模块，所述胎压监测模块包括胎压监测集成模块，胎压监测集成模块上连有信号无线发射模块；所述车载监控模块包括与信号无线发射模块输出端连接的信号无线接收模块，信号无线接收模块的输出端连接有车载MCU，车载MCU的输出端连有CAN收发器，CAN收发器的输出端连有电控悬架ECU，电控悬架ECU的输出端连有功率驱动器，功率驱动器的输出端连有悬架调节执行器，且信号无线接收模块、车载MCU、CAN收发器、电控悬架ECU及功率驱动器上均连接有供电电源。本发明采用轮胎胎压监测模块当中的加速度传感器对轮胎的路面振动信号作为输入信号，实现对悬架的刚度和阻尼进行控制。

Description

一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统
技术领域
本发明涉及汽车底盘电子控制，尤其涉及主动或者半主动悬架控制系统系统，属于汽车电子控制技术领域。
背景技术
目前，汽车主动悬架的刚度阻尼的控制是通过汽车车身高度传感器检测到的车身加速度或者直接加装车身加速度传感器的变化来改变的。这些方式传感器安装在车辆悬架上面，获得路面输入的方式是间接的，而不能真正地反映路面的输入信号。随着汽车胎压检测成为汽车的标配，利用胎压检测模块当中的胎压信号和加速度信号来对汽车非簧载质量的加速度进行获取，获得地面振动输入信号，控制悬架的阻尼和刚度，该方法节省成本，提高汽车悬架的控制舒适性。
汽车悬架主动控制影响着汽车的舒适性和操纵稳定性能，而现有的悬架控制无法对路面进行判断，主要是利用车身高度传感器或者加装的振动传感器来获取车身的振动情况，进而控制悬架的刚度，增加了汽车的成本。为此，需要设计一种新的技术方案给予解决。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种针对汽车底盘电子悬架控制系统，采用轮胎胎压监测模块当中的加速度传感器对轮胎的路面振动信号作为输入信号，再综合其它传感器包括方向盘转角信号，车速信号来对悬架的刚度和阻尼进行控制，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统，包括：胎压监测模块和车载监控模块，所述胎压监测模块包括胎压监测集成模块，所述胎压监测集成模块上连接有信号无线发射模块；所述车载监控模块包括与信号无线发射模块输出端连接的信号无线接收模块，所述信号无线接收模块的输出端连接有车载MCU，所述车载MCU的输出端连接有CAN收发器，所述CAN收发器的输出端连接有电控悬架ECU，所述电控悬架ECU的输出端连接有功率驱动器，所述功率驱动器的输出端连接有悬架调节执行器，且所述信号无线接收模块、车载MCU、CAN收发器、电控悬架ECU及功率驱动器上均连接有供电电源；
所述悬架调节执行器包括刚度调节执行器、高度调节执行器、阻尼调节执行器；
所述胎压监测集成模块包括轮胎MCU、振动传感器及胎压传感器，所述振动传感器和胎压传感器的输出端连接在轮胎MCU上，且所述轮胎MCU的输出端与信号无线发射模块连接，所述胎压监测集成模块与所述信号无线发射模块上连接有纽扣电池。
作为上述技术方案的改进，所述电控悬架ECU上还连接车速传感器、转向传感器及车身高度传感器。
作为上述技术方案的改进，所述胎压监测集成模块包括胎压监测集成电路，所述胎压监测集成电路包括MCU2、U1晶振元件、P2程序烧写端子及无线发射电路模块，所述P2程序烧写端子及无线发射电路模块电性连接在MCU2左侧，所述U1晶振元件连接在MCU2右侧。
作为上述技术方案的改进，所述MCU2是压力传感器、加速度传感器和微控制器的集成。
作为上述技术方案的改进，所述车载MCU的接收端包括U2车载微控制单元、U3车载接收模块芯片、U4陶瓷滤波器、U6CAN收发器电路、P3电控悬架ECU输出端电路及无线接收电路模块，所述U3车载接收模块芯片与所述U6CAN收发器电路均电性连接在U2车载微控制单元上，所述U4陶瓷滤波器与无线接收电路模块均电性连接在U3车载接收模块芯片上，所述P3电控悬架ECU输出端电路连接在U6CAN收发器电路上。
作为上述技术方案的改进，所述基于轮胎振动输入的悬架控制系统还包括电压转换模块，所述电压转换模块包括两端的插座JP1和插座JP3，所述插座JP1和所述插座JP3之间连接有两条导线，位于上方的导线上连接有二极管D5，两导线之间依次连接有二极管D6、电容C31、电容C32及电容C33，所述电容C32与所述电容C33之间的导线上连接有电压转换芯片U5，所述电压转换芯片U5一端接地。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
(1)本方案在现有的悬架控制系统的基础上，增加了路面采集信息的电路，能很好的获得路面信息，判断路面等级。
(2)实现了对各个轮胎胎压监测的加速度信号进行采集读取，并对四路信号进行分析，获得路面等级情况，再将该信号送入到悬架控制ECU，悬架控制ECU再根据路面情况调节刚度阻尼，该方案结合了路面的采集传感信号，避免悬架控制所需额外的加速度传感器，同时该方案采集四个轮胎的加速度信号，相比于单个加速度采集情况，更有利于判断路面状况。
附图说明
图1为本发明所述基于轮胎振动输入的悬架控制系统模块结构示意图；
图2为本发明所述胎压检测模块结构示意图；
图3为本发明所述车载监控模块结构示意图；
图4为本发明所述电控悬架ECU细化结构示意图；
图5为本发明所述轮胎端的胎压监控模块电路原理图；
图6为本发明所述车载接收端的电路原理图；
图7为本发明所述电压转换模块的电路原理图；
图8为本发明所述轮胎监测端程序流程示意图；
图9为本发明所述车载监控端程序流程示意图；
图10为本发明所述电控悬架ECU程序流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
如图1至图10所示，为本发明所述基于轮胎振动输入的悬架控制系统结构示意图。
本发明所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，包括：胎压监测模块和车载监控模块，所述胎压监测模块包括胎压监测集成模块，所述胎压监测集成模块上连接有信号无线发射模块；所述车载监控模块包括与信号无线发射模块输出端连接的信号无线接收模块，所述信号无线接收模块的输出端连接有车载MCU，所述车载MCU的输出端连接有CAN收发器，所述CAN收发器的输出端连接有电控悬架ECU，所述电控悬架ECU的输出端连接有功率驱动器，所述功率驱动器的输出端连接有悬架调节执行器，且所述信号无线接收模块、车载MCU、CAN收发器、电控悬架ECU及功率驱动器上均连接有供电电源；所述悬架调节执行器包括刚度调节执行器、高度调节执行器、阻尼调节执行器；所述胎压监测集成模块包括轮胎MCU、振动传感器及胎压传感器，所述振动传感器和胎压传感器的输出端连接在轮胎MCU上，且所述轮胎MCU的输出端与信号无线发射模块连接，所述胎压监测集成模块与信号无线发射模块上连接有纽扣电池。此外，电控悬架ECU上还连接车速传感器、转向传感器及车身高度传感器。其中，方块1、2、3、4分别为前后左右轮胎的胎压监测集成模块，方块5、6、7、8分别为各个轮胎对应的信号无线发射模块，方块9为车载端无线接收模块，方块10为车载MCU，方块11为CAN收发器，方块12为电控悬架ECU，方块13为功率驱动器，方块14为悬架调节执行器。
本发明系统分为胎压检测模块，车载监控模块两部分，胎压监测模块是利用安装于轮胎内部的压力传感器采集压力、温度信号，加速度信号和纽扣电池电压信号经过MCU的处理，然后通过发射天线发射出去给车载监控模块的接收天线；车载监控模块则是利用接收天线，将轮胎压力、温度检测模块发射处理的数据信息接收，经过MCU的处理分析，将轮胎压力、温度信息反映在显示屏上，并在轮胎出现异常的情况下利用蜂鸣器进行报警；车载胎压监测模块主要实现的功能包括胎压信息的接收、处理并对驾驶人员进行显示和报警。其中，要求模块能够实时接收轮胎压力温度检测模块发送过来的数据，对信息解码后送给接收端，而接收端的MCU对数据进行分析、处理，并将压力、温度信息显示在液晶显示屏上，并在模块监测到胎压、胎温不正常的时候使蜂鸣器实时对驾驶员进行报警；模块包括接收信息，处理数据，显示报警这几个部分。
进一步改进地，如图5所示：所述胎压监测集成模块包括胎压监测集成电路，所述胎压监测集成电路包括MCU2、U1晶振元件、P2程序烧写端子及无线发射电路模块，所述P2程序烧写端子及无线发射电路模块电性连接在MCU2左侧，所述U1晶振元件连接在MCU2右侧。其中，MCU2采用的芯片型号是SP370，集成了压力传感器、加速度传感器和微控制器，而U1为控制器的晶振元件，频率为4M，P2为程序烧写端子。其中，无线发射电路模块中的电器元件包括：R代表电阻，C代表电容，L代表电感，D1代表发光二极管，Y代表天线，VCC代表电源，GND代表接地。
进一步改进地，如图6所示：所述车载MCU的接收端包括车载微控制单元(U2)、车载接收模块芯片(U3)、陶瓷滤波器(U4)、CAN收发器电路(U6)、电控悬架ECU输出端电路(P3)及无线接收电路模块，所述车载接收模块芯片与所述CAN收发器电路均电性连接在车载微控制单元上，所述U4陶瓷滤波器与无线接收电路模块均电性连接在U3车载接收模块芯片上，所述P3电控悬架ECU输出端电路连接在U6CAN收发器电路上。其中，U2是型号为STM32F103R8的车载微控制单元，与晶振电路、复位电路相连组成最小系统单元，U3为车载接收模块芯片TDA5235，U4为接收电路端的陶瓷滤波器，U6为CAN收发器电路，U6的型号是MCP2551，P3为输出至悬架ECU端。其中，所述无线接收电路模块中的电器元件包括：R代表电阻，C代表电容，L代表电感，D1代表发光二极管，Y代表天线，VCC代表电源，GND代表接地，OS代表晶振。
具体地，如图7所示：所述基于轮胎振动输入的悬架控制系统还包括电压转换模块，所述电压转换模块包括两端的插座JP1和插座JP3，所述插座JP1和所述插座JP3之间连接有两条导线，位于上方的导线上连接有二极管D5，两导线之间依次连接有二极管D6、电容C31、电容C32及电容C33，所述电容C32与所述电容C33之间的导线上连接有电压转换芯片U5，所述电压转换芯片U5一端接地。由于蓄电池提供的电压是5V，而信号采集处理电路、微控制器单元及串口通信模块所需的电源电压是3.3V，所以采用电压转换模块来完成电压转换功能，电源电压转换芯片U5采用ASM1117-3.3。
此外，如图8所示轮胎监测端程序流程：首先进行程序初始化，然后判断轮胎是否有振动加速度信号，没有使系统休眠5s，主要是从节能角度考虑，延长电池的工作寿命；如果有加速度信号，代表汽车已经行驶，有路面输入信息，然后通过分别读取传感器的压力和加速度信息，通过天线把数据发送给车载接收端。
如图9所示车载监控端程序流程：首先，对车载MCU进行初始化，检测是否有输入信号，如果有，读取压力和加速度信号，并对接收的信号判断所属哪个轮胎，然后通过CAN总线向悬架ECU发送所接收到的数据。
如图10所示电控悬架ECU程序流程：首先，对悬架ECU进行初始化，采集当前车速、转向、车身高度信号，等待轮胎的加速度信号，根据这些信号调整悬架刚度阻尼到目标值，输出指令到执行机构，如果悬架机构执行不到位，则继续调整，否则控制调整结束。
综上所述：本发明针对路面垂直加速度的问题，采用了在轮胎设置垂直方向振动传感器，采集路面信号，通过无线模块将信息发送给主控模块，然后再主控模块通过CAN总线与悬架控制ECU进行通信，把路面信息反馈给悬架控制ECU，ECU根据路面信息，分析道路情况和路面等级，控制悬架系统的刚度和阻尼，提高汽车的驾驶安全性和乘坐舒适性。本发明所采集的信号都可以作为电子转速计的信号，结构简单，性能可靠。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：包括：胎压监测模块和车载监控模块，所述胎压监测模块包括胎压监测集成模块，所述胎压监测集成模块上连接有信号无线发射模块；所述车载监控模块包括与信号无线发射模块输出端连接的信号无线接收模块，所述信号无线接收模块的输出端连接有车载MCU，所述车载MCU的输出端连接有CAN收发器，所述CAN收发器的输出端连接有电控悬架ECU，所述电控悬架ECU的输出端连接有功率驱动器，所述功率驱动器的输出端连接有悬架调节执行器，且所述信号无线接收模块、车载MCU、CAN收发器、电控悬架ECU及功率驱动器上均连接有供电电源；
所述悬架调节执行器包括刚度调节执行器、高度调节执行器、阻尼调节执行器；
所述胎压监测集成模块包括轮胎MCU、振动传感器及胎压传感器，所述振动传感器和胎压传感器的输出端连接在轮胎MCU上，且所述轮胎MCU的输出端与信号无线发射模块连接，所述胎压监测集成模块与所述信号无线发射模块上连接有纽扣电池。
2.根据权利要求1所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：所述电控悬架ECU上还连接车速传感器、转向传感器及车身高度传感器。
3.根据权利要求1所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：所述胎压监测集成模块包括胎压监测集成电路，所述胎压监测集成电路包括MCU2、U1晶振元件、P2程序烧写端子及无线发射电路模块，所述P2程序烧写端子及无线发射电路模块电性连接在MCU2左侧，所述U1晶振元件连接在MCU2右侧。
4.根据权利要求3所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：所述MCU2是压力传感器、加速度传感器和微控制器的集成。
5.根据权利要求1所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：所述车载MCU的接收端包括U2车载微控制单元、U3车载接收模块芯片、U4陶瓷滤波器、U6CAN收发器电路、P3电控悬架ECU输出端电路及无线接收电路模块，所述U3车载接收模块芯片与所述U6CAN收发器电路均电性连接在U2车载微控制单元上，所述U4陶瓷滤波器与无线接收电路模块均电性连接在U3车载接收模块芯片上，所述P3电控悬架ECU输出端电路连接在U6CAN收发器电路上。
6.根据权利要求1所述的基于轮胎振动输入的悬架控制系统，其特征在于：所述基于轮胎振动输入的悬架控制系统还包括电压转换模块，所述电压转换模块包括两端的插座JP1和插座JP3，所述插座JP1和所述插座JP3之间连接有两条导线，位于上方的导线上连接有二极管D5，两导线之间依次连接有二极管D6、电容C31、电容C32及电容C33，所述电容C32与所述电容C33之间的导线上连接有电压转换芯片U5，所述电压转换芯片U5一端接地。
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