CN112793375A - 汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置及其方法，用于控制设置在车身悬架位置的减振器电磁阀，包括：采集单元，用于采集包括悬架位置的车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号；控制单元，根据所述悬架位置的所述车身垂向高度信号和所述车身垂向加速度信号，提供对所述减振器电磁阀的控制信号；电磁阀驱动电路，所述控制单元通过所述电磁阀驱动电路控制所述减振器电磁阀；若干电流反馈电路，通过A/D转换单元与所述控制单元相连，将所述减振器电磁阀的电流反馈给所述控制单元，对所述减振器电磁阀驱动电路的驱动电流进行误差校正。本发明解决了汽车乘坐舒适性与操纵稳定性之间的技术难题。

Description

汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车阻尼连续可调半主动悬架领域，特别涉及一种汽车电磁阀控式阻尼连续可调半主动悬架电控装置及其控制方法。
背景技术
悬架系统能够改善汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性，而阻力连续可调半主动悬架解决了被动悬架阻尼不可调整的技术缺陷，能够独立的跟踪阻尼力需求信号，可将阻尼力连续调节到阻尼工作区域任何一点。目前，阻尼可调半主动悬架主要分为磁流变(或电流变)和电磁阀控式两种，其中电磁阀控式阻尼连续可调半主动悬架具有结构简单、响应迅速、性能可靠、开发成本低等优点，具有很大技术优势和市场潜力。
电磁阀控式阻尼连续可调半主动悬架需要同时兼顾汽车乘坐舒适性和操纵稳定性，针对路面条件、驾驶工况及驾驶员要求实现四个半主动悬架阻尼力的自适应可变调整，这对阻尼连续可调半主动悬架电控装置及控制方法提出更高要求，因而设计开发低成本、高精度、性能可靠且能实现多种模式可调的阻尼电控装置及控制方法具有重要价值。
发明内容
应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。
针对上述问题，本发明提供一种实时动态控制汽车阻尼连续可调半主动悬架的电控装置及控制方法。
本发明公开了一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，用于控制设置在车身悬架位置的减振器电磁阀，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集包括悬架位置的车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号；
控制单元，根据所述悬架位置的所述车身垂向高度信号和所述车身垂向加速度信号，提供对所述减振器电磁阀的控制信号；
电磁阀驱动电路，所述控制单元通过所述电磁阀驱动电路控制所述减振器电磁阀；
若干电流反馈电路，通过A/D转换单元与所述控制单元相连，将所述减振器电磁阀的电流反馈给所述控制单元，对所述减振器电磁阀驱动电路的驱动电流进行误差校正。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述采集单元通过其具有的PWM外设接口采集所述悬架位置的车身垂向高度信号。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号分别由位于三个悬架位置的三组车身传感器提供，所述控制单元据此获得第四个悬架位置的车身车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述控制单元通过PWM输出端口控制所述电磁阀驱动电路。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述控制单元包括PSI5外设传感接口，通过所述PSI5外设传感接口读取所述车身垂向加速度传感器发送的信号。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述控制单元进一步接收模式选择并据此进行控制，所述模式选择包括标准型、运动型和舒适型的其中之一。
比较好的是，本发明进一步公开的一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述电磁驱动电路采用高低边联合驱动方式，通过MOSFET驱动芯片同时去控制高边和低边两个MOSFET电路，保证所述减振器电磁阀的响应。
本发明还公开了一种汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，包括：
步骤一，初始化；
步骤二，获得包括模式信号、三个悬架位置的车身垂向高度和车身垂向加速度；
步骤三，根据所述三个车身垂向高度和车身垂向加速度，获得第四个车身垂向高度和车身垂向加速度；
步骤四，针对整车匀速、加速、制动、转向和失稳不同的运行状态进行分任务控制，包括车身垂向振动控制、车身俯仰控制、车身侧倾控制、车轮垂向振动控制和车辆失稳控制；
步骤五，根据决策参数，通过阈值判断整车运行状态，采用优先级方式切换包括垂向振动控制、俯仰姿态控制、侧倾姿态控制和失稳控制的分任务，并得到最终的决策电流；
步骤六，根据所述决策电流，转换为对应的PWM输出，通过电流反馈电路采集对应电磁阀实际电流值，并将误差校正后的电流值用于阻尼连续可调所述减振器电磁阀的控制。
比较好的是，本发明还进一步公开了一种汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述步骤二中的三个悬架位置包括左前、右前、左后悬架位置；
所述步骤三中，所述第四个悬架位置包括右后悬架，其车身垂向速度根据右前悬架处的车身垂向速度根据车速和轴距信息获得，其相对运动速度根据右前和左后悬架处的相对运动速度获得。
比较好的是，本发明还进一步公开了一种汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述步骤四中，进一步包括：
所述系统模式包括标准型、运动型和舒适型，所述舒适模式采用增益可调的天棚控制，所述运动模式采用增益可调的地棚控制，所述标准模式采用增益可调的改进天棚控制。
本发明能够根据车身垂向加速度传感器和车身高度传感器两类信号，提出一种汽车阻尼连续可调半主动悬架的电控装置及控制方法，对四个阻尼连续可调减振器进行动态实时控制，从而解决汽车乘坐舒适性与操纵稳定性之间的技术难题。
附图说明
现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1为本发明电控装置的电路原理框图；
图2为本发明电控装置的电源电路原理图；
图3为本发明电控装置的CAN通讯模块电路原理图；
图4为本发明电控装置的左前悬架电磁阀驱动电路原理图；
图5为本发明电控装置的升压电路原理图；
图6为本发明电控装置的左前悬架电磁阀驱动电流反馈电路原理图；
图7为本发明电控装置的高频信号处理电路原理图；
图8为本发明电控装置的的左前悬架高度传感器滤波电路原理图；
图9为本发明控制方法流程图。
附图标记
1――电控装置
2――微处理器
3――电源电路
4――CAN通讯模块
5――左前悬架(FL)电磁阀驱动电路
6――左前悬架(FL)电流反馈电路
7――右前悬架(FR)电磁阀驱动电路
8――右前悬架(FR)电流反馈电路
9――左后悬架(RL)电磁阀驱动电路
10――左后悬架(RL)电流反馈电路
11――右后悬架(RR)电磁阀驱动电路
12――右后悬架(RR)电流反馈电路
13――BDM接口电路
14――时钟电路
15――复位电路
16――车身垂向加速度高频信号处理电路
17――右后悬架(RL)高度传感器信号滤波电路
18――右前悬架(FR)高度传感器信号滤波电路
19――左前悬架(FL)高度传感器信号滤波电路
20――分压电路
21――模式开关
22――左前悬架(FL)处的车身高度传感器
23――右前悬架(FR)处的车身高度传感器
24――左后悬架(RL)处的车身高度传感器
25――左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器
26――右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器
27――左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器
28――左前悬架(FL)减振器电磁阀
29――右前悬架(FR)减振器电磁阀
30――左后悬架(RL)减振器电磁阀
31――右后悬架(RR)减振器电磁阀
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
为了解决以上技术问题，本发明提出一种汽车阻尼连续可调半主动悬架的电控装置，包括微处理、电源电路、CAN通讯模块、半主动悬架电磁阀驱动电路、输出电流反馈电路、BDM调试电路、时钟电路、复位电路、车身垂向加速度高频信号处理电路、车身高度传感器信号滤波电路和分压电路。电控装置输入信号来自模式开关、车身高度传感器和车身垂向加速度传感器。电控装置的输出信号用于控制四个阻尼连续可调半主动悬架减振器电磁阀，实现汽车半主动悬架阻尼力的连续可变调节。
其中，微处理器为本发明电控装置的核心元件，除了必需的运算速率以保证控制算法的实时运行外，还需要具备四路PWM占空比输出端口，以控制驱动电路的输出电流，且每路的驱动能力不低于1.6A；四路ATD采样接口，以接收电磁阀控制电流反馈；三路PWM采样端口，读取具有PWM外设接口的车身高度传感器发送的信号；三路PSI5标准采样接口，读取符合PSI5外设传感接口的车身垂向加速度传感器发送的信号；需要至少一路高速CAN 接口(500Kbps)用于与整车CAN总线的通信。
下面通过具体实施方式，并结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1所示为本发明的电控装置电路原理框图。
本发明提出一种汽车阻尼连续可调半主动悬架的电控装置1。
其中，微处理器2为本发明电控装置的核心元件，除了必需的运算速率以保证控制算法的实时运行外，还需要具备四路PWM 占空比输出端口，以控制驱动电路的输出电流，且每路的驱动能力不低于1.6A；四路ATD采样接口，以接收电磁阀控制电流反馈；三路PWM采样端口，读取具有PWM外设接口的车身高度传感器发送的信号；三路PSI5标准采样接口，读取符合PSI5外设传感接口的车身垂向加速度传感器发送的信号；需要至少一路高速CAN 接口(500Kbps)用于与整车CAN总线的通信。
图1中，该电控装置1的输入信号来自模式开关21、左前悬架(FL)处的车身高度传感器22、右前悬架(FR)处的车身高度传感器23、左后悬架(RL)处的车身高度传感器24、左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器25、右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器27。
其中，左前悬架(FL)处的车身高度传感器22、右前悬架(FR) 处的车身高度传感器23、左后悬架(RL)处的车身高度传感器24 分别通过左前悬架(FL)高度传感器信号滤波电路19、右前悬架(FR) 高度传感器信号滤波电路18、右后悬架(RL)高度传感器信号滤波电路17将车身高度信号传送给微处理器2。
其中，左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器25、右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器27通过车身垂向加速度高频信号处理电路16传送给微处理器2。
此外，本电控装置1还采用了一个模式开关21，通过分压电路20将模式选择信号传送给微处理器2。
本发明的电控装置1的输出信号用于控制左前悬架(FL)减振器电磁阀28、右前悬架(FR)减振器电磁阀29、左后悬架(RL)减振器电磁阀30和右后悬架(RR)减振器电磁阀31。
该电控装置1的微处理器2输出通过左前悬架(FL)电磁阀驱动电路5、右前悬架(FR)电磁阀驱动电路7、左后悬架(RL)电磁阀驱动电路9、右后悬架(RR)电磁阀驱动电路11输出信号分别驱动左前悬架(FL)减振器电磁阀28、右前悬架(FR)减振器电磁阀29、左后悬架(RL)减振器电磁阀30和右后悬架(RR)减振器电磁阀31。同时，左前悬架(FL)电流反馈电路6、右前悬架(FR)电流反馈电路 8、左后悬架(RL)电流反馈电路10、右后悬架(RR)电流反馈电路 12将该四个电磁阀的电流反馈回微处理器2。
其中，半主动悬架电磁阀驱动电路包括左前悬架(FL)电磁阀驱动电路5、右前悬架(FR)电磁阀驱动电路7、左后悬架(RL)电磁阀驱动电路9和右后悬架(RR)电磁阀驱动电路11，分别对微处理器2输出的四路PWM控制信号进行功率放大，来驱动对应的四个半主动悬架电磁阀28～31进行工作，实现减振器阻尼力的连续可变调节；这四个驱动电路采用高、低边联合驱动的方式，保证电磁阀的快速响应。
围绕该微处理器2的还包括电源电路3、CAN通讯模块4、BDM 调试接口电路13、时钟电路14、复位电路15。
其中，CAN通讯模块4用于实现本发明电控装置与整车其它电控装置的数据交互，实时读取车速、纵向加速度、横摆角速度等整车信号，并将本发明电控装置的运行信息发送至仪表盘显示。
BDM调试接口电路13、时钟电路14和外部复位电路15为支持微处理器2工作的外围电路，分别用于微处理器背景调试、时钟信号发生和外部复位。
在较佳实施例中，本发明采用NXP半导体公司S12X系列中的 MC9S12XEP100芯片，片内FLASH存储器容量达1MB，支持最大50M 的外部时钟频率，并且接口丰富，可提供最高16位精度的模数转换A/D通道、4路高速CAN通道、8路8位PWM输出通道、8路增强型捕捉定时器ECT采样通道和8路TIM采集通道，满足本发明所提出的阻尼连续可调半主动悬架电控装置的功能需求。
图2所示为本发明的电源电路3的原理图。
电源电路3为本发明电控装置必不可少的电路之一，上述微处理器2和其它外设电路的供电电压是5V，需要电源电路3将车载12V电压转变为5V并保持5V供电电压的稳定性，该电源电路对车载12V电源信号进行去耦、扼流和稳压，消除车载电源电压的波动性，并将12V车载电源降为5V或8V，以满足其它电路供电需求。
在图2中，P1号脚与汽车点火开关相连，P2号脚与车载12V 电源相连，采用整流二极管U1、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C7、电容C8、磁棒L1、磁棒L2等元器件对电源信号进行去耦、扼流和稳压，消除车载电源电压的波动性。
本发明采用稳压芯片LM7805将稳压后的12V电源信号降为 5V，P3号脚为受点火开关控制的5V电压源，P4和P5号脚并联供电，以提高5V电压源的驱动能力。
图3所示为本发明搭建的CAN通讯模块4。
该CAN通讯模块4用于实现本发明电控装置与整车其它电控装置的数据交互，实时读取车速、纵向加速度、横摆角速度等整车信号，并将本发明电控装置的运行信息发送至仪表盘显示。
高速CAN收发器U8采用TJA1050芯片，其中CAN收发器U8 的RXD、TXD引脚连接微处理器2的PM0和PM1接口，CAN收发器 U8的CANH和CANL引脚与整车CAN总线相连，即图3中的33和 34标识线。
图4所示为本发明左前悬架电磁阀驱动电路5的原理图。
图1中的左前悬架(FL)电磁阀驱动电路5、右前悬架(FR)电磁阀驱动电路7、左后悬架(RL)电磁阀驱动电路9和右后悬架(RR) 电磁阀驱动电路11用于将微处理器2输出的控制信号进行放大，来驱动对应的电磁阀工作。
本较佳实施例中，使用意法半导体公司OMNIFET II系列中的 VND14NV04场效应管进行功率放大，其最大驱动电流为12A。
本电控装置中的电磁驱动，采用高低边联合驱动的方式，其中M1为高边驱动的MOSFET，由HO0控制Gate极，M2为低边驱动的MOSFET，由LO0控制Gate极；IR2181S芯片用于驱动场效应管，其输入来自于同一个PWM信号，以保证高低边驱动同时打开或关闭；图4中39号引脚和40号引脚分别连接减振器电磁阀的控制端。高边驱动需要一个高电压信号以打开高边驱动M1的Gate极，本发明采用芯片PAM2421来发生高电平，通过配置R30和R31两个电阻产生一个17V的升压信号，用于开启高边Gate极，如图5 所示为本发明升压电路原理图。
图6所示为本发明电控装置的左前悬架电磁阀驱动电流反馈电路原理图。
图1中左前悬架(FL)电流反馈电路6、右前悬架(FR)电流反馈电路8、左后悬架(RL)电流反馈电路10和右后悬架(RR)电流反馈电路12用于对电磁阀驱动电流进行硬件输出误差校正。
图6中采用电压差分放大器AD8200进行电流反馈电路的设计，其中40号引脚和S0号引脚连接着图4中采样电阻R34的两端，经过采样电阻和差分放大器后的输出电压范围为0.6-3.2V，通过微处理器的ATD采样端口读入，电磁阀上的输出电流和ATD 的采样值满足线性关系，通过这一关系，微处理器可以实时得到每个电磁阀的输出电流，以便进行硬件输出误差校正。
图7所示为本发明电控装置的高频信号处理电路16的原理图。
该高频信号处理电路16用于对车身垂向加速度信号进行采集并将处理后的信号输入给微处理器2，本发明的左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器25、右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器27均采用 PSI5接口，信号为曼彻斯特编码形式。
本较佳实施例中，选用意法半导体公司的L9658作为车身垂向加速度传感器的接口芯片，L9658拥有4个独立可编程的外围传感器接口通道，且该通道配置了曼彻斯特译码器，可直接对加速度信号进行解析，并将解码后的加速度信号通过SPI的方式发送给微处理器2。
图8所示为本发明的左前悬架高度传感器滤波电路原理图。
右后悬架(RL)高度传感器信号滤波电路17、右前悬架(FR)高度传感器信号滤波电路18和左前悬架(FL)高度传感器信号滤波电路19用于对车身高度传感器信号采集并将处理后的信号输入给微处理器2，图8示例的左前悬架高度传感器滤波电路的高度传感器共有3根线，其中23号脚与电源模块提供的5V相连，24号脚与 GND相连，8号脚为信号线，通过固定频率变占空比的PWM信号方式发送给微处理器。
分压电路20用于采集模式开关的信号并输入给微处理器。
模式开关21用于驾驶员需求输入，通常有“标准型”、“运动型”和“舒适型”等模式选择功能。
左前悬架(FL)处的车身高度传感器22、右前悬架(FR)处的车身高度传感器23和左后悬架(RL)处的车身高度传感器24用于测量车辆簧上质量和簧下质量的相对高度值，其表征了悬架拉伸或压缩的程度。
更进一步说，车身高度传感器用于测量车身和车轮之间的相对高度值，其表征了悬架拉伸或压缩的程度，一个完整的高度传感器包含传感器本体和连杆支架两部分，传感器本体安装在车身，连杆支架安装在车轮。车辆运行过程中，车身和车轮的相对位置不断发生变化，带动连杆支架运动并通过球头转换为高度传感器的变化。车身高度传感器的数量可以是四个，也可以是三个，如果采用四个车身高度传感器的布置方案，则分别布置在左前、右前、左后、右后四个悬架处，以实时监控四个悬架处的垂向高度值，如果采用三个车身高度传感器的布置方案，则分别布置在车身左前、右前和左后三个悬架处，右后悬架处的车身高度值可通过另外三个车身高度传感器的值估计得到。
本较佳实施例采用德国大陆公司生产的新一代智能化非接触式位置传感器，输出电压为恒定周期的变占空比信号，其占空比大小与悬架高度成线性关系。
左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器25、右前悬架(FR) 处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器27用于实时测量车身悬架硬点处的垂向加速度值。
更进一步说，车身垂向加速度传感器用于实时测量车身悬架硬点处的垂向加速度值。车身垂向加速度传感器的数量可以是四个，也可以是三个，如果采用四个车身垂向加速度传感器的布置方案，则分别布置在车身左前、右前、左后、右后四个悬架的上硬点处，以实时监控车身悬架硬点处的垂向加速度值，如果采用三个车身垂向加速度传感器的布置方案，则分别布置在车身左前、右前和左后三个悬架的上硬点处，车身右后悬架上硬点处的垂向加速度值可通过另外三个垂向加速度传感器的值估计得到。
本较佳实施例采用德国大陆公司生产的数字式底盘加速度传感器，输出为满足PSI5接口标准的数字信号。
左前悬架(FL)减振器电磁阀28、右前悬架(FR)减振器电磁阀 29、左后悬架(RL)减振器电磁阀30和右后悬架(RR)减振器电磁阀 31为电控先导式比例节流阀，输入为0-1.6A的控制电流，响应频率超过1GHz。
图9所示为应用本发明的本发明的控制方法流程图。
本发明提出一种汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，各步骤包括初始化S1、信号读取S2、状态估计S3、分任务控制S4、多任务优先级切换控制S5和PWM控制输出S6，下面按照顺序具体介绍各个步骤：
初始化S1，包括传感器信号初始化、CAN信号初始化和阻尼连续可调减振器电磁阀的初始化。
其中，传感器信号初始化是指左前悬架(FL)处的车身高度传感器22、右前悬架(FR)处的车身高度传感器23、左后悬架(RL)处的车身高度传感器24、左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器 25、右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL) 处的车身垂向加速度传感器27，分别完成对应端口的寄存器初始化配置。而CAN信号指车速信号、方向盘转角信号、方向盘转角角速度信号、整车纵向加速度信号、横摆角速度信号，完成CAN 模块的寄存器初始化配置。
信号读取S2，获取模式开关、阻尼连续可调减振器系统专用传感器信号和整车CAN信号，其中左前悬架(FL)处的车身高度传感器22、右前悬架(FR)处的车身高度传感器23和左后悬架(RL) 处的车身高度传感器24信号采用PWM信号形式直接读取，左前悬架(FL)处的车身垂向加速度传感器25、右前悬架(FR)处的车身垂向加速度传感器26和左后悬架(RL)处的车身垂向加速度传感器 27信号通过曼彻斯特译码器解析通过SPI的形式读取，整车CAN信号以报文形式读取并根据DBC协议解析。
状态估计S3，针对两类状态进行估计，分别为悬架系统运动状态和整车运动状态，其中悬架系统运动状态包括车身垂向运动速度、悬架相对运动速度和车轮垂向运动速度，左前(FL)、右前 (FR)和左后(RL)三个悬架处的车身垂向速度分别由左前(FL)、右前(FR)和左后(RL)三个悬架处安装的车身垂向加速度传感器信号通过积分滤波算法得到，右后(RR)悬架处的车身垂向速度由右前 (FR)悬架处的车身垂向速度根据车速和轴距信息估算得到；左前 (FL)、右前(FR)和左后(RL)三个悬架相对运动速度分别由左前 (FL)、右前(FR)和左后(RL)三个悬架处安装的车身高度传感器信号通过差分滤波算法得到，右后(RR)悬架处的相对运动速度由右前(FR)和左后(RL)悬架处的相对运动速度估算得到；四个车轮垂向运动速度分别四个悬架处的车身垂向速度和相对运动速度通过几何运算关系得到。整车运动状态包括加速、制动、转向和失稳，根据整车其它电控系统配备的纵向加速度传感器、方向盘转角传感器和横摆角速度传感器等实时测得，并通过CAN总线传输。
分任务控制S4，针对整车不同的运行状态进行分任务控制，包括车身垂向振动控制、车身俯仰控制、车身侧倾控制、车轮垂向振动控制和车辆失稳控制。
其中，车身垂向振动控制在不同的系统模式下采用不同的控制方法，舒适模式以提高舒适性为目的，采用增益可调的天棚控制，运动模式以提高操稳性为目的，采用增益可调的地棚控制，标准模式采用增益可调的改进天棚控制策略，同时兼顾舒适性和操稳性。车身侧倾姿态控制首先基于Kalman滤波器设计侧倾状态估计方法，并利用滑模变结构控制输出车辆所期望的附加防侧倾力矩，通过阻尼可调减振器的阻尼力实现车辆主动防侧倾控制。车身俯仰姿态控制与车身侧倾姿态类似。车轮垂向运动控制以控制车轮的抓地性为主，仅在运动模式下使能，即采用增益可调的地棚控制。失稳控制是指汽车出现横向失稳时，半主动悬架要兼顾到操稳性，以实际横摆角速度和理想参考角速度的差值作为转向特性控制偏差，基于滑模变结构控制方法得到附加横摆力矩，然后通过分析汽车左右两侧载荷转移量对汽车转向特性的影响，改善汽车侧向稳定性。
多任务优先级切换控制S5，在分任务控制S4的基础上，由车速、纵向加速度、方向盘转角和横摆角速度等决策参数，通过阈值判断整车运行状态，采用优先级的方式切换不同控制任务，得到最终的决策电流。
具体切换方式如下：
Figure BDA0002272742960000181
控制输出S6，将多任务优先级切换控制S5得到的决策电流通过插值方式转换成对应的PWM输出，通过电流反馈电路采集对应电磁阀实际电流值，并将误差校正后的电流值用于阻尼连续可调减振器电磁阀的控制。
综上所述，本发明的电控装置及其控制方法能够根据车身垂向加速度传感器和车身高度传感器两类信号，提出一种包括电源电路、CAN通讯模块、电磁阀驱动电路、输出电流反馈电路、BDM 调试电路、时钟电路、复位电路、车身垂向加速度高频信号处理电路、车身高度传感器信号滤波电路和分压电路的汽车阻尼连续可调半主动悬架的电控装置，以及一种包括初始化、信号读取、状态估计、分任务控制、多任务优先级切换控制和PWM输出的控制方法，对四个阻尼连续可调减振器进行动态实时控制，从而解决汽车乘坐舒适性与操纵稳定性之间的技术难题。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件 (DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。
计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，用于控制设置在车身悬架位置的减振器电磁阀，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集包括悬架位置的车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号；
控制单元，根据所述悬架位置的所述车身垂向高度信号和所述车身垂向加速度信号，提供对所述减振器电磁阀的控制信号；
电磁阀驱动电路，所述控制单元通过所述电磁阀驱动电路控制所述减振器电磁阀；
若干电流反馈电路，通过A/D转换单元与所述控制单元相连，将所述减振器电磁阀的电流反馈给所述控制单元，对所述减振器电磁阀驱动电路的驱动电流进行误差校正。
2.根据权利要求1所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述采集单元通过其具有的PWM外设接口采集所述悬架位置的车身垂向高度信号。
3.根据权利要求2所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号分别由位于三个悬架位置的三组车身传感器提供，所述控制单元据此获得第四个悬架位置的车身车身垂向高度信号和车身垂向加速度信号。
4.根据权利要求3所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，包括：
所述控制单元通过PWM输出端口控制所述电磁阀驱动电路。
5.根据权利要求4所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述控制单元包括PSI5外设传感接口，通过所述PSI5外设传感接口读取所述车身垂向加速度传感器发送的信号。
6.根据权利要求5所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述控制单元进一步接收模式选择并据此进行控制，所述模式选择包括标准型、运动型和舒适型的其中之一。
7.根据权利要求1所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置，其特征在于，
所述电磁驱动电路采用高低边联合驱动方式，通过MOSFET驱动芯片同时去控制高边和低边两个MOSFET电路，保证所述减振器电磁阀的响应。
8.一种汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，包括：
步骤一，初始化；
步骤二，获得包括模式信号、三个悬架位置的车身垂向高度和车身垂向加速度；
步骤三，根据所述三个车身垂向高度和车身垂向加速度，获得第四个车身垂向高度和车身垂向加速度；
步骤四，针对整车匀速、加速、制动、转向和失稳不同的运行状态进行分任务控制，包括车身垂向振动控制、车身俯仰控制、车身侧倾控制、车轮垂向振动控制和车辆失稳控制；
步骤五，根据决策参数，通过阈值判断整车运行状态，采用优先级方式切换包括垂向振动控制、俯仰姿态控制、侧倾姿态控制和失稳控制的分任务，并得到最终的决策电流；
步骤六，根据所述决策电流，转换为对应的PWM输出，通过电流反馈电路采集对应电磁阀实际电流值，并将误差校正后的电流值用于阻尼连续可调所述减振器电磁阀的控制。
9.根据权利要求8所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述步骤二中的三个悬架位置包括左前、右前、左后悬架位置；
所述步骤三中，所述第四个悬架位置包括右后悬架，其车身垂向速度根据右前悬架处的车身垂向速度根据车速和轴距信息获得，其相对运动速度根据右前和左后悬架处的相对运动速度获得。
10.根据权利要求9所述的汽车阻尼连续可调半主动悬架控制方法，其特征在于，所述步骤四中，进一步包括：
所述系统模式包括标准型、运动型和舒适型，所述舒适模式采用增益可调的天棚控制，所述运动模式采用增益可调的地棚控制，所述标准模式采用增益可调的改进天棚控制。
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