CN202624110U - 一种车辆垂直加速度和温度信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车辆垂直加速度和温度信号采集装置，包括传感器模块、信号采集单元、信号预处理单元、数据包封装单元、参数存储单元、自诊断系统和数据通信电路，所述的传感器模块由垂直加速度传感器、温度数据传感器和SPI接口电路组成，该传感器模块与信号采集单元相连，信号采集单元通过信号预处理单元与数据包封装单元相连，数据包封装单元连于数据通信电路上。本实用新型的有益效果为：该装置不仅具有垂直方向加速度和温度信号的采集功能，同时具有预处理功能，通过CAN总线接口直接同减震器ECU控制系统通信，具有精度高、动态响应速度快、功耗低、体积小等特点。

Description

一种车辆垂直加速度和温度信号采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种车辆信号采集装置，尤其涉及一种电控磁流变减震器的垂直加速度和温度信号的采集装置。

背景技术

传统的汽车减震器主要由弹性元件、阻尼元件和导向元件构成，这种基于经典隔振理论的减震器是根据汽车的综合性能要求，针对特定的路面状况和车辆运行状况进行设计的，系统振动特性固定不变。由于这种减震器弹性元件的刚度和阻尼元件的阻尼系数是不能改变的，因此它无法在复杂路面激励和不断变化的行驶工况下提供车辆平顺性和行车安全性的合理匹配。磁流变减震器是一种能够根据实际路面状况和车辆运行状态的变化、动态调节减震器阻尼系数的智能减震器系统，既能保证车辆的操纵稳定性，又能使行车舒适安全性达到最优状态。

这种磁流变减震器的ECU（电控系统）利用安装在车辆上的不同传感器采集减震器垂直加速度、车身加速度、车速以及转向角等输入信号，得到当前路面状况和车辆行驶条件并通过ECU软件算法运算处理后，输出控制信号动态调节减震器的阻尼力大小。

其中车辆簧载质量的垂向加速度信号是磁流变减震器ECU的一个重要输入量，ECU通过采集簧载质量的垂向加速度计算出簧载质量与非簧载质量的绝对振动速度和簧载质量与非簧载质量的相对振动速度，并通过软件控制算法得到输出阻尼力的关系以达到对磁流变阻尼器的阻尼力的实时调节。对簧载质量垂直加速度信号的采集中，传统技术一般是运用模拟加速度传感器直接输出模拟信号给控制器ECU采集，这样不仅使得传感器同ECU之间的距离受到限制同时也需要ECU增加放大电路、信号调理电路和A/D采样电路以及相关软件处理功能，极大的增加了ECU控制器的软硬件开销。另外也有通过差分信号来实现模拟加速度信号传输至ECU采集的方案，这样虽然解决了传输的距离问题和抗干扰问题，但是却增加了ECU的差分信号处理等功能，也会降低整个的性能。

发明内容

本实用新型克服了传统技术中垂直加速度信号采集传输距离，抗干扰以及仅传输信号不能处理信号等问题，而提供一种减轻了应用系统中ECU的硬件开销和处理负担的车辆垂直加速度和温度信号采集装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括传感器模块、信号采集单元、信号预处理单元、数据包封装单元、参数存储单元、自诊断系统和数据通信电路，所述的传感器模块由垂直加速度传感器、温度数据传感器和SPI接口电路组成，该传感器模块与信号采集单元相连，信号采集单元通过信号预处理单元与数据包封装单元相连，数据包封装单元连于数据通信电路上。

作为优选，所述的传感器模块内设有差容式力平衡敏感元件，该传感器模块内的芯片固定在PCB电路板上，PCB电路板平面与汽车水平面保持一致。

作为优选，所述的SPI接口电路设有四根信号线，分别为CS片选信号线、SCLK同步时钟线、MISO主设备信号输入/副设备信号输出线、MOSI主设备信号输出/副设备信号输入线；四根信号线分别连接于微处理器单元上，该微处理器单元与CAN总线收发器相连，该CAN总线收发器上设有CAN总线接口。

本实用新型的有益效果为：该装置不仅具有垂直方向加速度和温度信号的采集功能，同时具有预处理功能，通过CAN总线接口直接同减震器ECU控制系统通信，具有精度高、动态响应速度快、功耗低、体积小等特点。

附图说明

图1是本实用新型的减震器垂直加速度和温度信号采集系统功能结构图；

图2是本实用新型的实施例原理示意图。

附图中的标号分别为：  1、传感器模块，  2、信号采集单元，  3、信号预处理单元，  4、数据包封装单元，  5、参数存储单元，  6、自诊断系统，  7、数据通信电路，  8、微处理器单元，  9、CAN总线收发器，  10、CAN总线接口，  11、垂直加速度传感器，  12、温度数据传感器，  13、LDO线性稳压电路。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

本实用新型的车辆垂直加速度和温度信号采集装置，包括传感器模块1、信号采集单元2、信号预处理单元3、数据包封装单元4、参数存储单元5、自诊断系统6和数据通信电路7，如图1所示。传感器模块1具有差容式力平衡敏感元件，能够感测车辆垂直方向的振动信号并转换成与其成比例关系的电压信号，此电压信号经过放大、滤波和A/D采样处理后由传感器接口输出；所述传感器模块1芯片固定在PCB电路板上，PCB电路板平面与汽车水平面保持一致。

信号采集单元2在物理连接上采用符合传感器接口标准的SPI或者PWM协议规范，信号采集单元2通过接口标准配置传感器芯片并采集垂直加速度和温度数据；

信号预处理单元3是对采集的垂直加速度数据或者温度数据做滤波优化处理，确保数据的精度。所述数据包封装单元4符合标准的CAN2.0协议规范，按照CAN总线协议规范对加速度或者温度数据进行打包处理，并规定同减震器ECU的建链机制，以确保本实用新型同其他ECU的通信。

所述加速度传感器为VTI820系列汽车级数字加速度传感器，典型应用领域为汽车底盘安全稳定性。所述加速度芯片1、2、3、11、12引脚接地，4和10引脚通过电容接地，工作时6、7、8、9引脚输出符合SPI标准协议规范的数字化垂直加速度和温度值。

所述信号采集单元2、信号预处理单元3、数据包封装单元4、自诊断系统6和参数存储单元5都有单片微处理器完成。选用飞思卡尔的8位MC9S08DZ32型号的微处理器，工作电压为3.3V，主频最高可达20Mhz，集成32k的FLASH和2K的EEPROM，并具有SPI和CAN2.0标准接口。正常工作仅需10mA左右的电流。

所述数据通信电路7的收发芯片选用TJA1050型号，此CAN总线收发芯片兼容3.3V的信号电平，符合CAN2.0标准规范，不仅使得数据通信速率最高可达1M波特率，不仅达到传输响应速度快的功能，而且应用系统如磁流变减震器ECU只需要接入CAN总线就能获得相应的垂直加速度和温度数据，减少了软硬件开销和处理时间，同时缩小了整个系统的体积，降低了功耗。

本实用新型的车辆垂直加速度和温度信号采集装置的具体实施方式如图2所示。包括LDO线性稳压电路13、垂直加速度传感器11、温度数据传感器12、微处理器单元8、CAN总线收发器9、 CAN总线接口10组成。

LDO线性稳压电路13将输入的5.0V电压线性稳压至3.3V的工作电压供微处理器单元8、传感器和CAN总线收发器9、 CAN总线接口10正常工作，实现低压差线性稳压的功能。

传感器模块1由垂直加速度传感器11、温度数据传感器12和SPI接口电路组成，通过标准的SPI（Serial peripheral interface）串行外设接口实现对数字化的垂直加速度和温度数据的采集。如图2所示，SPI接口标准定义有四跟信号线，分别是CS片选信号线、SCLK同步时钟线、MISO主设备信号输入/副设备信号输出线、MOSI主设备信号输出/副设备信号输入线。在微处理器单元8采集传感器数据时，微处理器单元8作为主设备发出控制信号电平实现同传感器建立SPI通信，首先微处理器通过将CS控制线拉低来选中传感器芯片，此过程相当于通知作为副设备的传感器主设备马上要同副设备通信了，然后主设备在时钟同步脉冲（SCLK线）的控制下通过MOSI线发送一串16位的数据电平，副设备接收到这些数据后解析其意义，如果其代表的信息是发送垂直加速度数据，那么副设备将在时钟同步脉冲(SLCK线)的控制下通过MISO线发送一串16位的数据电平供主设备接收，主设备解析这串16位的电平后得到的16为数据即为数字化的垂直加速度信号。当速率在1M波特率时，整个过程仅需要50微秒不到的时间。

微处理器单元8：由微处理器芯片，外部晶振电路，复位电路和程序仿真烧写接口组成。微处理单元8的功能是采集传感器的信号，对信号进行预处理器，按照CAN总线通信协议对数据进行打包封装，并通过通信接口接收传送数据。另外的功能是自诊断功能，能够检测传感器的状态并保存一些参数信息如错误代码等。

CAN总线通信电路由CAN总线收发器9、 CAN总线接口10组成，其功能是响应总线上ECU的申请，并将数据包传输到CAN总线上。由CAN收发芯片同EMI（电磁干扰），ESD（静电防护）保护电路组成，能够实现最高达1M波特率的通信速率，能够保证数据的实时性。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种车辆垂直加速度和温度信号采集装置，包括传感器模块（1）、信号采集单元（2）、信号预处理单元（3）、数据包封装单元（4）、参数存储单元（5）、自诊断系统（6）和数据通信电路（7），其特征在于：所述的传感器模块（1）由垂直加速度传感器（11）、温度数据传感器（12）和SPI接口电路组成，该传感器模块（1）与信号采集单元（2）相连，信号采集单元（2）通过信号预处理单元（3）与数据包封装单元（4）相连，数据包封装单元（4）连于数据通信电路（7）上。

2.根据权利要求1所述的车辆垂直加速度和温度信号采集装置，其特征在于：所述的传感器模块（1）内设有差容式力平衡敏感元件，该传感器模块内的芯片固定在PCB电路板上，PCB电路板平面与汽车水平面保持一致。

3.根据权利要求1所述的车辆垂直加速度和温度信号采集装置，其特征在于：所述的SPI接口电路设有四根信号线，分别为CS片选信号线、SCLK同步时钟线、MISO主设备信号输入/副设备信号输出线、MOSI主设备信号输出/副设备信号输入线；四根信号线分别连接于微处理器单元（8）上，该微处理器单元（8）与CAN总线收发器（9）相连，该CAN总线收发器（9）上设有CAN总线接口（10）。

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