CN204415077U - 双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，包括方向盘转角传感器、车速传感器、横向加速度传感器以及油位传感器，四者的输出端均与控制单元的信号输入端相连，控制单元的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路、前通道压力控制阀驱动电路、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，前、后通道液压系统的液压马达分别输出扭矩信号至前、后通道稳定杆。本实用新型利用控制单元产生信号，控制液压系统中的电磁换向阀和压力控制阀动作，驱动液压马达旋转，输出反侧倾力矩，迫使车辆侧倾角减小，使车厢保持水平，提高乘坐安全性和舒适性。
Description
技术领域
本实用新型涉及车用主动稳定杆技术领域，尤其是一种双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统。
背景技术
稳定杆是汽车独立悬架系统的重要安全件，在汽车转弯或遇到阻力时可提高操作的稳定性，保证舒适性和行驶安全性，其任务是防止车身在转弯等情况下发生过大的横向侧倾。常规装有普通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两方面的要求，并且无法实时调整悬架的侧倾刚度，在速度高且转向情况下车辆容易产生侧倾，若侧倾过大易使驾驶员产生疲劳感和不安全感。相比于常规横向稳定杆，主动稳定杆系统能够更加有效地防止汽车横向倾翻、改善转向平衡性以及汽车的行驶状况。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够使车辆在侧倾行驶时更加安全、舒适的双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，包括用于采集车辆方向盘转角信号的方向盘转角传感器、用于采集车辆行驶速度信号的车速传感器、用于采集车辆在转弯时的横向加速度信号的横向加速度传感器以及用于采集油箱油位信号的油位传感器，四者的输出端均与控制单元的信号输入端相连，控制单元的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路、前通道压力控制阀驱动电路、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，前通道电磁换向阀、前通道压力控制阀均安装在前通道液压系统的油路中，前通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至前通道稳定杆；后通道电磁换向阀、后通道压力控制阀均安装在后通道液压系统的油路中，后通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至后通道稳定杆。
所述控制单元由方向盘转角信号处理电路、车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、油位信号处理电路以及主控芯片组成，方向盘转角信号处理电路的输入端与方向盘转角传感器的输出端相连，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，油位信号处理电路的输入端与油位传感器的输出端相连，方向盘转角信号处理电路、车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、油位信号处理电路的输出端均与主控芯片的信号输入端相连，主控芯片的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路、前通道压力控制阀驱动电路、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，所述主控芯片包括单片机MC9S12DG256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。
所述方向盘转角信号处理电路包括由电阻R201、电容C201、电阻R202、电容C202组成的第一二阶有源滤波器，电阻R201的一端与方向盘转角传感器相连，第一二阶有源滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的输出端分别与电容C201、电阻R204、单片机MC9S12DG256的51脚相连，电阻R204通过电阻R203接地，运放U4A的反相输入端通过电阻R203接地，所述运放U4A采用NE5532P芯片；所述横向加速度信号处理电路包括由电阻R205、电容C203、电阻R206、电容C204组成的第二二阶有源滤波器，电阻R205的一端与横向加速度传感器相连，第二二阶有源滤波器与运放U4B的正相输入端相连，运放U4B的输出端分别与电容C203、电阻R208、单片机MC9S12DG256的52脚相连，电阻R208通过电阻R207接地，运放U4B的反相输入端通过电阻R207接地，所述运放U4B采用NE5532P芯片。
所述车速信号处理电路包括由电阻R209和电阻R210串联组成的第一分压电路，电阻R209的一端与车速传感器相连，第一分压电路通过由电阻R211和电容C205组成的一阶有源低通滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的反相输入端与其输出端相连，运放U6A的输出端与电压比较器U6B的反相输入端相连，电压比较器U6B的正相输入端分别与电阻R212、电阻R213相连，电阻R212、电阻R213组成第二分压电路，电压比较器U6B的输出端与施密特触发器U7A的输入端相连，施密特触发器U7A的输出端与施密特触发器U7B的输入端相连，施密特触发器U7B的输出端与单片机MC9S12DG256的5脚相连，所述施密特触发器U7A、施密特触发器U7B均采用SN74LS14N芯片；所述油位信号处理电路包括由电阻R209、电容C205、电阻R210、电容C206组成的第三二阶有源滤波器，电阻R209的一端与油位传感器相连，第三二阶有源滤波器与运放U5A的正相输入端相连，运放U5A的输出端分别与电容C205、电阻R212、单片机MC9S12DG256的53脚相连，电阻R212通过电阻R211接地，运放U5A的反相输入端通过电阻R211接地，所述运放U5A采用NE5532P芯片。
所述前通道电磁换向阀驱动电路包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的4脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的41脚、上拉电阻R302的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R301接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q301的栅极相连，功率MOS管Q301的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q301的源极分别与电阻R303的一端、前通道电磁换向阀、二极管D301的阴极相连，电阻R303的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D301的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C301接地。
所述前通道压力控制阀驱动电路包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的2脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的43脚、上拉电阻R308的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R307接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q303的栅极相连，功率MOS管Q303的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q303的源极分别与电阻R309的一端、前通道压力控制阀、二极管D303的阴极相连，电阻R309的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D303的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C303接地。
由上述技术方案可知，本实用新型与目前国内汽车上安装的被动式稳定杆相比，第一，安全性高于目前的被动式稳定杆，采用16位单片机MC9S12DG256为核心，利用控制单元产生信号，控制液压系统中的电磁换向阀和压力控制阀动作，驱动液压马达旋转，输出提供反侧倾力矩，迫使车辆侧倾角减小，更加安全行驶；第二，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；而本实用新型通过实时控制液压系统前后通道的油压使前后通道的液压马达输出一定的扭矩抑制车身的侧倾，使车厢保持水平，提高乘坐舒适性。
附图说明
图1为本实用新型的的控制系统结构框图。
图2为MC9S12DG256单片机的电路原理图。
图3、4、5、6、7、8为方向盘转角信号处理电路、车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、油位信号处理电路、前通道电磁换向阀驱动电路、前通道压力控制阀驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
一种双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，包括用于采集车辆方向盘转角信号的方向盘转角传感器、用于采集车辆行驶速度信号的车速传感器、用于采集车辆在转弯时的横向加速度信号的横向加速度传感器以及用于采集油箱油位信号的油位传感器，四者的输出端均与控制单元的信号输入端相连，控制单元的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路路5、前通道压力控制阀驱动电路6、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，前通道电磁换向阀、前通道压力控制阀均安装在前通道液压系统的油路中，前通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至前通道稳定杆；后通道电磁换向阀、后通道压力控制阀均安装在后通道液压系统的油路中，后通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至后通道稳定杆，如图1所示。
如图1至8所示，所述控制单元由方向盘转角信号处理电路1、车速信号处理电路4、横向加速度信号处理电路2、油位信号处理电路3以及主控芯片组成，方向盘转角信号处理电路1的输入端与方向盘转角传感器的输出端相连，车速信号处理电路4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2的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，油位信号处理电路3的输入端与油位传感器的输出端相连，方向盘转角信号处理电路1、车速信号处理电路4、横向加速度信号处理电路2、油位信号处理电路3的输出端均与主控芯片的信号输入端相连，主控芯片的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路路5、前通道压力控制阀驱动电路6、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连。
如图2所示，所述主控芯片包括单片机MC9S12DG256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。PLL即锁相环电路是一种反馈控制电路，它利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。BDM调试电路是为开发人员提供的一种底层调试手段，开发人员可以通过它初次向目标板下载程序，同时也可以通过BDM调试器向木目标板MCU的Flash存储器进行写入、擦除等操作。控制单元将采集到的方向盘转角信号、车速信号和横向加速度信号进行处理后，通过单片机MC9S12DG256的PP0、PP1、PP2和PP3引脚发出PWM信号来控制前、后通道的电磁换向阀和压力控制阀的动作，这时，液压系统的前后通道分别会产生一定压力的液压油驱动执行机构前通道液压马达和后通道液压马达旋转，带动前通道稳定杆和后通道稳定杆工作，实现主动控制实时调整车身的侧倾。
如图3所示，所述方向盘转角信号处理电路1包括由电阻R201、电容C201、电阻R202、电容C202组成的第一二阶有源滤波器，电阻R201的一端与方向盘转角传感器相连，第一二阶有源滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的输出端分别与电容C201、电阻R204、单片机MC9S12DG256的51脚相连，电阻R204通过电阻R203接地，运放U4A的反相输入端通过电阻R203接地，所述运放U4A采用NE5532P芯片。电阻R201与电容C201，电阻R202与电容C202分别组成两个RC环节，两个RC环节串联组成一个二阶有源滤波器，电阻R203和电阻R204的比值决定了放大倍数，并与运放U4A的反相端相连，构成串联电压负反馈网络，使运放U4A的输出端信号电压值稳定在一定范围，不受负载电阻的变化而波动。
如图5所示，所述横向加速度信号处理电路2包括由电阻R205、电容C203、电阻R206、电容C204组成的第二二阶有源滤波器，电阻R205的一端与横向加速度传感器相连，第二二阶有源滤波器与运放U4B的正相输入端相连，运放U4B的输出端分别与电容C203、电阻R208、单片机MC9S12DG256的52脚相连，电阻R208通过电阻R207接地，运放U4B的反相输入端通过电阻R207接地，所述运放U4B采用NE5532P芯片。电阻R205与电容C203，电阻R206与电容C204分别组成两个RC环节，两个RC环节串联组成一个二阶有源滤波器，电阻R207和电阻R208的比值决定了放大倍数，并与运放U4B的反相端相连，构成串联电压负反馈网络，使运放U4B的输出端信号电压值稳定在一定范围，不受负载电阻的变化而波动。
如图4所示，所述车速信号处理电路4包括由电阻R209和电阻R210串联组成的第一分压电路，电阻R209的一端与车速传感器相连，第一分压电路通过由电阻R211和电容C205组成的一阶有源低通滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的反相输入端与其输出端相连，运放U6A的输出端与电压比较器U6B的反相输入端相连，电压比较器U6B的正相输入端分别与电阻R212、电阻R213相连，电阻R212、电阻R213组成第二分压电路，电压比较器U6B的输出端与施密特触发器U7A的输入端相连，施密特触发器U7A的输出端与施密特触发器U7B的输入端相连，施密特触发器U7B的输出端与单片机MC9S12DG256的5脚相连，所述施密特触发器U7A、施密特触发器U7B均采用SN74LS14N芯片。电阻R209与电阻R210串联构成第一分压电路，将输入信号电压降低至所需电压值。电阻R211与电容C205构成RC环节，所述RC环节构成一阶有源低通滤波器，能使高频谐波信号快速衰减。所述运放U6A，其反相输入端与其输出端相连，构成电压跟随器，即放大倍数为1。电阻R212与电阻R213串联构成第二分压电路，将VDD电压降低至所需电压值，作为参考电压并与电压比较器U6B的同相输入端相连，所述运放U6B作为电压比较器，其输出端输出脉冲波，当其反相端6电压值大于其同相端5的电压值时，其输出端7输出反向饱和电压，当其反相端6电压值小于其同相端5的电压值时，其输出端7输出正向饱和电压。施密特触发器U7A其作用为将电压比较器U6B输出的脉冲波整形为矩形波，并使波形反相，其输出端输出矩形波。施密特触发器U7B其作用为将施密特触发器U7A输出的矩形波进行二次整形，并使波形反相，其输出端输出矩形波，相位与电压比较器U6B输出的脉冲波相同。
如图6所示，所述油位信号处理电路3包括由电阻R209、电容C205、电阻R210、电容C206组成的第三二阶有源滤波器，电阻R209的一端与油位传感器相连，第三二阶有源滤波器与运放U5A的正相输入端相连，运放U5A的输出端分别与电容C205、电阻R212、单片机MC9S12DG256的53脚相连，电阻R212通过电阻R211接地，运放U5A的反相输入端通过电阻R211接地，所述运放U5A采用NE5532P芯片。电阻R209与电容C205，电阻R210与电容C206分别组成两个RC环节，两个RC环节串联组成一个二阶有源滤波器，电阻R211和电阻R212的比值决定了放大倍数，并与运放U5A的反相端相连，构成串联电压负反馈网络，使运放U5A的输出端信号电压值稳定在一定范围，不受负载电阻的变化而波动。
如图7所示，所述前通道电磁换向阀驱动电路路5包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的4脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的41脚、上拉电阻R302的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R301接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q301的栅极相连，功率MOS管Q301的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q301的源极分别与电阻R303的一端、前通道电磁换向阀、二极管D301的阴极相连，电阻R303的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D301的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C301接地。单片机MC9S12DG256的4脚可以发出PWM信号来控制驱动芯片MC33198的工作，从而驱动前通道电磁换向阀的动作。驱动芯片MC33198的6脚具有集电极开路结构，是用来输出当MOSFET关闭时的负载状态，驱动芯片MC33198的6脚通过上拉电阻R302与电源VDD相连，使单片机MC9S12DG256的41脚可以接收到高电平或低电平信号。驱动芯片MC33198的2脚用来检测功率MOS管Q301和负载条件，通过外接电阻R307与24V电压相连，产生一个压降，这个压降决定了功率MOS管Q301的最大漏源极电压和内部C2比较器的阈值。驱动芯片MC33198的4脚用于驱动功率MOS管Q301工作，3脚用来检测功率MOS管Q301和负载状况。前通道电磁换向阀驱动电路路5和后通道电磁换向阀驱动电路的电路相同。
如图8所示，所述前通道压力控制阀驱动电路6包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的2脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的43脚、上拉电阻R308的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R307接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q303的栅极相连，功率MOS管Q303的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q303的源极分别与电阻R309的一端、前通道压力控制阀、二极管D303的阴极相连，电阻R309的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D303的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C303接地。前通道压力控制阀驱动电路6和后通道压力控制阀驱动电路的电路相同。
综上所述，本实用新型的安全性高于目前的被动式稳定杆，采用16位单片机MC9S12DG256为核心，利用控制单元产生信号，控制液压系统中的电磁换向阀和压力控制阀动作，驱动液压马达旋转，输出提供反侧倾力矩，迫使车辆侧倾角减小，更加安全行驶；舒适性高于目前的被动式稳定杆，实时控制液压系统前后通道的油压使前后通道的液压马达输出一定的扭矩抑制车身的侧倾，使车厢保持水平，提高乘坐舒适性。
Claims (6)
1.双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：包括用于采集车辆方向盘转角信号的方向盘转角传感器、用于采集车辆行驶速度信号的车速传感器、用于采集车辆在转弯时的横向加速度信号的横向加速度传感器以及用于采集油箱油位信号的油位传感器，四者的输出端均与控制单元的信号输入端相连，控制单元的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路（5）、前通道压力控制阀驱动电路（6）、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，前通道电磁换向阀、前通道压力控制阀均安装在前通道液压系统的油路中，前通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至前通道稳定杆；后通道电磁换向阀、后通道压力控制阀均安装在后通道液压系统的油路中，后通道液压系统的液压马达输出扭矩信号至后通道稳定杆。
2.根据权利要求1所述的双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述控制单元由方向盘转角信号处理电路（1）、车速信号处理电路（4）、横向加速度信号处理电路（2）、油位信号处理电路（3）以及主控芯片组成，方向盘转角信号处理电路（1）的输入端与方向盘转角传感器的输出端相连，车速信号处理电路（4）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（2）的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，油位信号处理电路（3）的输入端与油位传感器的输出端相连，方向盘转角信号处理电路（1）、车速信号处理电路（4）、横向加速度信号处理电路（2）、油位信号处理电路（3）的输出端均与主控芯片的信号输入端相连，主控芯片的信号输出端分别与前通道电磁换向阀驱动电路（5）、前通道压力控制阀驱动电路（6）、后通道电磁换向阀驱动电路、后通道压力控制阀驱动电路的输入端相连，所述主控芯片包括单片机MC9S12DG256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。
3.根据权利要求2所述的双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述方向盘转角信号处理电路（1）包括由电阻R201、电容C201、电阻R202、电容C202组成的第一二阶有源滤波器，电阻R201的一端与方向盘转角传感器相连，第一二阶有源滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的输出端分别与电容C201、电阻R204、单片机MC9S12DG256的51脚相连，电阻R204通过电阻R203接地，运放U4A的反相输入端通过电阻R203接地，所述运放U4A采用NE5532P芯片；所述横向加速度信号处理电路（2）包括由电阻R205、电容C203、电阻R206、电容C204组成的第二二阶有源滤波器，电阻R205的一端与横向加速度传感器相连，第二二阶有源滤波器与运放U4B的正相输入端相连，运放U4B的输出端分别与电容C203、电阻R208、单片机MC9S12DG256的52脚相连，电阻R208通过电阻R207接地，运放U4B的反相输入端通过电阻R207接地，所述运放U4B采用NE5532P芯片。
4.根据权利要求2所述的双通道液压马达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（4）包括由电阻R209和电阻R210串联组成的第一分压电路，电阻R209的一端与车速传感器相连，第一分压电路通过由电阻R211和电容C205组成的一阶有源低通滤波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的反相输入端与其输出端相连，运放U6A的输出端与电压比较器U6B的反相输入端相连，电压比较器U6B的正相输入端分别与电阻R212、电阻R213相连，电阻R212、电阻R213组成第二分压电路，电压比较器U6B的输出端与施密特触发器U7A的输入端相连，施密特触发器U7A的输出端与施密特触发器U7B的输入端相连，施密特触发器U7B的输出端与单片机MC9S12DG256的5脚相连，所述施密特触发器U7A、施密特触发器U7B均采用SN74LS14N芯片；所述油位信号处理电路（3）包括由电阻R209、电容C205、电阻R210、电容C206组成的第三二阶有源滤波器，电阻R209的一端与油位传感器相连，第三二阶有源滤波器与运放U5A的正相输入端相连，运放U5A的输出端分别与电容C205、电阻R212、单片机MC9S12DG256的53脚相连，电阻R212通过电阻R211接地，运放U5A的反相输入端通过电阻R211接地，所述运放U5A采用NE5532P芯片。
5.根据权利要求2所述的双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述前通道电磁换向阀驱动电路（5）包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的4脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的41脚、上拉电阻R302的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R301接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q301的栅极相连，功率MOS管Q301的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q301的源极分别与电阻R303的一端、前通道电磁换向阀、二极管D301的阴极相连，电阻R303的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D301的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C301接地。
6.根据权利要求2所述的双通道液压马达式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：所述前通道压力控制阀驱动电路（6）包括驱动芯片MC33198，其7脚与单片机MC9S12DG256的2脚相连，其6脚分别与单片机MC9S12DG256的43脚、上拉电阻R308的一端相连，其3脚接地，其2脚通过电阻R307接+24V直流电，其4脚与功率MOS管Q303的栅极相连，功率MOS管Q303的漏极接+24V直流电，功率MOS管Q303的源极分别与电阻R309的一端、前通道压力控制阀、二极管D303的阴极相连，电阻R309的另一端与驱动芯片MC33198的1脚相连，二极管D303的阳极接地，驱动芯片MC33198的8脚通过电容C303接地。
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