CN215296687U - 汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，包括实时测试采集系统、dSPACE实时仿真系统和故障注入模块，所述实时测试采集系统由220V供电，所述实时测试采集系统通过航空插头分别与空气泵转阀、气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀、dSPACE系统及作动器相连；所述dSPACE实时仿真系统与电控空气悬架相连；所述故障注入模块使用时串联在被测传感器与控制器联接的回路中。本实用新型通过对以上硬件的系统组合实现对电控空气悬架部件的控制和传感器信号的采集。

Description

汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电控空气悬架，尤其是涉及汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统。

背景技术

空气悬架系统是以空气弹簧作为弹性原件的悬架，根据行驶工况来主动调节悬架高度，从而大大提高成员的乘坐舒适性。传统空气悬架通过机械式高度调节阀的开启调节气囊的充放气，电控空气悬架系统根据载荷、车速、路面等条件的变化，调节弹簧刚度、减震器阻尼和车身高度，使汽车的操控稳定性和乘坐舒适性提高。

对于电控空气悬架的研究从实验室开始，在实验中模拟实际运行中的环境，对空气悬架的各部分进行控制和并对相关数据和传感器数据进行采集，为各种基于空气悬架的控制仿真提供支持。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，该系统可对汽车电控空气悬架系统部件进行控制，并对传感器信号进行采集，进而利用故障注入模块注入故障，服务于对故障展开的故障分析处理研究。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型采用如下技术方案：

汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，包括实时测试采集系统、dSPACE实时仿真系统和故障注入模块，所述实时测试采集系统由220V供电，所述实时测试采集系统通过航空插头分别与空气泵转阀、气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀、dSPACE系统及作动器相连；所述dSPACE实时仿真系统与电控空气悬架相连；所述故障注入模块使用时串联在被测传感器与控制器联接的回路中。

其中，所述实时测试采集系统包括电压信号变送器、电流传感器、电磁阀与减震器驱动板、空气泵电源继电器驱动板、空气泵转阀驱动板和三个开关电源；其中一个开关电源与空气泵转阀驱动板电性相连，空气泵转阀驱动板与空气泵转阀电性相连，第二个开关电源与空气泵电源继电器驱动板电性相连，空气泵电源继电器驱动板与气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀相连，第三个开关电源与电流传感器及电压信号变送器电性相连，电流传感器与减振器内部阻尼调节阀相连，电压信号变送器与dSPACE系统及作动器相连。

其中，所述dSPACE实时仿真系统包括控制器和DS2202 HIL I/O接口板，所述控制器采用DS1006处理器板，所述DS1006处理器板安装于DS扩展箱内，所述DS2202 HIL I/O接口板提供16路差分A/D采集通道、24路PWM测量输入通道、16路数字输出通道、20路D/A输出通道和9路PWM输出通道。

进一步地，所述DS1006处理器板采用64位AMD Opteron作为主处理器。

进一步地，所述电流传感器为四个，所述电流传感器的供电电压为24V，量程为0～10A，输出电压为0～5V。所述电流传感器采用24V10A开关电源供电。

进一步地，所述电压信号变送器18供电电压为24V，输入信号为0～10V，输出信号为-10V～+10V。所述电压信号变送器18使用24V10A开关电源供电。

本实用新型所具有的优点与有益效果是：

本实用新型汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统由实时测试采集系统、dSPACE实时仿真系统以及故障注入模块组成，可对电控空气悬架系统部件进行控制并对传感器信号进行采集，进一步的可以完成故障注入功能，等效相应部件的若干故障模式，进一步服务科学研究。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述：

图1为本实用新型汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统的系统布置图；

图2为实时测试采集系统内部结构图；

图3为故障注入模块原理图；

图4为DS2202 I/O接口板；

图5为DS2202接口板DAC通道接线图；

图6为DS2202接口板PWM通道接线图；

图7为DS2202接口板DIG OUT通道接线图；

图8为DS2202接口板ADC通道接线图。

具体实施方式

下面结合连接方式的图表及实施例对本实用新型作进一步解释。

如图1所示，本实用新型汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，包括实时测试采集系统1、dSPACE实时仿真系统2和故障注入模块，dSPACE的控制信号通过三块驱动板对空气悬架的硬件包括各节空气弹簧、电磁阀、压力传感器、载荷传感器进行驱动，其中电磁阀与减震器驱动板为8路、空气泵转阀驱动板为4 路、空气泵电源继电器驱动板为4路，关于各节空气弹簧电磁阀、减震器电磁阀、空气泵的驱动与控制均围绕于驱动板进行电气联接。同时利用实时测试采集系统为空气悬架的硬件及传感器供电，同时实现控制信号到驱动信号的转换。

所述实时测试采集系统1用于为空气悬架的硬件及传感器供电，同时实现控制信号到驱动信号的转换。所述硬件包括空气泵转阀、气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀、dSPACE系统及作动器。实时测试采集系统1由220V供电，通过航空插头与外部线路连接。

如图2所示，所述实时测试采集系统1包括5V10A开关电源11、12V29A开关电源12、24V10A开关电源13、电磁阀与减震器驱动板14、空气泵转阀驱动板15、空气泵电源继电器驱动板16、三个电流传感器17和电压信号变送器18。

所述5V10A开关电源11与空气泵转阀驱动板15电性相连，所述空气泵转阀驱动板15与空气泵转阀电性相连。所述5V10A开关电源11为空气泵转阀驱动板供电，用于驱动空气泵转阀，从而实现由空气泵向储气罐补气以及由储气罐向空气弹簧充气两种工作状态。

所述12V29A开关电源12与空气泵电源继电器驱动板16电性相连，所述空气泵电源继电器驱动板与气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀相连。所述 12V29A开关电源12用于为空气泵供电。除此之外，所述12V29A开关电源12 与电磁阀与减振器驱动板14相连，为电磁阀与减振器驱动板14供电，从而实现对气路电磁阀总成与减振器内部阻尼调节阀动作的驱动，为空气泵电源继电器驱动板16供电用于驱动空气泵电源继电器从而实现空气泵的启停。

所述24V10A开关电源13与四个电流传感器17及电压信号变送器18电性相连，电流传感器与减振器内部阻尼调节阀相连，电压信号变送器与dSPACE实时仿真系统及作动器相连。所述24V10A开关电源13用于为空气悬架的所有传感器供电，包括电流传感器、压力传感器及作动器上的载荷传感器，也为控制箱内部的电压信号变送器供电。

所述电压信号变送器18用于将dSPACE实时仿真系统给出的0～+10V电压信号转化为-10～+10V电压信号，从而控制作动器的正负行程。

所述电压信号变送器利用DS2202转接板中的DAC Ch2输出模拟电压信号至外控指令输入接口，对作动器进行外部控制，从而模拟路面不平对悬架的激励。由于作动器外控信号输入范围为-10V～+10V，正电压对应作动器正行程，负电压对应作动器负行程，而DS2202转接板中的DAC模块只能输出正电压，为了解决这个问题，将DAC Ch2输出的模拟电压信号经过电压信号变送器进行转换，从而使输入至作动器外控端口的电压范围为-10V～+10V。所述电压信号变送器18供电电压为24V，输入信号为0～10V，输出信号为-10V～+10V。使用24V10A开关电源供电，接线端7接电源正极，接线端8接电源负极，接线端3、4为信号输入端，接线端5、6为信号输出端。电压信号变送器的输入、输出信号与供电接线见表1：

表1电压信号变送器的输入、输出信号与供电接线表

所述dSPACE实时仿真系统包括控制器和DS2202 HIL I/O接口板22，所述控制器采用DS1006处理器板21，所述DS1006处理器板21安装于DS扩展箱内。所述DS1006处理器板21完成实时模型中的算法运算，所述DS2202接口板22 测量和产生需要的信号，DS1006处理器板21和DS2202接口板22通过PHS++ 总线连接。

如图4所示，所述DS2202接口板22上设置有ECU连接口221、负载接口 222、电源接口223、DS2211接口224、电源接口225和SC模块226。

所述DS1006处理器板搭载64位的AMD Opteron作为主处理器，其中集成了一个256MB的本地存储器用于运行实时模型，一个128MB的全局存储器用于与上位机进行数据交换。

所述DS2202 HIL I/O接口板提供了16路差分A/D采集通道、24路PWM测量输入通道、20路D/A输出通道、9路PWM输出通道、16路数字输出通道。

使用DS1006处理器板作为整个电控空气悬架的控制器，用于实时运行CarSim车辆模型与控制策略，与之搭配的DS2202接口板共同用于实现对电控空气悬架系统部件的控制与传感器信号的采集。如图5～8所示，分别为DS2202接口板的DAC 通道、PWM通道、DIG OUT通道、ADC通道的接线图。

所述故障注入模块原理如图3所示。所述故障注入模块为电路模块，故障注入模块由熔断器、继电器、电源、保护电阻以及必要的接插件组成。故障注入模块使用时串联在被测传感器与控制器联接的回路中，用于注入断路、短路、欠压等故障。如表2所示，在不破坏系统元件完整性的前提下，通过控制继电器矩阵组合来实现故障注入功能，通过继电器的通断动作组合，等效相应的短路、断路等故障模式，进而完成故障注入。

表2：X1路故障注入方法

故障注入	继电器状态
		无故障注入	闭合S1，其他断开
电源短路	闭合S3、S9、S11，其他断开
		电源电压不足	闭合S3、S9、S13，其他断开
对地短路	闭合S2、S7，其他断开
		导线间短路	闭合S3，其他断开
断路	全部继电器断开

本实用新型对于电磁阀的控制采用如下方法：

电气接口为一10Pin接口，Pin7、Pin9、Pin10为空引脚，Pin5或Pin6接12V12A 开关电源正极，各阀共用同一个电源正极。Pin4为左前电磁阀的地，Pin8为右前电磁阀的地，Pin1为左后电磁阀的地，Pin3为右后电磁阀的地，Pin2为可控进气阀SP的地，这里将SP用作排气阀，哪一个引脚与电源地接通，则对应的电磁阀打开，通过DS2202转接板的Dig Ch1、Ch2、Ch3、Ch4、Ch8五个通道输出相应的控制信号，使用电磁阀与减震器驱动板的前4路通道及空气泵电源继电器驱动板第2路通道完成控制信号到驱动信号的转换。电磁阀控制信号与驱动信号接线如表2所示，电磁阀的供电线如表3所示：

表3电磁阀的控制信号与驱动信号接线表

转接板—驱动板	驱动板—电磁阀	12V12A电源—电磁阀
			Dig Ch1—1	01—Pin4电磁阀FL	12V+—Pin5 or Pin6
Dig Ch2—2	02—Pin8电磁阀FR
			Dig Ch3—3	03—Pin1电磁阀RL
Dig Ch4—4	04—Pin3电磁阀RR
			Dig Ch8—2(驱动板3)	02(3)—Pin2电磁阀SP
Vbat GND—COM

表4电磁阀的供电接线表

12V12A电源-驱动板	转接板
		12V+—VCC	DAC Ch1(5V)—VBAT1(5V)
COM—GND	DAC—Ref Ch1—GND

本实用新型对于空气泵电磁阀的控制采用如下方式：

电气接口为一3Pin接口，Pin2接5V10A电源正极，两个阀共用一个电源正极，Pin1与Pin2为两个电磁阀的地，当一个引脚i与电源地接通时，则对应的电磁阀打开，通过DS2202转接板的Dig Ch5、Ch6两个通道进行控制，使用空气泵转阀驱动板的前2路通道完成控制信号到驱动信号的转换。有三种控制模式：

1)Pin1与电源地接通，Pin3悬置，此时可向储气罐泵气；

2)Pin3与电源地接通，Pin1选址，此时可向电磁阀常开进气口泵气，从而泵气至气囊；

3)Pin1、Pin3均与电源地接通，此时将电磁阀常开进气通道P与储气罐联通，

可由储气罐向气囊充气。

本实用新型对于空气泵的继电器控制采用如下方式：

用自带继电器控制气泵电源通断，通过DS2202转接板的Dif Ch7通道进行控制，使用空气泵电源继电器驱动板第1路通道完成控制信号到驱动信号的转换。泵上电磁阀的控制信号、驱动信号与供电接线如表4所示：

表5泵上电磁阀的控制信号、驱动信号与供电接线表：

转接板—驱动板	驱动板—电磁阀	5V10A电源—电磁阀	5V10A电源—驱动板
				Dig Ch5—1	01—Pin1	+5V—Pin2	+5V—VCC
Dig Ch6—2	02—Pin3		COM—GND
				Vbat1 GND—COM

本实用新型对阻尼可调减震器的控制采用如下方式：

电气接口为一2Pin接口，Pin2接12V12A开关电源正极，Pin1为电磁阀的地，若该引脚与电源地接通，则阀开启，通过DS2202转接板的PWM out Ch1、Ch2、 Ch3、Ch4四个通道进行控制，使用电磁阀与减震器驱动板后4路通道完成控制信号到驱动信号的转换。减震器控制信号与驱动信号接线表见表5，减震器的供电接线见表6。

表6减震器控制信号与驱动信号接线表

表7减震器的供电接线表

12V12A电源—驱动板	转接板
		12V+—VCC	DAC Ch1(5V)—VBAT1(5V)
COM—GND	DAC—Ref Ch1—GND

所述电流传感器17用于检测各减震器电磁阀的驱动电流，供电电压为24V，量程为0～10A，输出电压为0～5V。电流传感器采用24V10A开关电源供电，接线端12接电源正极，界限管10接电源负极，接线端7，9为信号输出端，通过DS2202 转接板的ADC Ch1、Ch2、Ch3、Ch4四个通道进行数据的采集。电流传感器的信号和供电连接如表7所示：

表8电流传感器的信号与供电接线表

转接板—电流传感器	24V10A电源—电流传感器
		ADC Ch1—FL电流传感器接线端9	+24V—FL电流传感器接线端12
ADC Ch2—FR电流传感器接线端9	+24V—FR电流传感器接线端12
		ADC Ch3—RL电流传感器接线端9	+24V—RL电流传感器接线端12
ADC Ch4—RR电流传感器接线端9	+24V—RR电流传感器接线端12
		ADC—Ref Ch1—FL电流传感器接线端7	COM—FL电流传感器接线端10
ADC—Ref Ch2—FR电流传感器接线端7	COM—FR电流传感器接线端10
		ADC—Ref Ch3—RL电流传感器接线端7	COM—RL电流传感器接线端10
ADC—Ref Ch4—RR电流传感器接线端7	COM—RR电流传感器接线端10

本实用新型对载荷传感器的控制采用如下方式：

载荷传感器用于检测作动器上的减震器与控制弹簧承受的载荷。载荷传感器一由作动器生产厂完成标定，可直接将作动器控制机箱上的载荷输出接口的信号输入DS2202，载荷传感器二经过信号调理器输入到DS2202转接板中。通过 DS2202转接板的ADC Ch5、Ch6两个通道进行数据的采集。

表9载荷传感器的信号与供电接线表

转接板—载荷传感器	24V10A电源—载荷传感器
		ADC Ch5—载荷传感器一红线	+24V—载荷传感器二红线
ADC Ch6—载荷传感器二绿线	COM—载荷传感器二黑线
		ADC—Ref Ch5—载荷传感器一黑线	/
ADC—Ref Ch6—载荷传感器二黑线	/

本实用新型对压力传感器的控制采用如下方式：

压力传感器用于检测气路中各空气弹簧以及储气罐处的压力，供电电压为 24V，使用24V10A开关电源供电，量程为0～2MPa，输出电压为0～5V。通过DS2202 转接板的ADCCh7、Ch8、Ch9、Ch10、Ch11五个通道进行数据的采集。压力传感器信号与供电接线见表9：

表10压力传感器的信号与供电接线表

表11线束与DS2002转接板的连接

PWM信号与DIG信号的高电平由VBat1接口决定，使用DAC的一路输出接入VBat1确定高电平大小，即DAC Ch1接VBat1，DAC—Ref Ch1接GND，DAC Ch1 给5V输出。

表12实时测试采集系统插头引脚定义

Claims (8)

1.汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：包括实时测试采集系统（1）、dSPACE实时仿真系统（2）和故障注入模块，所述实时测试采集系统由220V供电，所述实时测试采集系统通过航空插头分别与空气泵转阀、气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀、dSPACE系统及作动器相连；所述dSPACE实时仿真系统与电控空气悬架相连；所述故障注入模块使用时串联在被测传感器与控制器联接的回路中。

2.根据权利要求1所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述实时测试采集系统包括电压信号变送器（18）、电流传感器（17）、电磁阀与减震器驱动板（14）、空气泵电源继电器驱动板（16）、空气泵转阀驱动板（15）和三个开关电源；其中一个开关电源与空气泵转阀驱动板（15）电性相连，空气泵转阀驱动板与空气泵转阀电性相连，第二个开关电源与空气泵电源继电器驱动板电性相连，空气泵电源继电器驱动板与气路电磁阀总成、减振器内部阻尼调节阀相连，第三个开关电源与电流传感器及电压信号变送器电性相连，电流传感器与减振器内部阻尼调节阀相连，电压信号变送器与dSPACE系统及作动器相连。

3.根据权利要求1所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述dSPACE实时仿真系统包括控制器和DS2202 HIL I/O 接口板（22），所述控制器采用DS1006处理器板（21），所述DS1006处理器板（21）安装于DS扩展箱内，所述DS2202 HIL I/O接口板提供16路差分A/D采集通道、24路PWM测量输入通道16路数字输出通道、20路D/A输出通道和9路PWM输出通道。

4.根据权利要求3所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述DS1006处理器板（21）采用64位AMD Opteron作为主处理器。

5.根据权利要求2所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述电流传感器为四个，所述电流传感器的供电电压为24V，量程为0~10A，输出电压为0~5V。

6.根据权利要求5所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述电流传感器采用24V10A开关电源供电。

7.根据权利要求2所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述电压信号变送器（18）供电电压为24V，输入信号为0~10V，输出信号为-10V~+10V。

8.根据权利要求7所述的汽车电控空气悬架的测试采集和控制系统，其特征在于：所述电压信号变送器（18）使用24V10A开关电源供电。

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