CN201009887Y - 电动助力转向与半主动悬架集成控制器 - Google Patents
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Abstract
电动助力转向与半主动悬架集成控制器，控制器包括电子控制单元、转矩传感器、车速传感器、霍尔电流传感器、车身垂直加速度传感器采集处理单元、光电H桥驱动及控制电路、步进电机和离合器驱动电路、报警电路和故障诊断电路。电子控制单元根据上述传感器信号，通过编制的软件算法来进行数据运算，从而确定电动助力转向系统的助力电机电流及主动悬架中可调阻尼减震器的步进电机电流，使助力电机提供合适的助力扭矩并同时调整可调阻尼减震器的阻尼，使悬架处于最优阻尼状态。因此，该控制器不仅能够提高转向轻便性及高速稳定性，还能够衰减路面振动及抗车身侧倾能力，从而提高汽车的操稳性、安全性、及平顺性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电动助力转向与半主动悬架集成控制器
背景技术
节能、安全、环保已成为汽车发展的三大主题。传统液压动力转向系统存在着固有的缺点，比如能耗较高、质量较重、结构复杂、安装困难、噪声难以控制、漏油污染等。电动助力转向系统是近年来出现的一类新型动力转向系统，它使用电动机的动力帮助驾驶员进行转向。与液压助力转向系统相比，该系统能显著改善汽车动态性能和静态性能， 降低能源消耗， 提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性，减少环境污染，是汽车发展的高新技术，有逐步取代传统液压动力转向的趋势。
悬架系统是保证车辆乘坐舒适性和行驶安全性的重要组成部件。传统的被动悬架参数一经选定就很难改变。因此在设计过程中，只能寻找一个最佳的折中方案来确定参数。也就是说，只有在特定的工况下，车辆的性能才是最佳的，车辆行驶工况一旦改变(例如路面状况以及车辆行驶时的加速、制动、转向等的变化)，其性能将会恶化。因而传统被动悬架不能同时满足舒适性和安全性的要求，这就限制了车辆性能的进一步提高。半主动悬架能够根据车辆行驶的状态自行改变悬架系统的阻尼或者刚度，使得悬架性能在该状态下最优，从而使悬架始终工作在最优状态，改善车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。
以上两个系统单独控制虽然能够取得较好的效果，但是汽车的运行工况是经常变化的，因此对转向或悬架的单独控制难以保证汽车操纵稳定性和行驶平顺性同时得到提高。另外，两个系统单独控制使汽车底盘系统复杂程度提高、可靠性降低、成本升高，与汽车技术的发展方向是不一致。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述现有技术缺陷，提供一种电动助力转向与半主动悬架集成控制器。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
电动助力转向与半主动悬架集成控制器，由一个电子控制单元、一个转矩传感器信号采集及处理单元、一个车速传感器信号采集及处理单元、一个霍尔电流传感器信号采集及处理单元、一个车身垂直加速度传感器信号采集及处理单元，一个光电隔离控制电路、一个H桥驱动电路，一个步进电机驱动电路，一个离合器驱动控制电路组成，其特征在于，光电隔离控制电路一端连接电子控制单元，另一端连接H桥驱动电路，而H桥驱动电路的另一端直接连接直流电机。
其中电子控制单元连接所有的传感器信号采集及处理单元及驱动控制电路。
其中光电隔离控制电路包括：四个与门，两个或非门，其中有三个与门直接与三个光耦隔离器相连，有一个或非门与一个光耦隔离器相连。采用单极性PWM调制方式来控制光耦隔离器开启或截止。
其中H桥驱动电路由四个大功率N沟道的MOSFET管构成H桥驱动电路，通过控制四个大功率N沟道的MOSFET管用来驱动助力电机正反转。
其中步进电机驱动电路采用SH步进电机驱动电器，输入信号采用光电隔离电路进入SH步进电机驱动电器，输入端连接电子控制单元，输出端连接步进电机，通过步进脉冲信号和方向电平信号来驱动步进电机。
其中离合器驱动电路主要由一个场效应管、一个三极管、两个二极管、四个电阻、一个电容组成，三极管通过一个分压电阻与电子控制单元相连，场效应管输出端连接离合器，三极管通过一个电容与两个电阻和一个二极管与场效应管连接。
其中报警电路由一个光耦隔离器和两个三极管组成，电路一端通过光耦隔离器与电子控制单元相连，另一端通过一个三极管连接报警灯。
其中故障诊断电路由闪存芯片及通信线路组成，通信线路一端与电子控制单元通讯并与闪存芯片连接，另一端连接故障灯。
积极进步效果在于：电动助力转向系统和半主动悬架影响了汽车的俯仰、横摆、侧倾、以及垂直方向的运动动作，依靠电动助力转向系统与半主动悬架的组合，在不同车速和侧向加速度情况下，通过对转向力和车身姿态的协调控制，可以很好地改善汽车的安全性、操纵稳定性、行驶平顺性。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的装置方框图。
图2为本实用新型一实施例的光耦隔离方向控制电路示意图。
图3为本实用新型一实施例的H桥电机驱动电路示意图。
图4为本实用新型一实施例的电机离合器控制电路示意图。
图5为本实用新型一实施例的流程方框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。
一种电动助力转向与半主动悬架集成控制器，如图1所示，其包括：
一个单片机1(Philips，P8 7LPC768)，当接收到点火开关信号时，单片机开始运行，接受并计算来自各传感器处理单元的信号，并发送信号给执行机构电路。该单片机运行速度为标准80C51单片机的2倍，同时MCS51系列已有的特点P87LPC768也都具备，还继承了低功耗特性和不可破译性。由于该单片机具有PWM功能，所以控制电机尤为方便。
一个转矩传感器信号采集及处理单元2，采集并处理转矩传感器信号然后传送给单片机1；
一个车速传感器信号采集及处理单元3，采集并处理车速传感器信号然后传送给单片机1；
一个霍尔电流传感器信号采集及处理单元4，采集并处理霍尔电流传感器信号然后传送给单片机1；
一个车身垂直加速度传感器信号采集及处理单元5，采集并处理车身垂直加速度传感器信号然后传送给单片机1；
一个系统故障诊断电路6，当系统出现故障时，单片机控制系统会相应的故障信息传送给故障单元，故障单元将此信息处理并存储，当检查该故障时，单片机控制系统会将故障单元存储的信息调出并驱动故障灯以特定的闪烁代码形式出现。
一个报警灯驱动电路7，该电路主要由光电隔离器及三极管电路组成。当监测电路检测到系统信号异常故障时，单片机控制系统会传送信号给光电隔离器，进而传送给三极管放大电路，驱动报警灯点亮。
一个步进电机驱动器8，驱动器是把单片机控制系统提供的弱电信号放大为步进电机能够接受的强电流信号。当控制单片机输出给驱动器步进脉冲信号时，步进电机驱动器根据步进脉冲信号的频率来实时地调整步进电机的旋转角度，另外，通过接受控制单片机输出的方向电平信号，步进电机驱动器会决定电机的旋转方向，高电平为顺时针方向，低电平为逆时针方向，这样就可达到电机调速和定位的目的，从而改变悬架系统中可调阻尼减震器的阻尼，使悬架始终工作在最优状态。
其中光耦隔离方向控制电路如图2所示，该电路主要由4个与门和2个或非门组成U1、U2、U3、U6为与门，U4、U5为或非门，系统采用单极性PWM调制方式，D1、D2为方向控制信号。D1、D2共有4种组合。11时电机正转，00时电机反转，01和10时电机停止。当D1、D2为11时，与门U1、U2输出高电平，其中U2的信号用于驱动光耦T4，开启MOS管Q4。U3根据PWM信号和U1的信号，驱动光耦T1，开启MOS管Q1，即Q1、Q4导通。此时，或非门U4、U5和与门U6的输出为低电平，光耦T2、T3截止，MOS管Q2、Q3关断，电机正转。当D1、D2为00时，情况正好相反，T1、T4截止，Q1、Q2关断，T2、T3开启，Q2、Q3导通，电机反转。
其中H桥电机驱动电路如图3所示，该驱动电路主要由四个MOSFET管组成。光耦T1控制MOSFET管Q1的通断，光耦T2控制MOSFET管Q2的通断，光耦T3控制MOSFET管Q3的通断，光耦T4控制MOSFET管Q4的通断。当光耦T1和光耦T4导通、光耦T2和光耦T3关断时，对应的Q1、Q2就导通，Q2、Q3关断，电机电流经Q1、MOTOR、Q4流向地，此时电机正转。电机反转时，器件的通断情况正好相反。
其中电机离合器控制电路如图4所示，如图4.6所示，电机离合器控制主要由场效应管Q1、三极管T1、二极管、电阻、电容组成。电阻起分压作用，电容起滤波作用，当P1为高电位时，三极管T1导通，场效应管Q1导通，从而使电磁线圈通电，电磁离合器吸合。
本系统的控制流程方框图如图5所示，电子控制单元首先加电初始化，然后检测各个传感器、ECU电路状况，如果系统正常则转入传感器信号判断模块，如果系统不正常则进入报警电路并点亮报警灯。接下来判断各个传感器信号，如果正常则进入方向盘转动判断，如果不正常则进入故障诊断电路。接着读取电流信号并判断电流是否超过最大值，如果超过则转入系统监视程序，重新开始检测，如果电流正常，则开始读取车速、扭矩、车身垂直加速度、霍尔电流传感器信号，接着通过读取电子控制单元中的集成控制算法来确定助力电流及步进脉冲，方向脉冲，最后驱动电动助力转向电机及步进电机工作。
Claims (7)
1.电动助力转向与半主动悬架集成控制器，由一个电子控制单元、一个转矩传感器信号采集及处理单元、一个车速传感器信号采集及处理单元、一个霍尔电流传感器信号采集及处理单元、一个车身垂直加速度传感器信号采集及处理单元，一个光电隔离控制电路、一个H桥驱动电路，一个步进电机驱动电路，一个离合器驱动控制电路组成，其特征在于，光电隔离控制电路一端连接电子控制单元，另一端连接H桥驱动电路，而H桥驱动电路的另一端直接连接直流电机。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，光电隔离控制电路包括：四个与门，两个或非门，其中有三个与门直接与三个光耦隔离器相连，有一个或非门与一个光耦隔离器相连，采用单极性PWM调制方式来控制光耦隔离器开启或截止。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，H桥驱动电路由四个大功率N沟道的MOSFET管构成H桥驱动电路，通过控制四个大功率N沟道的MOSFET管用来驱动助力电机正反转。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，步进电机驱动电路采用SH步进电机驱动电器，输入信号采用光电隔离电路进入SH步进电机驱动电器，输入端连接电子控制单元，输出端连接步进电机。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，离合器驱动电路主要由一个场效应管、一个三极管、两个二极管、四个电阻、一个电容组成，三极管通过一个分压电阻与电子控制单元相连，场效应管输出端连接离合器，三极管通过一个电容与两个电阻和一个二极管与场效应管连接。
6.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，报警电路由一个光耦隔离器和两个三极管组成，电路一端通过光耦隔离器与电子控制单元相连，另一端通过一个三极管连接报警灯。
7.根据权利要求1所述的电动助力转向与半主动悬架集成控制器，其特征在于，故障诊断电路由闪存芯片及通信线路组成，通信线路一端与电子控制单元通讯并与闪存芯片连接，另一端连接故障灯。
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