專利名稱：一種車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車輛信號采集裝置，尤其涉及一種電控磁流變減震器的垂直加速度和溫度信號的采集裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的汽車減震器主要由彈性元件、阻尼元件和導(dǎo)向元件構(gòu)成，這種基于經(jīng)典隔振理論的減震器是根據(jù)汽車的綜合性能要求，針對特定的路面狀況和車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)振動特性固定不變。由于這種減震器彈性元件的剛度和阻尼元件的阻尼系數(shù)是不能改變的，因此它無法在復(fù)雜路面激勵和不斷變化的行駛工況下提供車輛平順性和行車安全性的合理匹配。磁流變減震器是一種能夠根據(jù)實(shí)際路面狀況和車輛運(yùn)行狀態(tài)的變化、動態(tài)調(diào)節(jié)減震器阻尼系數(shù)的智能減震器系統(tǒng)，既能保證車輛的操縱穩(wěn)定性，又能使行車舒適安全性達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。 這種磁流變減震器的ECU (電控系統(tǒng))利用安裝在車輛上的不同傳感器采集減震器垂直加速度、車身加速度、車速以及轉(zhuǎn)向角等輸入信號，得到當(dāng)前路面狀況和車輛行駛條件并通過E⑶軟件算法運(yùn)算處理后，輸出控制信號動態(tài)調(diào)節(jié)減震器的阻尼力大小。其中車輛簧載質(zhì)量的垂向加速度信號是磁流變減震器ECU的一個重要輸入量，ECU通過采集簧載質(zhì)量的垂向加速度計(jì)算出簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的絕對振動速度和簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的相對振動速度，并通過軟件控制算法得到輸出阻尼力的關(guān)系以達(dá)到對磁流變阻尼器的阻尼力的實(shí)時調(diào)節(jié)。對簧載質(zhì)量垂直加速度信號的采集中，傳統(tǒng)技術(shù)一般是運(yùn)用模擬加速度傳感器直接輸出模擬信號給控制器ECU采集，這樣不僅使得傳感器同ECU之間的距離受到限制同時也需要ECU增加放大電路、信號調(diào)理電路和A/D采樣電路以及相關(guān)軟件處理功能，極大的增加了 ECU控制器的軟硬件開銷。另外也有通過差分信號來實(shí)現(xiàn)模擬加速度信號傳輸至E⑶采集的方案，這樣雖然解決了傳輸?shù)木嚯x問題和抗干擾問題，但是卻增加了 ECU的差分信號處理等功能，也會降低整個的性能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)技術(shù)中垂直加速度信號采集傳輸距離，抗干擾以及僅傳輸信號不能處理信號等問題，而提供一種減輕了應(yīng)用系統(tǒng)中ECU的硬件開銷和處理負(fù)擔(dān)的車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置。本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它包括傳感器模塊、信號采集單元、信號預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)包封裝單元、參數(shù)存儲單元、自診斷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信電路，所述的傳感器模塊由垂直加速度傳感器、溫度數(shù)據(jù)傳感器和SPI接口電路組成，該傳感器模塊與信號采集單元相連，信號采集單元通過信號預(yù)處理單元與數(shù)據(jù)包封裝單元相連，數(shù)據(jù)包封裝單元連于數(shù)據(jù)通信電路上。作為優(yōu)選，所述的傳感器模塊內(nèi)設(shè)有差容式力平衡敏感元件，該傳感器模塊內(nèi)的芯片固定在PCB電路板上，PCB電路板平面與汽車水平面保持一致。[0008]作為優(yōu)選，所述的SPI接口電路設(shè)有四根信號線，分別為CS片選信號線、SCLK同步時鐘線、MISO主設(shè)備信號輸入/副設(shè)備信號輸出線、MOSI主設(shè)備信號輸出/副設(shè)備信號輸入線；四根信號線分別連接于微處理器單元上，該微處理器單元與CAN總線收發(fā)器相連，該CAN總線收發(fā)器上設(shè)有CAN總線接口。本實(shí)用新型的有益效果為該裝置不僅具有垂直方向加速度和溫度信號的采集功能，同時具有預(yù)處理功能，通過CAN總線接口直接同減震器ECU控制系統(tǒng)通信，具有精度高、動態(tài)響應(yīng)速度快、功耗低、體積小等特點(diǎn)。
圖I是本實(shí)用新型的減震器垂直加速度和溫度信號采集系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例原理示意圖。附圖中的標(biāo)號分別為I、傳感器模塊，2、信號采集單元，3、信號預(yù)處理單元，4、數(shù)據(jù)包封裝單元，5、參數(shù)存儲單元，6、自診斷系統(tǒng)，7、數(shù)據(jù)通信電路，8、微處理器單元，9、CAN總線收發(fā)器，10、CAN總線接口， 11、垂直加速度傳感器，12、溫度數(shù)據(jù)傳感器，13、LDO線性穩(wěn)壓電路。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)的介紹本實(shí)用新型的車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置，包括傳感器模塊I、信號采集單元2、信號預(yù)處理單元3、數(shù)據(jù)包封裝單元4、參數(shù)存儲單元5、自診斷系統(tǒng)6和數(shù)據(jù)通信電路7，如圖I所示。傳感器模塊I具有差容式力平衡敏感元件，能夠感測車輛垂直方向的振動信號并轉(zhuǎn)換成與其成比例關(guān)系的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過放大、濾波和A/D采樣處理后由傳感器接口輸出；所述傳感器模塊I芯片固定在PCB電路板上，PCB電路板平面與汽車水平面保持一致。信號采集單元2在物理連接上采用符合傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)的SPI或者PWM協(xié)議規(guī)范，信號采集單元2通過接口標(biāo)準(zhǔn)配置傳感器芯片并采集垂直加速度和溫度數(shù)據(jù)；信號預(yù)處理單元3是對采集的垂直加速度數(shù)據(jù)或者溫度數(shù)據(jù)做濾波優(yōu)化處理，確保數(shù)據(jù)的精度。所述數(shù)據(jù)包封裝單元4符合標(biāo)準(zhǔn)的CAN2. 0協(xié)議規(guī)范，按照CAN總線協(xié)議規(guī)范對加速度或者溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，并規(guī)定同減震器ECU的建鏈機(jī)制，以確保本實(shí)用新型同其他E⑶的通信。所述加速度傳感器為VTI820系列汽車級數(shù)字加速度傳感器，典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槠嚨妆P安全穩(wěn)定性。所述加速度芯片I、2、3、11、12引腳接地，4和10引腳通過電容接地，工作時6、7、8、9引腳輸出符合SPI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范的數(shù)字化垂直加速度和溫度值。所述信號采集單元2、信號預(yù)處理單元3、數(shù)據(jù)包封裝單元4、自診斷系統(tǒng)6和參數(shù)存儲單元5都有單片微處理器完成。選用飛思卡爾的8位MC9S08DZ32型號的微處理器，工作電壓為3. 3V，主頻最高可達(dá)20Mhz，集成32k的FLASH和2K的EEPR0M，并具有SPI和CAN2. 0標(biāo)準(zhǔn)接口。正常工作僅需IOmA左右的電流。所述數(shù)據(jù)通信電路7的收發(fā)芯片選用TJA1050型號，此CAN總線收發(fā)芯片兼容
3.3V的信號電平，符合CAN2. 0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，不僅使得數(shù)據(jù)通信速率最高可達(dá)IM波特率，不僅達(dá)到傳輸響應(yīng)速度快的功能，而且應(yīng)用系統(tǒng)如磁流變減震器ECU只需要接入CAN總線就能獲得相應(yīng)的垂直加速度和溫度數(shù)據(jù)，減少了軟硬件開銷和處理時間，同時縮小了整個系統(tǒng)的體積，降低了功耗。本實(shí)用新型的車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置的具體實(shí)施方式
如圖2所示。包括LDO線性穩(wěn)壓電路13、垂直加速度傳感器11、溫度數(shù)據(jù)傳感器12、微處理器單元8、CAN總線收發(fā)器9、CAN總線接口 10組成。LDO線性穩(wěn)壓電路13將輸入的5. OV電壓線性穩(wěn)壓至3. 3V的工作電壓供微處理器單元8、傳感器和CAN總線收發(fā)器9、CAN總線接口 10正常工作，實(shí)現(xiàn)低壓差線性穩(wěn)壓的功倉泛。傳感器模塊I由垂直加速度傳感器11、溫度數(shù)據(jù)傳感器12和SPI接口電路組成，通過標(biāo)準(zhǔn)的SPI (Serial peripheral interface)串行外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化的垂直加速 度和溫度數(shù)據(jù)的采集。如圖2所示，SPI接口標(biāo)準(zhǔn)定義有四跟信號線，分別是CS片選信號線、SCLK同步時鐘線、MISO主設(shè)備信號輸入/副設(shè)備信號輸出線、MOSI主設(shè)備信號輸出/副設(shè)備信號輸入線。在微處理器單元8采集傳感器數(shù)據(jù)時，微處理器單元8作為主設(shè)備發(fā)出控制信號電平實(shí)現(xiàn)同傳感器建立SPI通信，首先微處理器通過將CS控制線拉低來選中傳感器芯片，此過程相當(dāng)于通知作為副設(shè)備的傳感器主設(shè)備馬上要同副設(shè)備通信了，然后主設(shè)備在時鐘同步脈沖(SCLK線)的控制下通過MOSI線發(fā)送一串16位的數(shù)據(jù)電平，副設(shè)備接收到這些數(shù)據(jù)后解析其意義，如果其代表的信息是發(fā)送垂直加速度數(shù)據(jù)，那么副設(shè)備將在時鐘同步脈沖(SLCK線)的控制下通過MISO線發(fā)送一串16位的數(shù)據(jù)電平供主設(shè)備接收，主設(shè)備解析這串16位的電平后得到的16為數(shù)據(jù)即為數(shù)字化的垂直加速度信號。當(dāng)速率在IM波特率時，整個過程僅需要50微秒不到的時間。微處理器單元8 由微處理器芯片，外部晶振電路，復(fù)位電路和程序仿真燒寫接口組成。微處理單元8的功能是采集傳感器的信號，對信號進(jìn)行預(yù)處理器，按照CAN總線通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包封裝，并通過通信接口接收傳送數(shù)據(jù)。另外的功能是自診斷功能，能夠檢測傳感器的狀態(tài)并保存一些參數(shù)信息如錯誤代碼等。CAN總線通信電路由CAN總線收發(fā)器9、CAN總線接口 10組成，其功能是響應(yīng)總線上E⑶的申請，并將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)紺AN總線上。由CAN收發(fā)芯片同EMI (電磁干擾)，ESD(靜電防護(hù))保護(hù)電路組成，能夠?qū)崿F(xiàn)最高達(dá)IM波特率的通信速率，能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性。除上述實(shí)施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置，包括傳感器模塊(I)、信號采集單元(2)、信號預(yù)處理單元(3)、數(shù)據(jù)包封裝單元(4)、參數(shù)存儲單元(5)、自診斷系統(tǒng)(6)和數(shù)據(jù)通信電路(7)，其特征在于所述的傳感器模塊(I)由垂直加速度傳感器(11)、溫度數(shù)據(jù)傳感器(12 )和SPI接口電路組成，該傳感器模塊(I)與信號采集單元(2 )相連，信號采集單元(2 )通過信號預(yù)處理單元(3 )與數(shù)據(jù)包封裝單元(4 )相連，數(shù)據(jù)包封裝單元(4 )連于數(shù)據(jù)通信電路(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置，其特征在于所述的傳感器模塊(I)內(nèi)設(shè)有差容式力平衡敏感元件，該傳感器模塊內(nèi)的芯片固定在PCB電路板上，PCB電路板平面與汽車水平面保持一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置，其特征在于所述的SPI接口電路設(shè)有四根信號線，分別為CS片選信號線、SCLK同步時鐘線、MISO主設(shè)備信號輸入/副設(shè)備信號輸出線、MOSI主設(shè)備信號輸出/副設(shè)備信號輸入線；四根信號線分別連接于微處理器單元(8)上，該微處理器單元(8)與CAN總線收發(fā)器(9)相連，該CAN總線收發(fā)器(9)上設(shè)有CAN總線接口(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種車輛垂直加速度和溫度信號采集裝置，包括傳感器模塊、信號采集單元、信號預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)包封裝單元、參數(shù)存儲單元、自診斷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信電路，所述的傳感器模塊由垂直加速度傳感器、溫度數(shù)據(jù)傳感器和SPI接口電路組成，該傳感器模塊與信號采集單元相連，信號采集單元通過信號預(yù)處理單元與數(shù)據(jù)包封裝單元相連，數(shù)據(jù)包封裝單元連于數(shù)據(jù)通信電路上。本實(shí)用新型的有益效果為該裝置不僅具有垂直方向加速度和溫度信號的采集功能，同時具有預(yù)處理功能，通過CAN總線接口直接同減震器ECU控制系統(tǒng)通信，具有精度高、動態(tài)響應(yīng)速度快、功耗低、體積小等特點(diǎn)。
文檔編號B60R16/02GK202624110SQ20112055978
公開日2012年12月26日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者李霖, 諶文思, 資小林, 潘杰鋒, 張 杰 申請人:萬向錢潮股份有限公司, 萬向集團(tuán)公司