一種雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng) 及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車行駛速度的不斷提高，人們對汽車行駛平順性提出了越來越高的要求， 但常規(guī)的帶橫向穩(wěn)定桿的被動懸架很難同時滿足乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性的要求，而且無 法實時地調(diào)整懸架的側(cè)傾角剛度。在高速轉(zhuǎn)向時車輛易產(chǎn)生側(cè)傾，側(cè)傾過大容易使駕駛員 產(chǎn)生疲勞和不安全感；而主動穩(wěn)定桿系統(tǒng)能在車輛產(chǎn)生側(cè)傾趨勢時給車輛快速施加反側(cè)傾 力矩，防止車輛側(cè)傾，大大減小車身側(cè)傾角和側(cè)傾角速度，因而提高乘坐舒適性，增大獨立 懸架的輪胎法向力，從而改善車輪與路面的附著狀況等。因此，車輛主動側(cè)傾控制研宄是汽 車領(lǐng)域的研宄熱點問題之一。
[0003] 目前，國內(nèi)還沒有生產(chǎn)制造主動穩(wěn)定桿系統(tǒng)的汽車企業(yè)，且也無自主開發(fā)的能力， 國產(chǎn)汽車的穩(wěn)定桿一般都屬于被動式，而這類穩(wěn)定桿在反側(cè)傾程度上的能力十分有限，尤 其針對越野車這類側(cè)傾程度較大的，被動式的穩(wěn)定桿就顯得更加吃力，因此，在安全性與舒 適性上，還遠遠達不到主動穩(wěn)定桿的要求。只有一些高校等研宄單位在這方面做了一定的 研宄，但都沒有取得突破性的進展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的首要目的在于提供一種在車輛高速轉(zhuǎn)向時，能夠提高車輛的駕駛安全性 和乘坐舒適性的雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的 控制系統(tǒng)，包括前通道控制單元和后通道控制單元，二者之間通過I2C總線雙向通訊，所述 前通道控制單元的輸入端分別與車速傳感器、橫向加速度傳感器、前通道電機轉(zhuǎn)子位置傳 感器的輸出端相連，前通道控制單元的輸出端與前通道無刷直流電機的輸入端相連，前通 道無刷直流電機輸出轉(zhuǎn)矩信號至前通道穩(wěn)定桿；所述后通道控制單元的輸入端與后通道電 機轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出端相連，后通道控制單元的輸出端與后通道無刷直流電機的輸入 端相連，后通道無刷直流電機輸出轉(zhuǎn)矩信號至后通道穩(wěn)定桿。
[0006] 所述前通道控制單元由車速信號處理電路、橫向加速度信號處理電路、前通道電 機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路、前通道主控芯片和前通道電機驅(qū)動及過流保護電路組成；所述 前通道主控芯片的輸入端分別與車速信號處理電路、橫向加速度信號處理電路、前通道電 機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路的輸出端相連，車速信號處理電路的輸入端與車速傳感器的輸出 端相連，橫向加速度信號處理電路的輸入端與橫向加速度傳感器的輸出端相連，前通道電 機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路的輸入端與前通道電機轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出端相連；前通道主 控芯片的輸出端與前通道電機驅(qū)動及過流保護電路的輸入端相連，前通道電機驅(qū)動及過流 保護電路的輸出端與前通道無刷直流電機的輸入端相連；所述前通道主控芯片采用單片機 MCF52259及其外圍電路。
[0007] 所述后通道控制單元由后通道電機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路、后通道主控芯片和后 通道電機驅(qū)動及過流保護電路組成；所述后通道主控芯片的輸入端與后通道電機轉(zhuǎn)子位置 信號處理電路的輸出端相連，后通道電機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路的輸入端與后通道電機轉(zhuǎn) 子位置傳感器的輸出端相連；所述后通道主控芯片的輸出端與后通道電機驅(qū)動及過流保護 電路的輸入端相連，后通道電機驅(qū)動及過流保護電路的輸出端與后通道無刷直流電機的輸 入端相連；所述后通道主控芯片采用單片機MCF52259及其外圍電路。
[0008] 所述車速信號處理電路包括由電阻R201和電阻R202串聯(lián)組成的第一分壓電路， 電阻R201的一端與車速傳感器的輸出端相連，電阻R201的另一端通過由電阻R203和電容 C201組成的一階有源低通濾波器與運放U4A的正相輸入端相連，運放U4A的反相輸入端與 其輸出端相連，運放U4A的輸出端與電壓比較器U4B的反相輸入端相連，電壓比較器U4B的 正相輸入端分別與電阻R204、電阻R205相連，電阻R204、電阻R205組成第二分壓電路，電 壓比較器U4B的輸出端與施密特觸發(fā)器U5A的輸入端相連，施密特觸發(fā)器U5A的輸出端與 施密特觸發(fā)器U5B的輸入端相連，施密特觸發(fā)器U5B的輸出端與單片機MCF52259的58腳 相連，所述運放U4A、電壓比較器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特觸發(fā)器U5A、施密特 觸發(fā)器U5B均采用SN74LS14N芯片。
[0009] 所述橫向加速度信號處理電路包括由電阻R206、電容C202、電阻R207、電容C203 組成的二階有源濾波器，電阻R206的一端與橫向加速度傳感器的輸出端相連，二階有源濾 波器與運放U6A的正相輸入端相連，運放U6A的輸出端分別與電容C202、電阻R209、單片 機MCF52259的66腳相連，電阻R209通過電阻R208接地，運放U6A的反相輸入端通過電 阻R208接地，所述運放U6A采用NE5532P芯片；所述前通道電機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路包 括接入前通道電機轉(zhuǎn)子位置傳感器的電源線和信號線的接插頭P201，其4、3、2腳分別與光 耦0C201、0C202、0C203的輸入端相連，光耦0C201、0C202、0C203的輸入端分別接限流電阻 R210、R211、R212,光耦 0C201、0C202、0C203 的輸出端分別接上拉電阻R213、R214、R215,單 片機MCF52259的57腳接在上拉電阻R213與光耦0C201的輸出端之間，單片機MCF52259 的56腳接在上拉電阻R214與光耦0C202的輸出端之間，單片機MCF52259的55腳接在上 拉電阻R215與光耦0C203的輸出端之間。
[0010] 所述前通道電機驅(qū)動及過流保護電路包括邏輯非門電路U301，邏輯非門電路 U301采用DM54ALS832AJ芯片，邏輯非門電路U301的1、4、7、12、15、18腳分別接單片機MCF52259的11、93、12、94、65、95腳，邏輯非門電路U301的3、6、9、11、14、17腳分別與光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、0C305、0C306 的輸入端相連，光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、 0C305、0C306 的輸出端分別與MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306 的柵極相連，MOS 管Q301的源極與MOS管Q306的漏極相連后與接插頭P301的3腳相連，MOS管Q302的源極 與MOS管Q305的漏極相連后與接插頭P301的2腳相連，MOS管Q303的源極與MOS管Q304 的漏極相連后與接插頭P301的1腳相連，接插頭P301的1、2、3腳分別接前通道無刷直流 電機的U、V、W電源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源極相連后接運放U302A的正相輸 入端，運放U302A的輸出端與光耦0C307的輸入端相連，光耦0C307的輸出端分別與單片機 MCF52259的103腳、邏輯非門電路U301的2、5、8、13、16、19腳相連。
[0011] 所述后通道電機轉(zhuǎn)子位置信號處理電路包括接入后通道電機轉(zhuǎn)子位置傳感器的 電源線和信號線的接插頭P202,其4、3、2腳分別與光耦0C204、0C205、0C206的輸入端相連， 光耦0C204、0C205、0C206的輸入端分別接限流電阻R216、R217、R218,光耦0C204、0C205、 0C206的輸出端分別接上拉電阻R219、R220、R221，單片機MCF52259的54腳接在上拉電 阻R219與光耦0C204的輸出端之間，單片機MCF52259的53腳接在上拉電阻R220與光耦 0C205的輸出端之間，單片機MCF52259的36腳接在上拉電阻R221與光耦0C206的輸出端 之間。
[0012] 所述后通道電機驅(qū)動及過流保護電路包括邏輯非門電路U303,邏輯非門電路 U303采用DM54ALS832AJ芯片，邏輯非門電路U303的1、4、7、12、15、18腳分別接單片機 MCF52259的11、93、12、94、65、95腳，邏輯非門電路U303的3、6、9、11、14、17腳分別與光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、OC312、OC313 的輸入端相連，光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、 OC312、OC313 的輸出端分別與MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312 的柵極相連，MOS 管Q307的源極與MOS管Q312的漏極相連后與接插頭P302的3腳相連，MOS管Q308的源極 與MOS管Q311的漏極相連后與接插頭P302的2腳相連，MOS管Q309的源極與MOS管Q3010 的漏極相連后與接插頭P302的1腳相連，接插頭P302的1、2、3腳分別接后通道無刷直流 電機的U、V、W電源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源極相連后接運放U304A的正相輸 入端，運放U304A的輸出端與光耦0C314的輸入端相連，光耦0C314的輸出端分別與單片機 MCF52259的103腳、邏輯非門電路U303的2、5、8、13、16、19腳相連。
[0013] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)的控制方 法，該方法包括下列順序的步驟： (1) 前通道控制單元接收車速傳感器、橫向加速度傳感器采集到的信號，并通過I2C總 線將信息發(fā)送至后通道控制單元，前、后通道控制單元根據(jù)車速信號和橫向加速度信號判 斷車輛的行駛狀態(tài)，若車速信號和橫向加速度信號均小于預(yù)先設(shè)定值，則不啟動主動穩(wěn)定 桿；否則，進入下一步； (2) 前、后通道控制單元根據(jù)采集到的橫向加速度傳感器信號，參考預(yù)先設(shè)置在前、后 通道控制單元中的側(cè)傾角度表，查得車輛的目標(biāo)側(cè)傾角； (3) 前、后通道控制單元根據(jù)橫向加速度和目標(biāo)側(cè)傾角，計算前通道無刷直流電機和后 通道無刷直流電機所需要的輸出轉(zhuǎn)矩； (4) 前、后通道控制單元根據(jù)前、后通道電機轉(zhuǎn)子位置傳感器信號以及前、后通道無刷 直流電機特性曲線，判斷當(dāng)前前、后通道無刷直流電機轉(zhuǎn)子所在的位置，從而控制電機定子 繞組的通電次序，并輸出PWM信號分別控制前、后通道無刷直流電機，從而輸出需要的扭矩 帶動前通道穩(wěn)定桿和后通道穩(wěn)定桿動作，調(diào)整車身側(cè)傾。
[0014] 根據(jù)如下公式計算前通道無刷直流電機和后通道無刷直流電機所需要的輸出轉(zhuǎn) 矩：
【主權(quán)項】
1. 一種雙通道電動式主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)，其特征在于：包括前通道控制單元和后 通道控制單元，二者之間通過I2c總線雙向通訊，所述前通道控制單元的輸入端分別與車速