專利名稱：汽車底盤集成控制系統(tǒng)與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車控制領(lǐng)域。
技術(shù)背景當(dāng)前，大家熟知的汽車底盤電子控制各子系統(tǒng)一般由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，該子系統(tǒng)在工作過程中是單獨(dú)進(jìn)行控制 的，即一個(gè)子系統(tǒng)有一個(gè)ECU。首先，由傳感器檢測到子系統(tǒng)的主要控制 參數(shù)信號(hào)，然后傳遞給該系統(tǒng)的ECU，經(jīng)ECU處理后輸出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu) 來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。然而，汽車底盤包含比較多的電控子系統(tǒng)，它們之 間存在著相互聯(lián)系和影響以及主次關(guān)系， 一些子系統(tǒng)之間可能有若干共同 的控制參數(shù)，單獨(dú)對(duì)某一電控子系統(tǒng)的改進(jìn)，勢(shì)必對(duì)其它子系統(tǒng)的功能有 直接或間接影響，反過來也會(huì)影響該子系統(tǒng)的控制效果。目前，安裝于汽 車底盤上的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)、主動(dòng)懸架(ASS)和制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS) 都是單獨(dú)做成一個(gè)整體，每個(gè)系統(tǒng)在各自控制單元的指令下獨(dú)立工作，沒 有考慮三者之間的相互影響與耦合，不能解決現(xiàn)有技術(shù)中三個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)之 間的相互影響，無法達(dá)到最佳控制狀態(tài)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能控制EPS、 ASS和ABS三個(gè) 子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，盡可能的減少三者之間的相互不利影響，使控制效果 達(dá)到最佳的汽車底盤集成控制系統(tǒng)與控制方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是汽車底盤集成控制方法通過傳感器檢測汽車的輪速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、垂直加速度信號(hào)和制動(dòng)踏板信號(hào)，并將這些信號(hào)輸入主協(xié)調(diào)CPU，主協(xié)調(diào)CPU將所述信號(hào)分別傳送至ABS CPU、 EPS CPU、 ASS CPU，并且同時(shí)根據(jù)對(duì)所述信號(hào)的分析發(fā)出協(xié)調(diào)命令，ABS CPU、 EPS CPU、 ASS CPU根據(jù)各自接收的傳感器信號(hào)和協(xié)調(diào)命令控制相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊。汽車底盤集成控制系統(tǒng)，包括主協(xié)調(diào)CPU1、 ABSCPU2、 EPSCPU3、 ASS CPU4、輪速信號(hào)處理模塊5、轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊6、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) 處理模塊7、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊8、垂直加速度信號(hào)處理模塊9、診斷 電路模塊10、 ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊11、 ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊12、 EPS助 力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13、 EPS電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊14和ASS磁流變減振器驅(qū) 動(dòng)模塊15，其中輪速信號(hào)處理模塊5、轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊6、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 信號(hào)處理模塊7、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊8、重直加速度信號(hào)處理模塊9、 診斷電路模塊10將檢測到的傳感器信號(hào)輸入至主協(xié)調(diào)CPU1，主協(xié)調(diào)CPU1 將輸出信號(hào)分別送至ABSCPU2、 EPS CPU3禾Q ASS CPU4， ABS CPU2將 輸出信號(hào)分別送至ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊11和ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊12，EPS CPU3將輸出信號(hào)分別送至EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13和EPS電磁離合器驅(qū) 動(dòng)模塊14， ASS CPU4將輸出信號(hào)送至ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊15。本發(fā)明所具有的積極效果是本發(fā)明克服了現(xiàn)有汽車EPS/ASS/ABS三系統(tǒng)間的相互影響，在分析 EPS/ASS/ABS系統(tǒng)中主要控制參數(shù)以及這些參數(shù)之間的相互關(guān)系基礎(chǔ)上， 對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制?？刂破鞑捎靡粋€(gè)總電控單元，該電控單元包括四個(gè)處理單元，其中一個(gè)為主協(xié)調(diào)處理單元，另外三個(gè)分別為EPS、 ASS、 ABS的子處理單元。主協(xié)調(diào)處理單元在對(duì)實(shí)際檢測信號(hào)綜合分析結(jié) 果的基礎(chǔ)上，分別對(duì)三個(gè)子處理單元發(fā)出信號(hào)，控制EPS、 ASS和ABS三 個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。該集成控制器能較方便的綜合各信號(hào)的實(shí)際數(shù)值， 盡可能的減少三者之間的相互不利影響，使控制效果達(dá)到最佳，消除子系 統(tǒng)之間的相互干擾，可更好地提高汽車的行駛平順性、安全性和操縱穩(wěn)定 性。


圖l是本發(fā)明的原理方框圖，圖2是輪速信號(hào)處理模塊電路圖，圖3是轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊電路圖，圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊電路圖，圖5是制動(dòng)踏板處理模塊電路圖，圖6是垂直加速度信號(hào)處理模塊電路圖，圖7是故障診斷碼發(fā)送電路圖，圖8是診斷碼存儲(chǔ)電路，圖9是ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，圖IO是電磁閥驅(qū)動(dòng)電路圖，圖11是助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，圖12是電磁離合器驅(qū)動(dòng)電路圖，圖13是ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)電路圖，圖14是ABS系統(tǒng)工作流程圖， 圖15是EPS系統(tǒng)工作流程圖， 圖16是ASS系統(tǒng)工作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。EPS/ASS/ABS集成控制器由主協(xié)調(diào)CPU1、 ABS CPU2、 EPS CPU3、 ASSCPU4組成。主協(xié)調(diào)CPU采用32位ARM單片機(jī)LPC2292，采集來自 汽車的輪速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、垂直加速度信號(hào)和制動(dòng)踏 板信號(hào)，并將采集來的信號(hào)通過CAN總線傳給子控制器，同時(shí)監(jiān)視汽車的 姿態(tài)，協(xié)調(diào)子控制器的運(yùn)行。ABS CPU采用32位ARM單片機(jī)LPC2129, 接受主協(xié)調(diào)控制器傳來的傳感器信號(hào)，包括輪速傳感器信號(hào)和制動(dòng)踏板信 號(hào)。當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下，同時(shí)車速大于15km/h時(shí)，ABS CPU控制電磁閥 和泵電機(jī)，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，同時(shí)ABS CPU接受主協(xié)調(diào)CPU的協(xié)調(diào)指令， 改變控制算法，使控制效果達(dá)到最佳；EPS CPU采用32位ARM單片機(jī) LPC2129,接受主協(xié)調(diào)控制器傳來的傳感器信號(hào)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn) 矩信號(hào)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，即檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)后，通過檢測轉(zhuǎn)矩信 號(hào)的變化大小，控制助力電機(jī)，改變助力電機(jī)的電流大小，同時(shí)EPSCPU 接受主協(xié)調(diào)CPU的協(xié)調(diào)指令，改變控制算法，使控制效果達(dá)到最佳；ASS CPU采用32位ARM單片機(jī)LPC2129，接受主協(xié)調(diào)控制器傳來的傳感器信 號(hào)，主要為垂直加速度信號(hào)，通過檢測到的垂直加速度的大小，判斷如何 控制磁流變減振器，同時(shí)ASS CPU接受主協(xié)調(diào)CPU的協(xié)調(diào)指令，改變控 制算法，使控制效果達(dá)到最佳；診斷通信模塊是將傳感器存在的故障以故障診斷碼的形式存入E^ROM中，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，將故障診斷碼通過串口發(fā)到故障診斷儀上，以判別故障發(fā)生的原因。傳感器所檢測的信號(hào)主要有① 輪速信號(hào)，為一頻率信號(hào)，主要判斷車輪速度的信號(hào)，頻率越大，輪速 越大。② 轉(zhuǎn)矩信號(hào)，為一電壓信號(hào)，主要判斷加在轉(zhuǎn)向盤上力矩的大小，電壓變 化越大，力矩越大。③ 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，為一頻率信號(hào)，主要判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，頻率越 大，轉(zhuǎn)速越大。@制動(dòng)踏板信號(hào)，為一開關(guān)信號(hào)，主要判斷汽車是否為制動(dòng)工況，當(dāng)踩下制動(dòng)器踏板時(shí)，開關(guān)接通，表示進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，ABS處于工作準(zhǔn)備狀態(tài)。③垂直加速度信號(hào)，為一電荷信號(hào)，主要判斷汽車垂直加速度大小，電荷 量越多，加速度越大。具體控制方法的設(shè)計(jì)是當(dāng)車速^20km/h;ASS通過車身垂直加速度大小判斷是否正常工作； EPS通過對(duì)轉(zhuǎn)矩大小及方向判斷是否正常工作；此時(shí) ABS不工作；協(xié)調(diào)器判斷車身垂直加速度、俯仰角加速度和側(cè)傾角加速度的大小，確定車身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)ASS發(fā)出控制指令，調(diào)整ASS中的阻尼和剛度值， 保證車身的垂直加速度、側(cè)傾角及俯仰角在較小的范圍之內(nèi)(車身垂直加 速度均方根值不大于0.10m/s2，側(cè)傾角不大于20,俯仰角不大于3.5 以保證汽車的舒適性和安全性；EPS助力較大，協(xié)調(diào)器對(duì)EPS發(fā)出控制指令， 根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的實(shí)際轉(zhuǎn)矩大小和方向調(diào)整助力轉(zhuǎn)矩大小，保證汽車具有 較好的轉(zhuǎn)向性能；當(dāng)20km/h〈車速《50km/h;ASS通過車身垂直加速度大小判斷正常工作；EPS助力較大，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的實(shí)際轉(zhuǎn)矩大小和方向調(diào)整助力轉(zhuǎn)矩 大小，保證汽車具有較好的轉(zhuǎn)向性能； 此時(shí)ABS正常工作；協(xié)調(diào)器判斷車身垂直加速度、俯仰角加速度和側(cè)傾角加速度的大小，對(duì)ASS發(fā)出控制指令，調(diào)整ASS中的阻尼和剛度值，保證車身的垂直加速 度和側(cè)傾角在較小的范圍之內(nèi)(車身垂直加速度均方根值不高于0.13m/s2， 側(cè)傾角不大于2.5^俯仰角不大于4.0 以保證汽車的舒適性和安全性；同 時(shí)協(xié)調(diào)器判斷角減速度及滑移率大小，對(duì)ABS發(fā)出控制指令，保證ABS 滑移率保持在峰值附著系數(shù)附近(滑移率在O.l到0.3附近)，以保證汽車 的制動(dòng)性能；同時(shí)，協(xié)調(diào)器根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的實(shí)際轉(zhuǎn)矩大小和方向調(diào)整助 力轉(zhuǎn)矩大小，保證汽車具有較好的轉(zhuǎn)向性能； 當(dāng)車速〉50km/h;ASS通過車身垂直加速度大小判斷正常工作；EPS不工作； 此時(shí)ABS正常工作；協(xié)調(diào)器判斷車身垂直加速度、俯仰角加速度和側(cè)傾角加速度的大小，對(duì)ASS發(fā)出控制指令，調(diào)整ASS中的阻尼和剛度值，保證車身的垂直加速 度和側(cè)傾角在較小的范圍之內(nèi)(車身垂直加速度均方根值不高于0.13m/s2，側(cè)傾角不大于3 俯仰角不大于4.5 以保證汽車的舒適性和安全性；協(xié)調(diào)器判斷角減速度及滑移率大小，對(duì)ABS發(fā)出控制指令，保證ABS滑移率保 持在峰值附著系數(shù)附近，以保證汽車的制動(dòng)性能。；汽車底盤集成控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主協(xié)調(diào)CPU1、 ABSCPU2、 EPSCPU3、 ASS CPU4、輪速信號(hào)處理模塊5、轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理 模塊6、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊7、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊8、垂直加速 度信號(hào)處理模塊9、診斷電路模塊IO、 ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊ll、 ABS電磁 閥驅(qū)動(dòng)模塊12、 EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13、 EPS電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊14 和ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊15，輪速信號(hào)處理模塊5、轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模 塊6、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊7、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊8、重直加速度 信號(hào)處理模塊9、診斷電路模塊10將檢測到的傳感器信號(hào)輸入至主協(xié)調(diào) CPU1，主協(xié)調(diào)CPU1將輸出信號(hào)分別送至ABS CPU2、 EPS CPU3禾B ASS CPU4， ABS CPU2將輸出信號(hào)分別送至ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊11和ABS 電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊12， EPS CPU3將輸出信號(hào)分別送至EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模 塊13和EPS電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊14， ASS CPU4將輸出信號(hào)送至ASS磁 流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊15。各模塊的具體結(jié)構(gòu)及原理說明如下1、 主協(xié)調(diào)CPU:采用32位高性能單片機(jī)ARMLPC2292，采集來自汽車的傳感器信號(hào) 等，包括①②③④⑤，并將信號(hào)傳給各子控制器，同時(shí)監(jiān)視汽車的姿態(tài)， 協(xié)調(diào)子控制器運(yùn)行。2、 ABSCPU:采用32位高性能ARM單片機(jī)LPC2129，接受主協(xié)調(diào)CPU中的傳感器 信號(hào)(包括①④)和協(xié)調(diào)命令，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，有效防止汽車車輪被抱死。3、 EPS CPU:采用32位高性能單片機(jī)ARM單片機(jī)LPC2129，接受主協(xié)調(diào)CPU中的 傳感器信號(hào)(①②③)和協(xié)調(diào)命令，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和電磁離合器，具有良 好的助力特性。4、 ASSCPU:采用32位高性能單片機(jī)ARM單片機(jī)LPC2129，接受主協(xié)調(diào)CPU中的 傳感器信號(hào)(包括⑤)和協(xié)調(diào)命令，調(diào)節(jié)阻尼力，減小振動(dòng)且提高了整車 的舒適性。5、 輪速信號(hào)處理模塊-輪速信號(hào)為一偽正弦信號(hào)，輪速處理模塊就是把傳感器輸出的幅值、 頻率都在變化的偽正弦信號(hào)轉(zhuǎn)變成單片機(jī)可以識(shí)別的矩形波信號(hào)，以便單 片機(jī)對(duì)矩形波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)從而求出輪速。輪速信號(hào)處理電路如圖2所示， 從輪速傳感器出來的偽正弦信號(hào)經(jīng)過由R1和C1組成的RC低通濾波器進(jìn)行 濾波，然后由R2、 R3和運(yùn)算放大器U1構(gòu)成的電壓比較器對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形， 再經(jīng)過由運(yùn)算放大器U2構(gòu)成射極跟隨器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離抗干擾，防止干擾，即可將偽正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的矩形波信號(hào)，為了防止輸出過大電壓信 號(hào)而對(duì)處理芯片造成損壞，在最后信號(hào)經(jīng)過由R4、 R5和D1組成的限幅電路， 然后接到單片機(jī)的捕獲口。6、 轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊轉(zhuǎn)矩信號(hào)為一模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊就是利用主協(xié)調(diào)CPU的A/D 口來采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)，判斷何時(shí)需要助力。轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理電路如圖3所 示，NJ1和NJ2是兩個(gè)扭矩信號(hào)，分別經(jīng)R6、 R7和C2以及R8、 R9和C3 的分壓和濾波后，再分別經(jīng)運(yùn)算放大器U3和U4組成的射極跟隨器，最后 輸出的信號(hào)AIN4和AIN5接處理器的A/D 口 ，從而采集到扭矩信號(hào)。7、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)主要是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)是否啟動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速 度。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路如圖4所示，F(xiàn)DJSU即是由儀表盤上引出的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，它是一矩形波信號(hào)，幅值是14V左右，而我們的處理芯 片工作在3.3V左右，最大也僅僅能夠承受5V，所以此信號(hào)FDJSU必須經(jīng) 過R10和C4進(jìn)行低通濾波、經(jīng)過RIO、 D2和R11進(jìn)行限幅后才能接至單 片機(jī)的捕獲口。8、 制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊制動(dòng)踏板信號(hào)主要是用來檢測汽車是否處于制動(dòng)工況，制動(dòng)踏板信號(hào) 處理電路如圖5所示，Sl是制動(dòng)踏板，Sl閉合即是踩制動(dòng)踏板，將產(chǎn)生一 開關(guān)信號(hào)，即為制動(dòng)踏板信號(hào)，再經(jīng)過R12、 R13、 C5和穩(wěn)壓二極管D4進(jìn) 行濾波、分壓和限幅后得到的制動(dòng)踏板信號(hào)TABAN接到單片機(jī)的中斷口 (也可作I/0 口用)。9、 垂直加速度處理模塊通過電荷轉(zhuǎn)換電路將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后利用主協(xié)調(diào)CPU 的A/D 口來采集電壓信號(hào)。垂直加速度處理電路如圖6所示,由電荷型壓電 式加速度傳感器輸出的加速度電荷信號(hào)，通過由高輸入阻抗放大器U5和 R14、 R15、 R16及C6構(gòu)成的電荷放大器，將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。然后，通過由U6構(gòu)成的射極跟隨電路和由R17、 R18、 C7、 C8和U7構(gòu)成 的二階低通濾波電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離抗干擾和濾波。由此得到的信號(hào)再通 過一個(gè)由R19、 R20、 R21和U8構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路把正負(fù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為正 信號(hào)，以滿足ARM芯片LPC2219的A/D轉(zhuǎn)換電壓范圍，最后把信號(hào)連到 處理器的A/D轉(zhuǎn)換引腳，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 10、診斷通信處理模塊將故障診斷碼存入ESpROM中，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，將故障診斷碼通過 串口發(fā)到故障診斷儀上，以判別故障發(fā)生的原因。診斷通信處理電路由故 障診斷碼發(fā)送電路和故障診斷碼存儲(chǔ)電路組成。故障診斷碼發(fā)送電路 如圖7所示，由故障診斷儀將故障診斷碼通過串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)上， 由于所用處理器的電平為CMOS電平，而計(jì)算機(jī)接口的電平為RS232 電平，其中TXDO和RXDO分別接處理器發(fā)送和接收信號(hào)的引腳，是 CMOS電平，而RS232—OUT禾B RS232—IN分別接計(jì)算機(jī)接收和發(fā)送 信號(hào)的引腳，是RS232電平，J3為DB9的轉(zhuǎn)換接口，直接接在計(jì)算機(jī) 的COM口。為了實(shí)現(xiàn)處理器與計(jì)算機(jī)的通信，必須有進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換， 電平轉(zhuǎn)換電路中使用了 U9進(jìn)行串口的電平轉(zhuǎn)換，C9、 C10、 Cll和 C12四個(gè)電容式用于U9內(nèi)部電荷泵的振蕩以控制四相電壓的變化來 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳輸。故障診斷碼存儲(chǔ)電路如圖8所示，芯片U10 集成了 2K位的串行E2PROM，存儲(chǔ)器采用400KHz的I2C總線接口， 用它來對(duì)故障診斷碼進(jìn)行存儲(chǔ)。Sl為復(fù)位鍵，Sl閉合后nREST將輸出 低電平給處理器的復(fù)位引腳從而可以使處理器復(fù)位。I2C總線由R23、 R24、 R25、 R26、 R27禾n U10組成，數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳 送，最高傳送速率100kbps。當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，^C總線就會(huì)將故障碼傳 到2K位的串行E2PROM，然后可以讀取E2PROM中的故障碼進(jìn)行故 障診斷，12C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號(hào)，它們分別是開 始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。開始信號(hào)SCL為高電平時(shí)，SDA由高 電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。應(yīng)答信號(hào)接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示己收到數(shù)據(jù)。 CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU 接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收 到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。 11、 ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用來驅(qū)動(dòng)泵電機(jī)，與電磁閥模塊結(jié)合達(dá)到增壓、 保壓和減壓的目的。ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖9所示，選擇Infeneon公 司生產(chǎn)的智能功率芯片BTS6510，即是圖中的Q2。當(dāng)IN一DJ端為高電 平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，功率開關(guān)管Q2導(dǎo)通，回液泵電機(jī)M1開始工 作，此時(shí)R31和發(fā)光二極管D7有電流流過，D7發(fā)光用于指示泵電 機(jī)工作。當(dāng)I^DJ端為低電平時(shí)，三極管Q1截止，功率開關(guān)Q2管截 止，回液泵電機(jī)M1停止工作，此時(shí)R31和發(fā)光二極管D7無電流流過， D7不發(fā)光用于指示泵電機(jī)停止工作。其中R28、 R29和R30為限流電 阻，防止電流過大而燒壞管子。D5和D6為回流二極管，防止浪涌電 流燒壞功率管?；匾罕秒姍C(jī)Ml輸出端還通過一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，將其工作狀態(tài)以信號(hào)djfd反饋至單片機(jī)，以對(duì)回液泵電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢 測。由于回液泵電機(jī)工作時(shí)，其正極端電壓為BAT1 =12V，不能直接 連到CPU,因此，要經(jīng)過由R32、 R33、 D8的分壓和穩(wěn)壓后才能接至 單片機(jī)的輸入端。同時(shí)，BTS6510還具有電流反饋功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控 電機(jī)的工作狀態(tài)。12、 ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊用來驅(qū)動(dòng)ABS制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器中的電磁閥，以 控制壓力變化。ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)電路如圖IO所示，選擇Motorola公司 生產(chǎn)的智能功率芯片MC33289，即是圖中的Ull，實(shí)現(xiàn)電磁閥開和關(guān) 兩種狀態(tài)。每個(gè)芯片可驅(qū)動(dòng)兩路電磁閥，以其中一路電磁閥為例說明 其工作過程。芯片的IN1引腳接單片機(jī)，IOUTI引腳接電磁閥，D9 為發(fā)光二極管，用以指示電路是否有輸出，即是否工作。當(dāng)IN1為高 電平時(shí)，IOUTI為高電平，電磁閥的電磁線圈中有電流通過，電磁閥 工作而閉合，D9發(fā)光指示電磁閥工作；反之，當(dāng)IN1為低電平時(shí)，10UT1 為低電平，電磁閥的電磁線圈中沒有電流通過而處于開啟狀態(tài)，D9熄 滅指示電磁閥不工作。由于電磁閥IOUTI處的高電平電壓為12V，不 能直接連到CPU，因此，經(jīng)R36和R37分壓后再經(jīng)穩(wěn)壓管D10將電壓 穩(wěn)定在3.3V。電磁閥的輸出端還通過一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，將其工作狀態(tài)反 饋至單片機(jī)，以對(duì)電磁閥的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，1ST1為輸出信號(hào) 10UT1的狀態(tài)反饋信號(hào)，接到處理器的一個(gè)引腳，當(dāng)輸出正常時(shí)，1ST1 為高電平；輸出不正常時(shí)，1ST1為低電平，處理器檢測到1ST1的電 平后可以判斷此芯片的工作狀態(tài)和進(jìn)行故障診斷。Ull引腳VBAT接12V，為供電電壓。13、 EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要用來驅(qū)動(dòng)EPS中的助力電機(jī)，以達(dá)到助力 的目的。EPS助力電機(jī)電路如圖ll所示，選擇單封裝的全橋芯片 VNH2SP30，即圖中的U12。具有電流檢測和開路負(fù)載、短路負(fù)載、過溫、 過壓、欠壓、過流等常用故障預(yù)防功能，使硬件電路大大簡化，節(jié)約了系 統(tǒng)的成本。電機(jī)接在OUTA和OUTB之間，接在接插件J4上。發(fā)光二極管Dll 和D12與R49組成指示電機(jī)轉(zhuǎn)向。P1.20—INA和P1.21一INB可用來控制電機(jī)方 向。當(dāng)P1.20—INA= 0， P1.21—INB= l時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，Dll放光，D12熄滅； 當(dāng)P1.20—INA= 1， P1.21—INB= 0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，D12放光，Dll熄滅；當(dāng) P1.20—INA=0， P1.21—INB= 0或P1.20—INA= 1， P1.21—INB= l時(shí)，電機(jī)制 動(dòng)，D11和D12都熄滅。通過調(diào)節(jié)PWM端口信號(hào)P0.21—PWM1的占空比來調(diào) 節(jié)電機(jī)的電流大小，CS端口信號(hào)P0.27—ADCO用來檢測電機(jī)的電流大小，實(shí) 現(xiàn)對(duì)電流進(jìn)行閉環(huán)控制，使控制電流與目標(biāo)電流一致；P0.17—ENA和 P0.15—ENB是診斷信號(hào)，當(dāng)電機(jī)無故障時(shí)為高電平，當(dāng)電機(jī)有故障時(shí)為低電 平，有效地監(jiān)控了電機(jī)的狀態(tài)。Q3是一個(gè)低導(dǎo)通電阻的N溝道MOS管，用 來實(shí)現(xiàn)電源反接保護(hù)。其中R38、 R39、 R40、 R41、 R42、 R43、 R44、 R45、 R46、 R47和R48為限流電阻；C14為濾波電容。14、 EPS電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊EPS電磁離合器驅(qū)動(dòng)模塊主要用來驅(qū)動(dòng)EPS中的電磁離合器，以控 制電機(jī)輸出助力扭矩與機(jī)械轉(zhuǎn)向器的斷開和接合。電磁離合器驅(qū)動(dòng)電 路如圖12所示，選擇IRFR3707Z作為它的驅(qū)動(dòng)芯片即圖中的Q4，接插件J5接到電磁離合器。信號(hào)P1.19—IN—LHQ接到處理器的控制輸出 引腳。當(dāng)P1.19JN一LHQ為高電平時(shí)，Q5導(dǎo)通，而R52此時(shí)相當(dāng)于接 地，則Q4也不導(dǎo)通，電磁離合器不工作；當(dāng)P1.19—IN一LHQ為低電平 時(shí)，Q5截止，而R52此時(shí)相當(dāng)于接到12V，則Q4導(dǎo)通，電磁離合器 開始工作。電磁離合器輸出端還通過一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，由R53、 R54和 D13組成，由于電磁閥OUT1處的高電平電壓為12V，不能直接連到 CPU，因此，分壓后經(jīng)穩(wěn)壓管D58將電壓穩(wěn)定在3.3V?？梢詫⑵涔ぷ?狀態(tài)以信號(hào)P0.23—LHQFD反饋至單片機(jī)，以對(duì)電磁離合器的工作狀態(tài) 進(jìn)行檢測，其中R50、 R51和R52為限流電阻。 15、 ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊主要功能是驅(qū)動(dòng)受控源，改變磁流變減振 器上的電流大小，從而調(diào)節(jié)阻尼力大小。ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)電路如圖 13所示，采用低功耗高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC7512控制壓控恒流源，進(jìn)而 通過恒流源輸出電流控制磁流變減振器的磁流變液的粘度來改變其阻尼 力。處理器輸出的P麗控制信號(hào)FLP麗6經(jīng)由R55、 R56和U13組成的放大 電路對(duì)控制信號(hào)FL—P麗6進(jìn)行放大以提高驅(qū)動(dòng)能力，再經(jīng)R57和C15組成 的濾波電路濾除L—PWM6的高頻信號(hào)得到直流信號(hào)，得到的信號(hào)一方面經(jīng)R59 和D15組成的限幅穩(wěn)壓電路輸出給恒流源，另一方面輸出給R58和D14組 成的指示電路，當(dāng)L—P麗6有輸出時(shí)D14發(fā)光，當(dāng)L—P麗6無輸出時(shí)D14熄 滅。三個(gè)子系統(tǒng)(EPS、 ASS和ABS三個(gè)系統(tǒng))的控制原理和流程如下 ABS系統(tǒng)ABSCPU接受主協(xié)調(diào)控制器的協(xié)調(diào)指令，并根據(jù)檢測到的輪速、車速 和制動(dòng)踏板信號(hào)，用來控制電磁閥和泵電機(jī)，適時(shí)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，以使ABS 系統(tǒng)的制動(dòng)效果達(dá)到最佳。工作流程如圖14所示。 EPS系統(tǒng)EPS CPU接受主協(xié)調(diào)控制器的協(xié)調(diào)指令，并根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)向盤上的 轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)的變化大小，用來控制助力電機(jī)，適時(shí)改變其電流大 小，以使EPS系統(tǒng)的助力效果達(dá)到最佳。工作流程如圖15所示。 ASS系統(tǒng)ASS CPU接受主協(xié)調(diào)控制器的協(xié)調(diào)指令，并根據(jù)檢測到的車身垂直加 速度、俯仰角加速度和側(cè)傾角加速度信號(hào)的變化，用來控制磁流變減振器， 適時(shí)改變其電流大小，以使ASS系統(tǒng)的減振效果達(dá)到最佳。工作流程如圖 16所示。
權(quán)利要求
1、汽車底盤集成控制方法，其特征在于通過傳感器檢測汽車的輪速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、垂直加速度信號(hào)和制動(dòng)踏板信號(hào)，并將這些信號(hào)輸入主協(xié)調(diào)CPU，主協(xié)調(diào)CPU將所述信號(hào)分別傳送至ABSCPU、EPS CPU、ASS CPU，并且同時(shí)根據(jù)對(duì)所述信號(hào)的分析發(fā)出協(xié)調(diào)命令，ABS CPU、EPS CPU、ASS CPU根據(jù)各自接收的傳感器信號(hào)和協(xié)調(diào)命令控制相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊。
2、 如權(quán)利要求1所述的汽車底盤集成控制系統(tǒng)，包括主協(xié)調(diào)CPU[l]、 ABSCPU[2]、 EPSCPU[3]、 ASSCPU[4]、輪速信號(hào)處理模塊[5]、轉(zhuǎn)矩信號(hào) 處理模塊[6]、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊[7]、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊[8]、垂 直加速度信號(hào)處理模塊[9]、診斷電路模塊[IO]、 ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊[ll]、 ABS電磁闊驅(qū)動(dòng)模塊[12]、 EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊[13]、 EPS電磁離合器驅(qū) 動(dòng)模塊[14]和ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模塊[15]，其特征在于輪速信號(hào)處理模塊[5]、轉(zhuǎn)矩信號(hào)處理模塊[6]、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模 塊[7]、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊[8]、重直加速度信號(hào)處理模塊[9]、診斷電路 模塊[10]將檢測到的傳感器信號(hào)輸入至主協(xié)調(diào)CPU[l]，主協(xié)調(diào)CPU[1]將輸 出信號(hào)分別送至ABS CPU[2]、 EPS CPU[3]和ASS CPU[4]， ABS CPU[2]將 輸出信號(hào)分別送至ABS泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊[ll]和ABS電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊[12]， EPS CPU[3]將輸出信號(hào)分別送至EPS助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊[13]和EPS電磁離 合器驅(qū)動(dòng)模塊[14]， ASS CPU[4]將輸出信號(hào)送至ASS磁流變減振器驅(qū)動(dòng)模 塊[15]。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車控制領(lǐng)域，為一種汽車底盤集成控制系統(tǒng)與控制方法。該系統(tǒng)通過傳感器檢測汽車的輪速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、垂直加速度信號(hào)和制動(dòng)踏板信號(hào)等，并將這些信號(hào)輸入主協(xié)調(diào)CPU，主協(xié)調(diào)CPU將所述信號(hào)分別傳送至ABS CPU、EPS CPU、ASS CPU，并且同時(shí)根據(jù)對(duì)所述信號(hào)的分析發(fā)出協(xié)調(diào)命令，ABS CPU、EPS CPU、ASS CPU則根據(jù)各自接收的傳感器信號(hào)和協(xié)調(diào)命令控制相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明克服了現(xiàn)有汽車上EPS、ASS和ABS三個(gè)系統(tǒng)之間存在相互干擾的問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，全面提高汽車的行駛平順性、安全性和操縱穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B60W30/02GK101332814SQ200810021298
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者姜武華, 敏 方, 王其東, 秦?zé)樔A, 趙林峰, 陳無畏 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)