单片机在汽车电控空气悬架系统中的应用

1、单片机在汽车电控空气悬架系统中的应用 (1)2011-08-06 17:47:16 来源:互联网 关键字：单片机 电控空气悬架系统 1 ECAS的组成及原理电控空气悬架系统由电子控制单元(ECU)，高度传感器、空气弹簧、速度传感器、减震器，车高升降控制键盘等组成。ECU通过高度传感器实时检测车身高度，间接获得车身垂直加速度，同时通过速度传感器检测车辆行驶速度。ECU内保存若干指标高度和三级可调阻尼值，指标高度与弹簧的舒适性、驾驶安全性和与应用规范保持一致。车速在不同的行驶条件下由ECU自动执行相应的指标高度，也可由驾驶员手动控制高度和阻尼值。通过比较高度传感器检测结果和指标高度，若高度差超过了

2、一定的公差范围，电磁阀就会被激发，通过充放气将实际高度调整到指标高度。减震器阻尼力共三档，根据车身上升速度、加速度控制减震器，执行相应的阻尼力，从而满足汽车行驶平顺性和乘坐舒适型的要求。电控空气悬架组成结构如图1。 2 ECAS系统各功能模块的设计ECAS主要由6大功能模块组成，分别是中央处理单元，信号输入模块(即传感器信号)，信号输出模块(即控制量的输出)，操作界面模块，电源模块，其他模块(外接存储器，RS485通信，系统的升级扩展端口)。2.1 MC9S08GB60单片机是ECU的核心部件，它要经常处理大量的输入和输出信号，而且要实现高精度和实时控制。本设计采用了美国飞思卡尔公司的加强型8

3、位车用微控制器MC9S08GB60单片机。该单片机内有64Kflash和4K的E2PROM，高度集成了四个串行通信端口(SCI1,SCI2,SPI,I2C)，最多达8个定时器(PWM)，8通道的10位A/D转换模块。2.2 信号传感输入模块该模块主要由3个高度传感器和1个速度传感器构成。车身高度传感器等效电感串联电阻。等效电感0°转角时对应约20mH，-45°转角时对应约8mH，+45°转角时对应约35mH。等效电阻120。为此设计了LC三点式振荡电路来检测车身高度传感器传来的信号，即设计一个正弦波发生器，由TL082元件及外围电路构成，正弦波的频率随高度传感器等

4、效电感的变化而不断变化，而后经比较器出来一个频率随电感不断变化的方波，经三极管放大和光耦隔离后输入到MCU的输入捕捉端口。MCU通过检测这一不断变化的频率来实现对高度传感器传来信号的检测。电路如图2所示，对速度传感器信号的检测也是通过检测其频率实现的，原理同高度传感输入电路类似。(本文转自电子工程世界： 2.3 信号控制输出模块 ECU采用PWM方式输出控制电磁阀的开启，根据当前实际高度与预期调节高度的偏差来输出控制信号。ECU计算电磁阀的调节脉冲长度，如果需要调节的高度量大、由于没有过冲危险，ECU将给出一个长的脉冲，同时，快的上升速度将减小脉冲长度，这样就能精确控制车辆的高度调节速度，极大

5、的避免了高度的过冲及振荡调节。对于电磁阀的驱动，本设计选用了安森美半导体公司生产的NUD3124继电器驱动芯片。NUD3124(汽车版本)器件的高反向雪崩能量容量(350mJ)可以控制大多数用于汽车应用的继电器。控制信号经过光耦隔离后输出给NUD3124驱动芯片，由NUD3124驱动电磁阀工作，并在NUD3124的输出端加了一个二极管保护电路。2.4 电源模块，操作界面模块及其他扩展功能模块ECAS系统主要有两种电压源，一是24V电压源，二是3V电压源。其中3V电压源分数字电压源和模拟电压源。24V电源是由车辆自身电源引出，然后经型滤波，再经稳压管稳压，在经过一个滤波电路最终得到一个稳定的24

6、V电压源。3V电压源与此类似，只是须要在数字电源和模拟电源之间加上一个隔离电阻，以防串扰。操作界面主要是键盘输入和发光二极管显示。当司机要手动控制阻尼和车高的时候，便可通过键盘输入其操作，然后相应的发光二极管亮，显示其输入。键盘输入经过了滤波，光耦隔离和IC106滤波及保护，最终送入ECU，然后ECU输出控制驱动相应发光二极管点亮。其他模块主要包括便于日后升级的接口，以及RS485通信，大容量存储器等。大容量存储器采用了ATMAL公司的AT24C1024，其通过PTC2/SDA和PTC3/SCL与单片机相连;RS485用典型接法即可，芯片采用max3485;其他未用引脚均通过插槽引出，以便于日后升级之用。3 汽车ECAS的软件设计方案空气悬架电子控制单元(ECAS)应用软件由系统初始化模块、判断手动自动调高模块、信号采集模块，键盘响应模块，输出控制模块等构成。主程序为一循环体，它担负调节车身高度和阻尼的任务，车身高度信号经传感器转换为具有一定占空比的方波信号，然后经过与微处理器中预设的标定高度进行比较，输出控制信号，当快达到标定高度时，减小输出信号的占空比，以防止过充。具体主程序框图如图3所示。 4 试验及结果分析本设计做了两自由度1/4车辆空气悬架试验，通过在一定频率特性下，对比分析电控空气悬架和被动空气悬架在相同的路面激