基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统，ECU电源管理模块、故障诊断与安全处理模块与处理器相连接；信号采集模块包括加速度传感器和信号调理电路，传感器信号进行放大滤波后输入至处理器；磁流变减震器驱动控制模块由执行器电源管理、PWM驱动输出控制和执行器电流反馈电路组成，用于对处理器输出的PWM波形进行放大输出目标电流控制磁流变减震器的电磁线圈，并实时反馈电磁线圈的实际电流至处理器，通过闭环控制补偿输出的电流使得实际工作电流接近目标值。本实用新型专利技术有益的效果：提供一种响应速度快、输出精度高、功耗低和具有通信功能并适应汽车级复杂工况环境的基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电控半主动或主动悬架的E⑶控制器，主要是一种基于磁流变液减震器的电控半主动悬架E⑶系统。
技术介绍
磁流变液(Magnetorheological Fluid,简称MR流体)是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的一种智能材料。在外加磁场作用下，磁流变液的流变特性发生变化，并且随着外加磁场强度的变化而变化。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此被广泛应用在汽车、建筑、桥梁、机械和军工等领域。汽车悬架是指由车身与轮胎间的弹簧和减震器组成整个支持系统。其作用是传递作用在车轮和车架之间的力，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。因此悬架系统决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。根据悬架弹簧刚度系数和减震器阻尼系数是否可调，汽车悬架被可分为被动、半主动和主动悬架。半主动悬架系统一般由传感器、控制器、驱动器和执行器组成，具有在一定范围内对减震器阻尼系数或者弹簧刚度系统进行调节的功能。汽车磁流变液减震器是通过改变驱动电流的大小调节减震器阻尼通道的磁场强度，使得阻尼通道中的磁流变液体产生磁流变效应。随着磁场强度的增加，磁流变效应越显著，因此只要调节磁流变减震器的电流就能达到对减震器阻尼力控制的目的，具有可逆性(磁场消除后磁流变液能恢复原始状态)、动态范围广(输出阻尼力大小变化明显)、无级可调、响应频率高(ms毫秒级)、功耗低和结构简单等特点。如何使得磁流变液减震器随着车辆运行工况的变化持续控制减震器动态响应和调节阻尼力的精确输出以达到汽车平顺性和操纵稳定性的最优效果是基于磁流变液减震器的半主动悬架的核心技术。现有技术中采用8位单片机作为ECU控制器，存在输入信号采样分辨率不高、处理器因吞吐量小，主频低而造成响应速度低、PWM驱动控制精度不高和无法实现软硬件相结合的故障诊断以及系统安全监控措施。
技术实现思路
针对上述磁流变减震器的核心技术问题以及现有技术的不足，本技术提供一种响应速度快、输出精度高、功耗低和具有通信功能并适应汽车级复杂工况环境的基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统。本技术的目的是通过如下技术方案来完成的。这种基于磁流变液减震器的电控半主动悬架E⑶系统，包括E⑶硬件和软件系统部分；由E⑶电源管理模块、信号采集模块、处理器系统模块、故障诊断与安全处理模块、CAN总线通信模块、磁流变减震器驱动控制模块和软件系统模块组成；其中软件系统模块由ECU基础软件(BSW)和应用软件(ASW)组成两大部分组成。ECU电源管理模块与处理器相连接，用于对12V蓄电池(车用电源)电压进行线性稳压并输出ECU控制器的5V工作电压，同时实现对ECU单片处理器的上电复位和硬件看门狗处理功能；信号采集模块包括加速度传感器和信号调理电路，传感器信号进行放大滤波后输入至处理器；故障诊断与安全处理模块与处理器相连接，用于E⑶数据监控和故障处理；磁流变减震器驱动控制模块与处理器相连接，磁流变减震器驱动控制模块由执行器电源管理、PWM驱动输出控制和执行器电流反馈电路组成，用于对处理器输出的PWM波形进行放大输出目标电流控制磁流变减震器的电磁线圈，并实时反馈电磁线圈的实际电流至处理器，通过闭环控制补偿输出的电流使得实际工作电流接近目标值，以达到精准调节减震器阻尼力。信号采集模块将传感器信号进行放大滤波后输入至处理器。本技术的ECU控制器针对模拟和数字式不同接口的传感器类型设计了相应采集处理电路，对于模拟式传感器经过放大电路后将信号幅值放大至O 5V的信号并通过低通滤波器滤波后输入至处理器的ADC接口 ；数字式SPI接口传感器按照SPI接口标准连接至处理器，软件实现SPI接口驱动程序并读取传感器的数据信号。由于本技术基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统控制算法需要计算车辆簧载质量的垂向振动绝对速度以及簧载质量与非簧载质量之间的相对振动速度，通过安装在减震器顶端和汽车后座底部的垂直加速度传感器采·集振动加速度信号并通过软件计算得到控制算法的输入振动信号。处理器系统模块主要由硬件和软件组成，其硬件是实现汽车级单片处理器的最小系统，主要提供精准的外部系统时钟信号，可靠的处理器复位信号以及保障处理器正常工作的精确电源和正确的输入输出I/o 口配置。软件是本技术的ECU控制器系统的核心，输入信号的处理计算，控制算法的实施、控制补偿计算与PWM占空比输出、ECU故障诊断与安全监控、CAN通信应用等都是通过软件实现。故障诊断与安全处理模块主要实现E⑶数据监控和故障处理，保证系统安全可靠工作的功能，由故障诊断和安全处理两个模块组成。故障诊断功能能够对E⑶运行情况进行实时监控，当ECU出现故障时能判断故障信息并以故障码存储在ECU内部的存储器中，维护人员通过诊断工具能够读取故障码并通过显示的故障信息判断故障原因。本技术的故障检测主要包括输入信号(传感器)功能检测、单片处理器功能检测、执行器电源及高边智能功率开关功能检测、低边驱动智能器件检测、以及E⑶各模块电流和温度的监控。安全处理模块通过硬件冗余设计防止电磁干扰、静电防护、浪涌冲击等危害，通过软件加密和陷阱植入技术实现E⑶系统安全可靠运行，并防止软件非法拷贝和处理软件工作异常。CAN总线通信模块由CAN总线接口和CAN2. O标准驱动程序组成，CAN总线接口由处理器的CAN2. O控制器同CAN2. O标准收发器组成，由CAN2. O标准收发器的差分数据线接入CAN网络。通过CAN总线能够实现ECU参数标定、故障诊断、软件升级与维护、ECU之间共孚 目息等功能。磁流变减震器驱动控制模块由执行器电源管理、PWM驱动输出控制和执行器电流反馈电路组成。主要功能是对处理器输出的PWM波形进行放大输出目标电流控制磁流变减震器的电磁线圈，并实时反馈电磁线圈的实际电流至处理器，通过闭环控制补偿输出的电流使得实际工作电流接近目标值，以达到精准调节减震器阻尼力的效果。软件系统模块是在ECU控制器硬件平台的基础上，在集成开发环境下开发设计的，并最终嵌入在ECU控制器硬件平台运行。软件系统分为基础软件和任务应用软件，由硬件接口层、硬件驱动层和任务应用层组成，其中基础软件包括接口和驱动层部分，主要完成对ECU硬件平台的初始化和为应用软件提供引导、驱动、时钟、中断和调度等运行环境准备。应用软件则由彼此独立且相互联系的任务模块组成，通过基础软件提供的实时调度管理机制和配套的API驱动函数实现诸如信号采集处理、控制算法应用、通信应用等任务的实时可靠工作。实时任务调度管理机制的原理是通过定时器中断分别产生500微秒、I毫秒和5毫秒三个任务级中断，并将系统的任务按照优先级先分成3个定时中断级别，同时每个级别内的任务按照动态优先级通过有限状态机进行二次调度，这种两级层层调度的机制确保了高优先级的任务优先占用硬件资源并运行，使得基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU控制器系统能够实时保证在I秒钟内进彳了 1000次的持续控制调节并能实时可罪处理诸如信号采集、处理、运算、诊断和通信等多任务应用。本技术的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统，其特征在于：主要包括处理器，ECU电源管理模块与处理器相连接，用于对12V车用电源电压进行线性稳压并输出ECU控制器的5V工作电压，同时实现对ECU单片处理器的上电复位和硬件看门狗处理功能；信号采集模块包括加速度传感器和信号调理电路，传感器信号进行放大滤波后输入至处理器；故障诊断与安全处理模块与处理器相连接，用于ECU数据监控和故障处理；磁流变减震器驱动控制模块与处理器相连接，磁流变减震器驱动控制模块由执行器电源管理、PWM驱动输出控制和执行器电流反馈电路组成，用于对处理器输出的PWM波形进行放大输出目标电流控制磁流变减震器的电磁线圈，并实时反馈电磁线圈的实际电流至处理器，通过闭环控制补偿输出的电流使得实际工作电流接近目标值，以达到精准调节减震器阻尼力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：资小林，李霖，谌文思，潘杰锋，邱宝象，郭增均，
申请(专利权)人：万向钱潮股份有限公司，万向集团公司，
类型：实用新型
国别省市：