一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统 及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车行驶速度的不断提高，人们对汽车行驶平顺性提出了越来越高的要求， 但常规的带横向稳定杆的被动悬架很难同时满足乘坐舒适性与操纵稳定性的要求，而且无 法实时地调整悬架的侧倾角刚度。在高速转向时车辆易产生侧倾，侧倾过大容易使驾驶员 产生疲劳和不安全感；而主动稳定杆系统能在车辆产生侧倾趋势时给车辆快速施加反侧倾 力矩，防止车辆侧倾，大大减小车身侧倾角和侧倾角速度，因而提高乘坐舒适性，增大独立 悬架的轮胎法向力，从而改善车轮与路面的附着状况等。因此，车辆主动侧倾控制研宄是汽 车领域的研宄热点问题之一。
[0003] 目前，国内还没有生产制造主动稳定杆系统的汽车企业，且也无自主开发的能力， 国产汽车的稳定杆一般都属于被动式，而这类稳定杆在反侧倾程度上的能力十分有限，尤 其针对越野车这类侧倾程度较大的，被动式的稳定杆就显得更加吃力，因此，在安全性与舒 适性上，还远远达不到主动稳定杆的要求。只有一些高校等研宄单位在这方面做了一定的 研宄，但都没有取得突破性的进展。
【发明内容】
[0004] 本发明的首要目的在于提供一种在车辆高速转向时，能够提高车辆的驾驶安全性 和乘坐舒适性的双通道电动式主动稳定杆的控制系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种双通道电动式主动稳定杆的 控制系统，包括前通道控制单元和后通道控制单元，二者之间通过I2C总线双向通讯，所述 前通道控制单元的输入端分别与车速传感器、横向加速度传感器、前通道电机转子位置传 感器的输出端相连，前通道控制单元的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连，前通 道无刷直流电机输出转矩信号至前通道稳定杆；所述后通道控制单元的输入端与后通道电 机转子位置传感器的输出端相连，后通道控制单元的输出端与后通道无刷直流电机的输入 端相连，后通道无刷直流电机输出转矩信号至后通道稳定杆。
[0006] 所述前通道控制单元由车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电 机转子位置信号处理电路、前通道主控芯片和前通道电机驱动及过流保护电路组成；所述 前通道主控芯片的输入端分别与车速信号处理电路、横向加速度信号处理电路、前通道电 机转子位置信号处理电路的输出端相连，车速信号处理电路的输入端与车速传感器的输出 端相连，横向加速度信号处理电路的输入端与横向加速度传感器的输出端相连，前通道电 机转子位置信号处理电路的输入端与前通道电机转子位置传感器的输出端相连；前通道主 控芯片的输出端与前通道电机驱动及过流保护电路的输入端相连，前通道电机驱动及过流 保护电路的输出端与前通道无刷直流电机的输入端相连；所述前通道主控芯片采用单片机 MCF52259及其外围电路。
[0007] 所述后通道控制单元由后通道电机转子位置信号处理电路、后通道主控芯片和后 通道电机驱动及过流保护电路组成；所述后通道主控芯片的输入端与后通道电机转子位置 信号处理电路的输出端相连，后通道电机转子位置信号处理电路的输入端与后通道电机转 子位置传感器的输出端相连；所述后通道主控芯片的输出端与后通道电机驱动及过流保护 电路的输入端相连，后通道电机驱动及过流保护电路的输出端与后通道无刷直流电机的输 入端相连；所述后通道主控芯片采用单片机MCF52259及其外围电路。
[0008] 所述车速信号处理电路包括由电阻R201和电阻R202串联组成的第一分压电路， 电阻R201的一端与车速传感器的输出端相连，电阻R201的另一端通过由电阻R203和电容 C201组成的一阶有源低通滤波器与运放U4A的正相输入端相连，运放U4A的反相输入端与 其输出端相连，运放U4A的输出端与电压比较器U4B的反相输入端相连，电压比较器U4B的 正相输入端分别与电阻R204、电阻R205相连，电阻R204、电阻R205组成第二分压电路，电 压比较器U4B的输出端与施密特触发器U5A的输入端相连，施密特触发器U5A的输出端与 施密特触发器U5B的输入端相连，施密特触发器U5B的输出端与单片机MCF52259的58脚 相连，所述运放U4A、电压比较器U4B均采用LM2902N芯片，所述施密特触发器U5A、施密特 触发器U5B均采用SN74LS14N芯片。
[0009] 所述横向加速度信号处理电路包括由电阻R206、电容C202、电阻R207、电容C203 组成的二阶有源滤波器，电阻R206的一端与横向加速度传感器的输出端相连，二阶有源滤 波器与运放U6A的正相输入端相连，运放U6A的输出端分别与电容C202、电阻R209、单片 机MCF52259的66脚相连，电阻R209通过电阻R208接地，运放U6A的反相输入端通过电 阻R208接地，所述运放U6A采用NE5532P芯片；所述前通道电机转子位置信号处理电路包 括接入前通道电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光 耦0C201、0C202、0C203的输入端相连，光耦0C201、0C202、0C203的输入端分别接限流电阻 R210、R211、R212,光耦 0C201、0C202、0C203 的输出端分别接上拉电阻R213、R214、R215,单 片机MCF52259的57脚接在上拉电阻R213与光耦0C201的输出端之间，单片机MCF52259 的56脚接在上拉电阻R214与光耦0C202的输出端之间，单片机MCF52259的55脚接在上 拉电阻R215与光耦0C203的输出端之间。
[0010] 所述前通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U301，逻辑非门电路 U301采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U301的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U301的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、0C305、0C306 的输入端相连，光耦 0C301、0C302、0C303、0C304、 0C305、0C306 的输出端分别与MOS管Q301、Q302、Q303、Q304、Q305、Q306 的栅极相连，MOS 管Q301的源极与MOS管Q306的漏极相连后与接插头P301的3脚相连，MOS管Q302的源极 与MOS管Q305的漏极相连后与接插头P301的2脚相连，MOS管Q303的源极与MOS管Q304 的漏极相连后与接插头P301的1脚相连，接插头P301的1、2、3脚分别接前通道无刷直流 电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q304、Q305、Q306的源极相连后接运放U302A的正相输 入端，运放U302A的输出端与光耦0C307的输入端相连，光耦0C307的输出端分别与单片机 MCF52259的103脚、逻辑非门电路U301的2、5、8、13、16、19脚相连。
[0011] 所述后通道电机转子位置信号处理电路包括接入后通道电机转子位置传感器的 电源线和信号线的接插头P202,其4、3、2脚分别与光耦0C204、0C205、0C206的输入端相连， 光耦0C204、0C205、0C206的输入端分别接限流电阻R216、R217、R218,光耦0C204、0C205、 0C206的输出端分别接上拉电阻R219、R220、R221，单片机MCF52259的54脚接在上拉电 阻R219与光耦0C204的输出端之间，单片机MCF52259的53脚接在上拉电阻R220与光耦 0C205的输出端之间，单片机MCF52259的36脚接在上拉电阻R221与光耦0C206的输出端 之间。
[0012] 所述后通道电机驱动及过流保护电路包括逻辑非门电路U303,逻辑非门电路 U303采用DM54ALS832AJ芯片，逻辑非门电路U303的1、4、7、12、15、18脚分别接单片机 MCF52259的11、93、12、94、65、95脚，逻辑非门电路U303的3、6、9、11、14、17脚分别与光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、OC312、OC313 的输入端相连，光耦 0C308、0C309、OC310、OC311、 OC312、OC313 的输出端分别与MOS管Q307、Q308、Q309、Q310、Q311、Q312 的栅极相连，MOS 管Q307的源极与MOS管Q312的漏极相连后与接插头P302的3脚相连，MOS管Q308的源极 与MOS管Q311的漏极相连后与接插头P302的2脚相连，MOS管Q309的源极与MOS管Q3010 的漏极相连后与接插头P302的1脚相连，接插头P302的1、2、3脚分别接后通道无刷直流 电机的U、V、W电源三相端，MOS管Q310、Q311、Q312的源极相连后接运放U304A的正相输 入端，运放U304A的输出端与光耦0C314的输入端相连，光耦0C314的输出端分别与单片机 MCF52259的103脚、逻辑非门电路U303的2、5、8、13、16、19脚相连。
[0013] 本发明的另一目的在于提供一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统的控制方 法，该方法包括下列顺序的步骤： (1) 前通道控制单元接收车速传感器、横向加速度传感器采集到的信号，并通过I2C总 线将信息发送至后通道控制单元，前、后通道控制单元根据车速信号和横向加速度信号判 断车辆的行驶状态，若车速信号和横向加速度信号均小于预先设定值，则不启动主动稳定 杆；否则，进入下一步； (2) 前、后通道控制单元根据采集到的横向加速度传感器信号，参考预先设置在前、后 通道控制单元中的侧倾角度表，查得车辆的目标侧倾角； (3) 前、后通道控制单元根据横向加速度和目标侧倾角，计算前通道无刷直流电机和后 通道无刷直流电机所需要的输出转矩； (4) 前、后通道控制单元根据前、后通道电机转子位置传感器信号以及前、后通道无刷 直流电机特性曲线，判断当前前、后通道无刷直流电机转子所在的位置，从而控制电机定子 绕组的通电次序，并输出PWM信号分别控制前、后通道无刷直流电机，从而输出需要的扭矩 带动前通道稳定杆和后通道稳定杆动作，调整车身侧倾。
[0014] 根据如下公式计算前通道无刷直流电机和后通道无刷直流电机所需要的输出转 矩：
【主权项】
1. 一种双通道电动式主动稳定杆的控制系统，其特征在于：包括前通道控制单元和后 通道控制单元，二者之间通过I2c总线双向通讯，所述前通道控制单元的输入端分别与车速