[实用新型]基于磁流变液减震器的电控半主动悬架ECU系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电控半主动或主动悬架的ECU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ECU系统。

背景技术

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。

实用新型内容

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，本实用新型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。

本实用新型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ECU系统，包括ECU硬件和软件系统部分；由ECU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。

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。本实用新型的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0～5V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。由于本实用新型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。