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技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种闭环连续阻尼控制装置及其控制方法。

背景技术

目前汽车悬挂系统分为被动悬挂、半主动悬挂和主动悬挂三种基本类型。 被动悬挂由于减振器的系数不能任意选择和调节，其减振性能比较差；半主动 悬挂由可变特性的弹簧和减振器组成，可以按照一定的控制规律调节可调弹簧 的刚度或可调减振器的阻尼力，减振效果比被动悬挂优良很多；主动悬挂由弹 性元件和力发生器组成，它包含由电机驱动的空气式悬架和由电磁阀驱动的油 气式悬架两种形式，减振效果非常理想。

主动悬架技术成为汽车悬架发展的重要趋势，它为同时改善汽车行驶安全 性和乘坐舒适性提供了广阔的前景。汽车悬架振动控制系统大多由传感器拾取 车身绝对速度、车身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号，经微处理器处 理并发出指令进行控制，由电液控制阀调节减振器的阻尼系数。

目前的主动悬挂技术的连续阻尼控制有开环连续阻尼控制和闭环连续阻尼 控制。开环连续阻尼控制即只是通过检测传感器信号，经微处理器处理并发出 指令进行控制阻尼系数，其不检测电磁阀的工作电流，不能预知H驱动的输出 误差，不具备自适应性。闭环连续阻尼控制则不止是检测车上的传感器信号， 还检测电磁阀的反馈的工作电流，从而不断实时精确的控制电磁阀的工作电流。 常用的闭环阻尼控制中的电流检测会用到专用的电流检测芯片来检测电磁阀的 电流，这种检测芯片发热量大，器件可选择性低，同时成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、低成本的闭环连续 阻尼控制装置及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种闭环连续阻尼控制装置，包括：

四个H全桥驱动芯片，用于分别输出驱动四个减震器电磁阀的脉冲宽度调 制波形，以控制四个减震器阻尼力的大小，每一所述H全桥驱动芯片的接收减 震器电磁阀电流端均连接有电流采集电阻；

四个运算放大器，每一所述运算放大器的正极连接有正极输入电阻，其负 极连接有负极输入电阻，所述正极输入电阻和所述负极输入电阻的另一端分别 连接在所述电流采集电阻两端；所述正极输入电阻还并联有正极匹配电阻，所 述正极匹配电阻一端连接在所述运算放大器的正极输入端，另一端连接在所述 运算放大器的正极输入电压端；所述负极输入电阻还并联有反馈电阻，所述反 馈电阻一端连接在所述运算放大器的负极输入端，另一端连接在所述运算放大 器的输出端。

其中，所述闭环连续阻尼控制装置还包括：

微处理器，用于根据检测到的所述运算放大器的输出电压，以及所述电流 采集电阻两端的电压差，计算流过所述电流采集电阻的电流。

其中，所述微处理器还用于根据4路车轮加速度信号和3路车身加速度信 号，并结合车速、方向盘转角、制动、加速踏板位置以及水平加速度信息，计 算四个减震器电磁阀需要的电流。

其中，所述微处理器还用于判断计算出的流过所述电流采集电阻的电流与 计算出的对应减震器电磁阀需要的电流是否一致，如不一致，则调节对应的所 述H全桥驱动芯片输出PWM波形的占空比，以调节所述减震器的阻尼力。

其中，如果所述计算出的流过所述电流采集电阻的电流比所述计算出的对 应减震器电磁阀需要的电流小，则增大所述H全桥驱动芯片输出PWM波的占 空比；如果所述计算出的流过所述电流采集电阻的电流比所述计算出的对应减 震器电磁阀需要的电流大，则减小所述H全桥驱动芯片输出PWM波的占空比。

其中，所述反馈电阻的阻值与所述正极匹配电阻的阻值相等，所述负极输 入电阻的阻值与所述正极输入电阻的阻值相等。

其中，所述正极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述正极匹配电阻的阻值为 220K欧姆，所述负极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述反馈电阻的阻值为220k 欧姆。

其中，所述闭环连续阻尼控制装置还包括：

控制器局域网络CAN收发器，用于与车上其他CAN节点进行通信，获得 车速、方向盘转角、制动、加速踏板位置以及水平加速度信息，并与调试设备 通信实现悬架工作状态选择与显示、代码调试与刷写、参数标定及故障诊断。

本发明还提供一种所述闭环连续阻尼控制装置的控制方法，包括：

根据4路车轮加速度信号和3路车身加速度信号，并结合车速、方向盘转 角、制动、加速踏板位置以及水平加速度信息，计算四个减震器电磁阀需要的 电流；

根据检测到的所述运算放大器的输出电压，以及所述电流采集电阻两端的 电压差，计算流过所述电流采集电阻的电流；

判断计算出的流过所述电流采集电阻的电流与计算出的减震器电磁阀需要 的电流是否一致，如不一致，则调节对应的所述H全桥驱动芯片输出PWM波 形的占空比，以调节所述减震器的阻尼力。

其中，如果所述计算出的流过所述电流采集电阻的电流比所述计算出的对 应减震器电磁阀需要的电流小，则增大所述H全桥驱动芯片输出PWM波的占 空比；如果所述计算出的流过所述电流采集电阻的电流比所述计算出的对应减 震器电磁阀需要的电流大，则减小所述H全桥驱动芯片输出PWM波的占空比。

其中，所述反馈电阻的阻值与所述正极匹配电阻的阻值相等，所述负极输 入电阻的阻值与所述正极输入电阻的阻值相等。

其中，所述正极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述正极匹配电阻的阻值为 220K欧姆，所述负极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述反馈电阻的阻值为220k 欧姆。

本发明所带来的有益效果在于，利用运算放大器对减震器电磁阀电流检测， 实现连续阻尼控制的闭环控制，微处理器可以根据检测到的这个电流进一步调 节H全桥驱动芯片输出，达到对减震器电磁阀电流更准确地调节；同时采用常 见的运算放大器，装置结构简单，成本很低，工作运行稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一一种闭环连续阻尼控制装置的结构原理示意图。

图2是本发明实施例一一种闭环连续阻尼控制装置的示例结构原理示意图。

图3是本发明实施例一一种闭环连续阻尼控制装置的示例详细结构示意图。

图4是本发明实施例二一种闭环连续阻尼控制装置的控制方法的流程示意 图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实 施例。

请参照图1所示，本发明实施例提供一种闭环连续阻尼控制装置，包括：

四个H全桥驱动芯片，用于分别输出驱动四个减震器电磁阀的脉冲宽度调 制波形，以控制四个减震器阻尼力的大小，每一所述H全桥驱动芯片的接收减 震器电磁阀电流端连接有电流采集电阻；

四个运算放大器，每一所述运算放大器的正极连接有正极输入电阻，其负 极连接有负极输入电阻，所述正极输入电阻和所述负极输入电阻的另一端分别 连接在所述电流采集电阻两端；所述正极输入电阻还并联有正极匹配电阻，所 述正极匹配电阻一端连接在所述运算放大器的正极输入端，另一端连接在所述 运算放大器的正极输入电压端；所述负极输入电阻还并联有反馈电阻，所述反 馈电阻一端连接在所述运算放大器的负极输入端，另一端连接在所述运算放大 器的输出端。

H全桥驱动芯片输出驱动四个减震器电磁阀的PWM波，减震器电磁阀电流 经过高精度低阻抗的电流采集电阻，在电流采集电阻的两端产生一定的电压差， 再将电流采集电阻两端的电压分别通过运算放大器的正极输入电阻和负极输入 电阻分别连接到运算放大器的输入端。同时，为了保证运算放大器的稳定正常 工作，本实施例增加正极匹配电阻和反馈电阻。电流采集电阻采集到的电压经 过运算放大器处理，可以得到电流采集电阻两端的电压差，再根据检测到的运 算放大器的输出电压(Vout1、Vout2、Vout3、Vout4)进行计算，即可以得到流 过电流采集电阻的电流(即电磁阀电流)。

获得流过电流采集电阻的电流的意义之一在于，原来电磁阀的电流控制只 是通过检测车上的传感器信号，经过MCU内部的算法，得到电磁阀的电流；现 在增加了这个电磁阀电流检测，就间接检测此时的电磁阀的电流是否满足原来 的算法需求，如不满足，则可以不断调节H全桥驱动芯片输出PWM波的占空 比，得到不同的电流，从而更精确地调节电磁阀的电流，实现电流的闭环控制， 以调节所述减震器的阻尼力。与采用专用电流检测芯片相比，本实施例仅通过 运算放大器和电阻的组合即可实现同样功能，电路结构简单，成本很低，而且 由于运算放大器本身输入阻抗高输出阻抗低的特性，工作过程更稳定可靠，适 合大批量的生产应用。

相应地，本实施例的闭环连续阻尼控制装置还包括：微处理器MCU，其 根据4路车轮加速度信号(左前车轮加速度、右前车轮加速度、左后车轮加速 度、右后车轮加速度)和3路车身加速度信号(左前车身加速度、右前车身加 速度、后侧车身加速度)，结合车速、方向盘转角、制动、加速踏板位置以及水 平加速度信息等信息，综合计算当前电磁阀需要的电流，输出不同占空比的 PWM波控制H全桥驱动芯片输出的驱动电磁阀的PWM波形。本实施例中，微 处理器还用于根据检测到的运算放大器的输出电压，以及电流采集电阻两端的 电压差，计算流过电流采集电阻的电流。进一步地，微处理器判断计算出的流 过电流采集电阻的电流与计算出的对应减震器电磁阀需要的电流是否一致，如 不一致，则调节对应的H全桥驱动芯片输出PWM波的占空比。例如，左前减 震器电磁阀需要的电流如果与计算出的流过其连接的电流采集电阻的电流不一 致，则调节相应的H全桥驱动芯片输出PWM波的占空比，以调节所述减震器 的阻尼力。具体地，如果计算出的流过电流采集电阻的电流比对应减震器电磁 阀需要的电流小，则增大H全桥驱动芯片输出PWM波的占空比；如果计算出 的流过电流采集电阻的电流比对应减震器电磁阀需要的电流大，则减小H全桥 驱动芯片输出PWM波的占空比。

此外，本实施例的闭环连续阻尼控制装置还包括控制器局域网络CAN收发 器，用于与车上其他CAN节点进行通信，获得车速、方向盘转角、制动、加速 踏板位置以及水平加速度信息，并与调试设备通信实现悬架工作状态选择与显 示、代码调试与刷写、参数标定及故障诊断。

四个减震器电磁阀分别是左前、右前、左后、右后减震器电磁阀，由于其 闭环阻尼控制方式均相同，以下仅以对左前减震器电磁阀的闭环阻尼控制为例 进行说明，请再参照图2所示，本实施例的闭环阻尼控制装置包括：

H全桥驱动芯片1，用于输出驱动左前减震器电磁阀的脉冲宽度调制PWM 波形，以控制左前减震器阻尼力的大小，其接收左前减震器电磁阀电流端连接 有电流采集电阻2；

运算放大器3，其正极连接有正极输入电阻4，其负极连接有负极输入电阻 6，正极输入电阻4和负极输入电阻6的另一端分别连接在电流采集电阻2两端； 正极输入电阻4还并联有正极匹配电阻5，正极匹配电阻5一端连接在运算放大 器3的正极输入端，另一端连接在运算放大器3的正极输入电压端；负极输入 电阻6还并联有反馈电阻7，反馈电阻7一端连接在运算放大器3的负极输入端， 另一端连接在运算放大器3的输出端。

H全桥驱动芯片1输出驱动左前减震器电磁阀的PWM波，左前减震器电磁 阀电流经过高精度低阻抗的电流采集电阻2，在电流采集电阻2的两端产生一定 的电压差(图2中的V2－V3)，再将电流采集电阻2两端的电压(V2、V3)分 别通过运算放大器3的正极输入电阻4和负极输入电阻6分别连接到运算放大 器3的输入端。同时，为了保证运算放大器3的稳定正常工作，本实施例增加 正极匹配电阻5和反馈电阻7。电流采集电阻2采集到的电压经过运算放大器3 处理，可以得到电流采集电阻2两端的电压差(V2－V3)，再根据检测到的运 算放大器3的输出电压Vout1进行计算，即可以得到流过电流采集电阻2的电流 (即左前减震器电磁阀的电流)。

相应地，本实施例的闭环连续阻尼控制装置还包括：微处理器MCU8，其 根据左前车轮加速度信号和左前车身加速度信号，计算左前减震器电磁阀需要 的电流，输出不同占空比的PWM波控制H全桥驱动芯片1输出的驱动左前减 震器电磁阀的PWM波形。本实施例中，微处理器8还用于根据检测到的运算放 大器3的输出电压，以及电流采集电阻2两端的电压差，计算流过电流采集电 阻2的电流。进一步地，微处理器8判断计算出的流过电流采集电阻2的电流 与计算出的左前减震器电磁阀需要的电流是否一致，如不一致，则调节H全桥 驱动芯片1输出PWM波形的占空比，以调节左前减震器的阻尼力。

对于其他减震器电磁阀，计算右前减震器电磁阀需要的电流所依据的车轮 加速度信号为右前车轮加速度信号，车身加速度信号为右前车身加速度信号； 计算左后减震器电磁阀需要的电流所依据的车轮加速度信号为左后车轮加速度 信号，车身加速度信号为后侧车身加速度信号；计算右后减震器电磁阀需要的 电流所依据的车轮加速度信号为右后车轮加速度信号，车身加速度信号为后侧 车身加速度信号。

此外，本实施例的闭环连续阻尼控制装置还包括控制器局域网络CAN收发 器9，用于与车上其他CAN节点进行通信，获得车速、方向盘转角、制动、加 速踏板位置以及水平加速度信息，并与调试设备通信实现悬架工作状态选择与 显示、代码调试与刷写、参数标定及故障诊断。

下面结合图2说明本发明实施例的闭环连续阻尼控制装置的工作原理。

图2的电路中，UA05为H全桥驱动芯片1，UA01为运算放大器3，RA32 为电流采集电阻2，RA23为正极匹配电阻5，RA22为正极输入电阻4，RA19 为反馈电阻7，RA21为负极输入电阻6，H全桥驱动芯片1采用的是Freescale 公司的MC33886芯片，高精度低阻抗的电流采集电阻2是Yageo公司的 PA2512FKF7W0R05E(50毫欧姆)，运算放大器3是ONSemiconductor公司的 LM2902VDR2G，反馈电阻RA19是0603封装220k欧姆的电阻，正极输入电阻 RA22是0603封装10K欧姆的电阻，正极匹配电阻R23是0603封装220K欧姆 的电阻，负极输入电阻RA21是0603封装10K欧姆的电阻，微处理器MCU8 采用的是英飞凌公司的XC2364B，CAN收发器9采用的是英飞凌的TLE6250。

首先，由图2可知，运算放大器3的输出电压Vout通过以下公式计算：

V o u t 1 = R A 23 × V 2 × 1 + R p R A 23 + R A 22 + R A 22 × V 1 × 1 + R p R A 23 + R A 22 - R p × V 3 ]]>

即：运算放大器3的输出电压Vout1等于V2端经过运算放大器3后的输出 电压加上V1端经过运算放大器3后的输出电压，再减去V3端经过运算放大器 3的输出电压。

其中Rp为反馈电阻RA19与负极输入电阻RA21的比值，即 Rp＝RA19/RA21，V1为运算放大器3的正极输入电压，V2为电流采集电阻RA32 一端的电压，V3为电流采集电阻RA32另一端的电压。

对上述公式进一步处理，得到：

V o u t 1 = ( 1 + R p ) × ( R A 23 × V 2 + R A 22 × V 1 ) R A 23 + R A 22 - R p × V 3 ]]>

从中可以看出，选择合适的阻值，将会获得运算放大器3的输出电压Vout1 与电流采集电阻RA32两端的电压(V2-V3)之间的关系。在本实施例中，作为 一个示例，对各电阻的阻值为：RA23＝220k，RA22＝10k，RA21＝10k，RA19＝220k， 运算放大器3的正极输入电压取值为：V1＝5V。将这些取值代入上述公式，得 到：

Vout1＝22×(V2-V3)+5

而Vout电压值可以通过微处理器8检测获得，因此V2-V3＝(Vout1-5)/22， 从而可以计算出流过电流采集电阻RA32的电流 I＝(V2-V3)/RA32＝(Vout1-5)/22RA32，由此也可以看出，流过电流采集电阻RA32 的电流I与运算放大器3的输出电压Vout1是一次线性函数关系。

需要说明的是，此处对各电阻(RA23、RA22、RA21、RA19)及正极输入 电压V1的取值仅是为了计算简洁，本实施例并不限定其取值，根据不同应用场 景可以选择不同的取值。另外，为了使闭环连续阻尼控制装置更加稳定，各电 阻的阻值需满足反馈电阻的阻值与正极匹配电阻的阻值相等，负极输入电阻的 阻值与正极输入电阻的阻值相等，即：RA19＝RA23，RA21＝RA22。

相应地，请参照图4所示，本发明实施例二提供一种如本发明实施例一所 述的闭环连续阻尼控制装置的控制方法，包括：

根据4路车轮加速度信号和3路车身加速度信号，并结合车速、方向盘转 角、制动、加速踏板位置以及水平加速度信息，计算四个减震器电磁阀需要的 电流；

根据检测到的所述运算放大器的输出电压，以及所述电流采集电阻两端的 电压差，计算流过所述电流采集电阻的电流；

判断计算出的流过所述电流采集电阻的电流与计算出的减震器电磁阀需要 的电流是否一致，如不一致，则调节对应的所述H全桥驱动芯片输出PWM波 形的占空比，以调节所述减震器的阻尼力。

其中，所述反馈电阻的阻值与所述正极匹配电阻的阻值相等，所述负极输 入电阻的阻值与所述正极输入电阻的阻值相等。

其中，所述正极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述正极匹配电阻的阻值为 220K欧姆，所述负极输入电阻的阻值为10K欧姆，所述反馈电阻的阻值为220k 欧姆。

有关本实施例的工作原理及有益效果请参照本发明实施例一的说明，此处 不再赘述。

综上所述，本发明利用运算放大器对减震器电磁阀电流检测，实现连续阻 尼控制的闭环控制，微处理器可以根据检测到的这个电流进一步调节H全桥驱 动芯片输出，达到对减震器电磁阀电流更准确地调节；同时采用常见的运算放 大器，装置结构简单，成本很低，工作运行稳定可靠。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。