CN117382364A - 一种车用空气悬架控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车用空气悬架控制***及控制方法，包括悬架控制器、悬架传感器、打气泵继电器、气路分配阀组件和减振器电磁阀；悬架控制器包括主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块；主控芯片与传感器信号采集模块、CAN通信模块连接，以实时接收传感器信号和整车CAN信号；主控芯片包括悬架控制模块和故障诊断模块；故障诊断模块基于接收的CAN信号和传感器信号，进行故障诊断，并将诊断结果输出至悬架控制模块和整车CAN网络；悬架控制模块基于故障诊断结果和各信号，向减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块分别输出期望的控制信号，以对空气悬架进行控制；由于控制决策需结合故障诊断结果确定，提高行车安全性。

Description

一种车用空气悬架控制***及控制方法

技术领域

本发明属于悬架控制技术领域，具体涉及一种车用空气悬架控制***及控制方法。

背景技术

悬架是车身与车轮之间的传力装置，用于减弱路面传给车身的冲击力，并衰减冲击力引起的振动。随着人们对车辆驾乘舒适性和车辆操纵稳定性的不断追求，悬架也由被动悬架、半主动悬架发展至主动悬架；主动悬架可根据车辆行驶条件(如车辆运动状态、路面状态等)动态自适应调节悬架的刚度和阻尼特性，使得悬架能始终处于最佳状态。

空气悬架是常见的主动悬架之一，其包括刚度可变的空气弹簧和阻尼可调的减振器，以同时调整悬架刚度和悬架阻尼，从而达到兼顾舒适性和操控性的目的。通常情况下，空气悬架的空气弹簧和阻尼可调减振器分别由对应的专用控制器进行单独控制，需要为每个专用控制器分配单独的布置空间，导致悬架空间占用较多，不利于降低整车成本。

专利号为CN201910948856.4的发明专利公开了一种空气悬架控制***及其内模控制方法，其虽然可以通过ECU(Electronic Control Unit，即电子控制器单元)集成控制空气悬架的空气弹簧和阻尼可调减振器，但其缺少悬架故障诊断功能，一旦悬架的传感器等关键部件发生故障时，若仍采用设计方案进行控制，极易影响车辆的行车安全性。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车用空气悬架控制***及控制方法，其通过在悬架控制器上新增故障诊断功能，以便根据故障诊断结果调整悬架控制模式，保证行车安全性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车用空气悬架控制***，所述空气悬架包括空气弹簧和可调阻尼减振器；所述车用空气悬架控制***包括悬架控制器、悬架传感器、打气泵继电器、气路分配阀组件和减振器电磁阀；所述悬架传感器用来测量悬架控制器所需的车身高度信号、车身垂向加速度信号、打气泵温度信号和气路分配阀组件的阀体压力信号；所述悬架控制器包括主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块；所述传感器信号采集模块对悬架传感器传来的传感器信号进行处理和发送；所述主控芯片与CAN通信模块、传感器信号采集模块连接，以实时接收经E2E保护的整车CAN信号和处理后的传感器信号；所述主控芯片包括悬架控制模块和故障诊断模块；所述故障诊断模块基于接收的CAN信号和处理后的传感器信号，进行故障诊断，并将诊断结果输出至悬架控制模块和整车CAN网络；所述故障诊断包括CAN通信故障诊断和传感器故障诊断；所述悬架控制模块基于故障诊断模块的故障诊断结果和接收的各信号，输出第一期望控制信号和第二期望控制信号；所述减振器驱动模块基于悬架控制模块输出的第一期望控制信号驱动控制减振器电磁阀；所述空气弹簧驱动模块基于悬架控制模块输出的第二期望控制信号驱动控制打气泵继电器和气路分配阀组件的各个分配阀。

优选地，所述故障诊断还包括打气泵、气路分配阀组件和减振器电磁阀的故障诊断。

优选地，所述CAN通信故障诊断的诊断内容包括整车CAN信号是否异常。

优选地，所述悬架传感器包括高度传感器、温度传感器、压力传感器和加速度传感器。

优选地，所述加速度传感器替换为陀螺仪传感器。

优选地，所述故障诊断模块的诊断结果包括无故障、高度传感器故障、加速度传感器故障和CAN通信故障；当诊断结果为无故障时，主控芯片根据接收的各信号对空气悬架进行全功能控制；当诊断结果为高度传感器、温度传感器、压力传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片禁止打气泵继电器开启，并锁定气路分配阀组件，以限制空气悬架的高度调节；当诊断结果为高度传感器、加速度传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片对减振器电磁阀进行调节，以使可调阻尼减振器维持在预设阻尼状态；当诊断结果存在CAN通信故障时，主控芯片根据发生故障的整车CAN信号对减振器电磁阀和/或气路分配阀组件进行控制，以限制与故障整车CAN信号相关的空气弹簧功能和可调阻尼减振器功能。

优选地，所述悬架控制器包括为主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块供电的电源模块，所述电源模块与整车电源连接。

优选地，所述空气弹簧驱动模块采用低边驱动方式驱动打气泵继电器和分配阀，所述减振器驱动模块采用全桥驱动方式驱动减振器电磁阀。

优选地，所述主控芯片为英飞凌TC275芯片。

本发明还提供车用空气悬架控制方法，采用上述车用空气悬架控制***对空气悬架进行控制；所述控制方法包括以下步骤：

S1、车用空气悬架控制***进行上电初始化；

S2、悬架控制器实时读取传感器信号和整车CAN信号，并通过悬架控制器内的故障诊断模块进行故障诊断，获得故障诊断结果；所述故障诊断模块进行故障上报，并将故障诊断结果传输至悬架控制模块；

S3、悬架控制模块根据传感器信号、整车CAN信号和故障诊断结果，确定空气悬架的控制模式，并输出相应的期望控制信号；所述控制模式包括全功能控制模式和功能降级控制模式。

如上，本发明的一种车用空气悬架控制***及控制方法，具有以下有益效果：

本发明在悬架控制器中新增故障诊断功能，以便悬架控制器能根据故障诊断结果、整车CAN信号和传感器信号，确定悬架进入全功能控制模式还是功能降级模式，从而输出相应的控制信号至空气悬架的执行器以对空气悬架进行控制，以避免出现空气弹簧与减振器的异常调节，保证行车安全性。

附图说明

图1为车用空气悬架控制***的结构示意图。

图2为车用空气悬架控制***的控制流程示意图，

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

空气悬架包括4个空气弹簧、4个阻尼可调减振器、打气泵、储气筒罐等，打气泵的作用是给储气罐充气，让储气罐内部保证一定压强；而储气罐除了存放高压气体外，还需为各个空气弹簧供气；空气弹簧通过充放气实现车辆的抬升与降低；车辆行驶状态下若抬高车身高度，可提高车辆的通过性；车辆行驶状态下若降低车身高度，可提高车辆的行驶稳定性；车辆静止状态下若降低车身高度，可便于上下车；车辆静止状态下若降低后轴处车身高度，可便于装卸货物；而当空气弹簧内的气体压力增加时，可有效改善悬架刚度；阻尼可调减振器可通过控制减振器电磁阀实现阻尼调节。阻尼调节的目标主要为针对坑洼路面的舒适性调节、针对转向、制动、加速等工况下的车身姿态稳定控制(即抑制转向侧倾、制动点头、加速抬头等不利姿态)，以实现车辆乘坐舒适性与操纵稳定性的控制。但是，目前的空气悬架在控制时未能结合悬架故障情况进行控制，极易出现出现空气弹簧和/或阻尼可调减振器的异常调节，从而影响车辆的安全性，

鉴于此，本公开实施例中提供车用空气悬架控制***和控制方法，以解决相关技术中的问题。

如图1所示，展示本公开一实施例中车用空气悬架控制***的结构示意图。

图1主要展示了悬架控制器的具体结构、及悬架控制器与空气悬架各执行器(即减振器电磁阀、打气泵继电器和分配阀)、空气悬架各传感器(即加速度传感器、高度传感器、温度传感器和压力传感器)的连接示意图；悬架控制器、悬架执行器和悬架传感器器共同组成车用空气悬架的控制***。

如图1所示，车用悬架空气***包括悬架控制器、悬架传感器、打气泵继电器、气路分配阀组件和减振器电磁阀；气路分配阀组件具有6个分配阀，其中，4个分配阀用于分别控制4个空气弹簧的进、出气；1个分配阀为储气罐控制阀，用于控制储气罐进、出气；1个分配阀为排气阀，用于排出气体；悬架控制器包括主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块、空气弹簧驱动模块和电源模块。

悬架传感器包括高度传感器、加速度传感器、温度传感器和压力传感器，以测量悬架控制器所需的车身高度信号、车身垂向加速度信号、打气泵温度信号和气路分配阀组件的气体压力信号；具体地，高度传感器有4个，分别布置在4个车轮附近的车身上，以获取车身在左前、右前、左后、右后4个位置处的高度；加速度传感器通常设置为3个，分别布置在左前轮、右前轮和后轮之间位置的车身上；当然，加速度传感器也可以设置为4个，分别布置在4个车轮附近的车身上；温度传感器有1个，设置在打气泵上；压力传感器有一个，设置在气路分配阀组件上，用于选择性获取储气罐和各个空气弹簧的气体压力。

传感器信号采集模块包括信号滤波诊断电路；其中，滤波诊断电路对悬架传感器传来的传感器信号进行滤波处理以增加信号稳定性，同时对传感器与滤波电路之间的传输电路进行诊断，若传输电路正常，则滤波诊断电路直接将滤波处理后的传感器信号发送至主控芯片；若传输电路存在短路、断路等异常，则滤波诊断电路将滤波处理后的传感器信号进一步拉高或拉低处理为异常传感器信号后发送给主控芯片。

主控芯片与传感器信号采集模块、CAN通信模块连接，以实时接收传感器信号采集模块传来的处理后的传感器信号和整车CAN网络传来经E2E通信保护的整车CAN信号，并将悬架控制器的内部信号定期上传至整车CAN网络；主控芯片接收的整车CAN信号主要包括车速信号、车门状态信号、后备箱盖状态信号、方向盘转角信号、制动踏板信号、加速踏板信号和驾驶模式选择信号等与悬架控制相关的信号；经E2E通信保护的整车CAN信号包括整车CAN信号的数据信息与对应的检验信息，根据整车CAN信号的数据信息与对应的检验信息的一致性判断传来的各整车CAN信号是否异常。

主控芯片包括悬架控制模块和故障诊断模块；故障诊断模块基于接收的整车CAN信号和处理后的传感器信号，进行故障诊断，并将诊断结果输出至悬架控制模块；故障诊断包括CAN通信故障诊断和传感器故障诊断；当整车CAN信号的数据信息与相对应的校验信息不一致时，则表明该整车CAN信号异常，存在CAN通信故障；当处理后的传感器信号异常时，则表明存在传感器故障；悬架控制模块基于故障诊断模块的故障诊断结果和接收的各信号，输出第一控制信号和第二控制信号；减振器驱动模块基于悬架控制模块输出的第一控制信号驱动控制减振器电磁阀；空气弹簧驱动模块基于悬架控制模块输出的第二控制信号驱动控制打气泵继电器和气路分配阀组件的各个分配阀；在本实施例中，主控芯片优选使用英飞凌TC275芯片，以便于实现空气弹簧与阻尼可调减振器的集成控制。

为了满足悬架控制器不同模块的供电需求，需配备为主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块供电的电源模块，该电源模块与整车电源连接，以将整车的12V供电转换为5V/3.3V等多路供电。

减振器驱动模块采用全桥驱动方式或半桥驱动方式；基于控制精度和控制效率需求，本实施例优选选用全桥驱动方式。

具体地，减振器驱动模块包括4个H全桥驱动芯片，用于分别输出驱动4个减振器电磁阀的PWM波形(即脉冲宽度调制波形)，以控制4个减振器阻尼力的大小；同时针对每一路电磁阀驱动回路都设计有第一电流采集电路，以采集相应减振器电磁阀的实际电流，并将采集的电磁阀电流发送给悬架控制模块；悬架控制模块根据接收的故障诊断结果、车身垂向加速度信号、车身高度信号和与减振器控制相关的车速信号等整车CAN信号，计算出4个减振器电磁阀需要的目标电流，并结合采集到的减振器电磁阀实际电流进行PID闭环控制，实时调节对应H型全桥驱动芯片输出PWM波形的占空比，以实现实际电流快速实现响应目标电流，进而调节对应减振器的阻尼力的目的。

空气弹簧驱动模块采用高边驱动方式或低边驱动方式；基于成本考虑，本实施例优选选用低边驱动方式。

为了进一步保证悬架控制安全性，故障诊断模块还需进行打气泵、分配阀和减振器电磁阀这三个执行器的故障诊断；具体地，减振器驱动模块内的第一电流采集电路也会将采集的相应减振器电磁阀的实际电流实时发送给故障诊断模块；故障诊断模块基于收到的减振器电磁阀电流确定减振器电磁阀本体是否故障；同时，故障诊断模块连接有检测各减振器电磁阀驱动回路是否存在短路、断路等异常情况的第一诊断电路；若驱动回路正常，则第一诊断电路向诊断故障模块发送高电平信号，反之，则第一诊断电路向诊断故障模块发送低电平信号；只要减振器电磁阀本体和对应驱动回路中至少一个故障，即可认为该减振器电磁阀故障。

故障诊断模块上连接有用于采集打气泵继电器驱动回路电流的第二采集电路和用于检测打气泵继电器驱动回路是否存在短路、断路等异常情况的第二诊断电路；若打气泵继电器在控制信号下由第二采集电路采集的实际驱动回路电流与期望的驱动回流不匹配(例如控制打气泵继电器打开，但实际得到的是打气泵继电器呈关闭状态下的电流)，则认为打气泵继电器本体异常；若打气泵继电器驱动回路正常，第二诊断电路向故障诊断模块发送高电平信号，反之，则第二诊断电路向诊断故障模块发送低电平信号；只要打气泵继电器本体和对应驱动回路中至少一个故障，即可认为打气泵故障。

故障诊断模块上连接有用于采集分配阀驱动回路电流的第三采集电路和用于检测分配阀驱动回路是否存在短路、断路等异常情况的第三诊断电路；若分配阀在控制信号下由第三采集电路采集的实际驱动回路电流与期望的驱动回流不匹配(例如控制分配阀打开，但实际得到的是分配阀呈关闭状态下的电流)，则认为分配阀本体异常；若分配阀驱动回路正常，第三诊断电路向故障诊断模块发送高电平信号，反之，则第三诊断电路向诊断故障模块发送低电平信号；只要分配阀本体和对应驱动回路中至少一个故障，即可认为该分配阀故障。

当然故障诊断模块也可进行电源故障诊断和主控芯片故障诊断；当电源电压过低时，电源模块将低电平信号发送给故障诊断模块；当电源电压过高时，电源模块将高电平信号发送给故障诊断模块；当主控芯片存在温度过高、Flash读写错误、RAM读取错误时，故障诊断模块会收到相应信号，根据故障类型对主控芯片的功能进行限制或重启主控芯片恢复功能。

悬架控制模块根据接收的故障诊断结果、各传感器信号和与空气悬架相关的车速信号、车门状态信号、后备箱盖状态信号等整车CAN信号，输出第一期望控制信号和第二期望控制信号；其中，减振器驱动模块基于第一期望控制信号驱动控制减振器电磁阀；空气弹簧驱动模块基于第二期望控制信号输出驱动打气泵继电器和6个分配阀的I/O高低电平信号，以实现打气泵继电器和6个分配阀的开启与闭合。

由于悬架控制模块需结合故障诊断结果输出期望的控制信号，这就导致悬架有两种控制模式，即全功能控制模式和功能降级控制模式。

具体地，当故障诊断结果为无故障时，悬架控制模块进入全功能控制模式；在此状态下，悬架控制模块基于接收的整车CAN信号、传感器信号计算出车辆本时间点的运动学及动力学状态并预估后续时间段的运动学及动力学状态，以输出期望的控制信号至减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块，实现减振器阻尼、车身高度和弹簧刚度的调节；在全功能控制模式下，车辆具有以下几种功能模式：车身高度的高速随速调节功能、车身高度的非高速调节功能、车身高度的静止调节功能(即迎宾功能和装载功能)、舒适性调节和操纵稳定性调节。

当故障诊断结果存在CAN通信故障时，悬架进入功能降级模式，以禁用与故障的整车CAN信号相关的功能，如后备箱盖状态信号异常时，禁用装载功能；车门状态信号异常时，禁用迎宾功能；车速信号异常时，禁用所有功能，以锁定车身高度，并使可调阻尼减振器维持在预设阻尼状态下等。

当故障诊断结果为传感器故障时，悬架进入功能降级模式，以禁用与故障传感器相关的功能，如高度传感器、温度传感器、压力传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片禁止打气泵继电器开启，并锁定气路分配阀组件的分配阀，以限制空气悬架的高度调节；如高度传感器、加速度传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片对减振器电磁阀进行调节，以使可调阻尼减振器维持在预设阻尼状态等。

若打气泵继电器故障，悬架进入功能降级模式以禁止打气泵开启，并锁定气路分配阀组件的分配阀，实现车身高度锁定；若气路分配阀组件中的分配阀故障时，悬架进入功能降级模式使车身维持在固定高度状态；若减振器电磁阀故障，悬架进入功能降级模式使所有减振器电磁阀失能，使可调阻尼减振器维持在初始阻尼状态。

当然，悬架控制所需的垂向加速度信号也可以由陀螺仪获取；陀螺仪为一个，并安装在悬架控制器上；此时，悬架控制器需要增设陀螺仪解算模块，以便根据陀螺仪信号解算获得相应的垂向加速度信号。

图2展示本公开一实施例中车用空气悬架控制***的控制示意图。

如图2所示，车用空气悬架控制***的控制方法包括以下步骤：

S1、车用空气悬架控制***进行上电初始化；

S2、悬架控制器实时读取传感器信号和整车CAN信号，并通过悬架控制器内的故障诊断模块进行故障诊断，获得故障诊断结果；故障诊断模块进行故障上报，并将故障诊断结果传输至悬架控制模块；

S3、悬架控制模块根据传感器信号、整车CAN信号和故障诊断结果，确定空气悬架的控制模式，并输出相应的期望控制信号；控制模式包括全功能控制模式和功能降级控制模式。

功能降级模式包括车身高度锁定模式、预设阻尼维持模式和初始阻尼维持模式。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种车用空气悬架控制***，所述空气悬架包括空气弹簧和可调阻尼减振器；其特征在于，所述车用空气悬架控制***包括悬架控制器、悬架传感器、打气泵继电器、气路分配阀组件和减振器电磁阀；所述悬架传感器用来测量悬架控制器所需的车身高度信号、车身垂向加速度信号、打气泵温度信号和气路分配阀组件的阀体压力信号；所述悬架控制器包括主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块；所述传感器信号采集模块对悬架传感器传来的传感器信号进行处理和发送；所述主控芯片与CAN通信模块、传感器信号采集模块连接，以实时接收经E2E保护的整车CAN信号和处理后的传感器信号；所述主控芯片包括悬架控制模块和故障诊断模块；所述故障诊断模块基于接收的CAN信号和处理后的传感器信号，进行故障诊断，并将诊断结果输出至悬架控制模块和整车CAN网络；所述故障诊断包括CAN通信故障诊断和传感器故障诊断；所述悬架控制模块基于故障诊断模块的故障诊断结果和接收的各信号，输出第一期望控制信号和第二期望控制信号；所述减振器驱动模块基于悬架控制模块输出的第一期望控制信号驱动控制减振器电磁阀；所述空气弹簧驱动模块基于悬架控制模块输出的第二期望控制信号驱动控制打气泵继电器和气路分配阀组件的各个分配阀。

2.根据权利要求1所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述故障诊断还包括打气泵、气路分配阀组件和减振器电磁阀的故障诊断。

3.根据权利要求1或2所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述CAN通信故障诊断的诊断内容包括整车CAN信号是否异常。

4.根据权利要求1或2所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述悬架传感器包括高度传感器、温度传感器、压力传感器和加速度传感器。

5.根据权利要求3所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述加速度传感器替换为陀螺仪传感器。

6.根据权利要求4所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述故障诊断模块的诊断结果包括无故障、高度传感器故障、加速度传感器故障、温度传感器故障、压力传感器故障和CAN通信故障；当诊断结果为无故障时，主控芯片根据接收的各信号对空气悬架进行全功能控制；当诊断结果为高度传感器、温度传感器、压力传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片禁止打气泵继电器开启，并锁定气路分配阀组件，以限制空气悬架的高度调节；当诊断结果为高度传感器、加速度传感器中的一个或多个传感器故障时，主控芯片对减振器电磁阀进行调节，以使可调阻尼减振器维持在预设阻尼状态；当诊断结果存在CAN通信故障时，主控芯片根据发生故障的整车CAN信号对减振器电磁阀和/或气路分配阀组件进行控制，以限制与故障整车CAN信号相关的空气弹簧功能和可调阻尼减振器功能。

7.根据权利要求1所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述悬架控制器包括为主控芯片、CAN通信模块、传感器信号采集模块、减振器驱动模块和空气弹簧驱动模块供电的电源模块，所述电源模块与整车电源连接。

8.根据权利要求1所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述空气弹簧驱动模块采用低边驱动方式驱动打气泵继电器和分配阀，所述减振器驱动模块采用全桥驱动方式驱动减振器电磁阀。

9.根据权利要求1所述的一种车用空气悬架控制***，其特征在于，所述主控芯片为英飞凌TC275芯片。

10.一种车用空气悬架控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述车用空气悬架控制***对空气悬架进行控制；所述控制方法包括以下步骤：

S1、车用空气悬架控制***进行上电初始化；

S2、悬架控制器实时读取传感器信号和整车CAN信号，并通过悬架控制器内的故障诊断模块进行故障诊断，获得故障诊断结果；所述故障诊断模块进行故障上报，并将故障诊断结果传输至悬架控制模块；

S3、悬架控制模块根据传感器信号、整车CAN信号和故障诊断结果，确定空气悬架的控制模式，并输出相应的期望控制信号；所述控制模式包括全功能控制模式和功能降级控制模式。