基于單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)研究

劉 祎 趙海芳

（宿遷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，宿遷 223800）

基于單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)研究

劉 祎 趙海芳

（宿遷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，宿遷 223800）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的繁榮，社會居民的生活水平日益提高。在這樣的背景下，我國的人均車有量急劇增長。目前，我國民眾在選用車型中，往往關(guān)注汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)，以確保汽車的相關(guān)性能得到顯著提高，促進(jìn)獲得相關(guān)效益?；诖耍疚姆治鎏接懟趩纹瑱C(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)。

單片機(jī) 汽車穩(wěn)定桿 控制系統(tǒng) 傳感器 控制策略

作為汽車的重要零部件，穩(wěn)定桿在實際運(yùn)用過程中，能夠確保汽車在轉(zhuǎn)彎或遭遇到阻力的過程中，提高相關(guān)操作的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)行車的舒適性和安全性。目前，我國的汽車制造商在進(jìn)行汽車穩(wěn)定桿操作系統(tǒng)構(gòu)建過程中，主要依托單片機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，從而高效防止汽車的橫向傾翻，促進(jìn)其轉(zhuǎn)向平衡性以及行駛性能的顯著提高。

1 車用穩(wěn)定桿概述

1.1 車用穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)

目前，車用穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)主要分為兩個部分：橫向穩(wěn)定桿和桿體。關(guān)于車用穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)，筆者進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，如圖1所示。通過圖1可以發(fā)現(xiàn)：橫向穩(wěn)定桿的兩端主要被固定在左右的懸掛之上，而桿體則借助套筒與車架的銜接組成。事實上，這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠確保汽車在發(fā)生側(cè)傾等過程中，懸掛能夠進(jìn)行變形操作，從而促進(jìn)橫向穩(wěn)定桿出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)作業(yè)，確保汽車的傾斜角度減少，實現(xiàn)汽車的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 橫向穩(wěn)定桿示意圖

1.2 車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)要求

事實上，汽車在實際行駛過程中，位于車輛懸架部分的主動穩(wěn)定桿會跟隨車輛的駕駛狀況及路況信息而做出適時改動。一般情況下，主動穩(wěn)定桿在實際作業(yè)過程中往往會在固定的設(shè)計范圍內(nèi)進(jìn)行靈活操作，從而確保汽車的平穩(wěn)運(yùn)行。但是，由于實際狀況及車輛構(gòu)造過程中的限制，使主動穩(wěn)定桿在實際操作過程中難以高效地進(jìn)行控制作業(yè)。

這種情況下，為了確保穩(wěn)定桿高效發(fā)揮相關(guān)作用，需要設(shè)計人員加強(qiáng)對自動控制器、傳感器等部件的安裝，從而實現(xiàn)對相關(guān)可控變量的有效改變，如供油量、速度等。一般情況下，只有采取這樣的措施，才能夠最大程度保證主動穩(wěn)定桿的活塞位移等相關(guān)參數(shù)，以期按照事先設(shè)計好的規(guī)律進(jìn)行變化作業(yè)，從而由此帶動車輛行駛狀態(tài)的有效控制，促進(jìn)行車的安全性和穩(wěn)定性。

2 車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能

車用主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)在實際設(shè)計及構(gòu)造過程中往往會涉及較多的零部件，如橫向加速度、方向盤轉(zhuǎn)角、活塞位移等傳感器、控制單元和穩(wěn)定桿等。關(guān)于車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的具體構(gòu)造，如圖2所示。

圖2 車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過圖2可知，車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)在設(shè)計及構(gòu)造過程中具有一定的復(fù)雜性。因此，在實際操作控制過程中，需要加強(qiáng)對相關(guān)控制技術(shù)及手段的運(yùn)用，從而促進(jìn)該系統(tǒng)正常運(yùn)行，確保形成安全。目前，設(shè)計人員在進(jìn)行車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的控制過程中，往往采用16位微控制器HCS12 XF系列中的型號，為MCU-MC9S12XF512的微控制器芯片進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。

在實際操作過程中，技術(shù)人員往往可以借助這一控制芯片，實現(xiàn)對諸多類型傳感器的相關(guān)信息采集，并借助實現(xiàn)構(gòu)建完整的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將相關(guān)信息轉(zhuǎn)移到控制單元。在這一過程中需注意：只有速度傳感器的信息借助MCU的定時器輸入捕捉模塊進(jìn)行采集及控制，從而推動液壓單元對穩(wěn)定桿動作的控制以及操作，以促進(jìn)汽車在運(yùn)行過程中趨于平穩(wěn)。

3 單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

3.1 傳感器信號采集電路設(shè)計

為了確保汽車的平穩(wěn)運(yùn)行及穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)作用的有效發(fā)揮，需要相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對控制系統(tǒng)中傳感器信號采集電路的設(shè)計以及構(gòu)建。目前，設(shè)計人員普遍采用型號為霍爾式HZCG速度傳感器作為部件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。在設(shè)計作業(yè)的過程中，一旦傳感器接收到與速度相關(guān)的脈沖，系統(tǒng)往往會借助單片機(jī)的輸入捕捉端口進(jìn)行相關(guān)信號的采集，即為速度檢測的輸入口進(jìn)行速度信號采集。

此外，在設(shè)計作業(yè)的過程中，設(shè)計者采用信號為ADXRS150的角速度傳感器，實現(xiàn)對其他信號的采集。據(jù)悉，改進(jìn)的角速度傳感器在實際運(yùn)用過程中能夠承受2000g的加速度沖擊。不僅如此，其在實際運(yùn)行過程中還能實現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行溫度信息的采集，從而以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)對系統(tǒng)功能是否正常運(yùn)行的準(zhǔn)確判斷。關(guān)于角速度信號采集電路示意圖，如圖3所示。

圖3 角速度信號采集電路示意圖

目前，傳感器信號采集電路在設(shè)計構(gòu)造過程中，除了上文所述的兩種類型外，還具有加速度傳感器采集電路。

該類型的采集電路在實際設(shè)計過程中，往往采用型號為IC的雙軸加速計ADXL203進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。采取該類型加速計，主要是因為其在運(yùn)用過程中具有精度高、功耗低的特點(diǎn)。除此之外，其在實際運(yùn)用過程中能夠輸出可調(diào)電壓。

在實際運(yùn)行過程中，往往需要將ADXL203的ST腳當(dāng)做自檢電平的輸入端，并將其與VS進(jìn)行有效連接，從而促進(jìn)加速計的自檢作業(yè)。一般情況下，該部件在運(yùn)行過程中會在傳感器的中心極板上產(chǎn)生不同程度、大小的靜電力，而通過這些電壓值的變化大小，就可以正確判斷加速計功能是否正常。

3.2 電磁閥控制電路設(shè)計

所謂的電磁閥控制電路，指汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，會將橫向加速度、方向盤轉(zhuǎn)角以及速度等傳感器所采集到的信號傳送到單片機(jī)，而單片機(jī)在接收相關(guān)信息后，會以實際的控制策略產(chǎn)生脈寬調(diào)制（PWM）信號，以實現(xiàn)對繼電器的控制，同時借助電磁閥的通斷，控制穩(wěn)定桿。

目前，相關(guān)設(shè)計者往往會采用型號為MC33198的電磁閥控制芯片進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。關(guān)于電磁閥控制電路設(shè)計的示意圖，如圖4所示。

4 單片機(jī)汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在設(shè)計、構(gòu)建單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)過程中，除了需要加強(qiáng)對硬件設(shè)備的設(shè)計外，還需要進(jìn)一步促進(jìn)單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，以促進(jìn)該系統(tǒng)對各傳感器傳輸信號的有效接收，獲取相關(guān)效益。下面主要介紹關(guān)于單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

圖4 電磁閥控制電路設(shè)計示意圖

4.1 速度檢測軟件設(shè)計

在進(jìn)行速度檢測軟件設(shè)計過程中，其主要目的是借助對一定時間內(nèi)傳感器感應(yīng)出與速度相關(guān)的脈沖個數(shù)，計算汽車行駛過程中的車速。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員往往借助MC9S12XF512內(nèi)部的2個資源（RTI中斷、輸入捕捉中斷）進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。該軟件系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中，往往通過RTI中斷實現(xiàn)對時間的控制。同時，借助輸入捕捉中斷，實現(xiàn)對脈沖個數(shù)的捕捉及計算，并最終實現(xiàn)對車速的計算。

該設(shè)計的實際流程圖，如圖5所示。通過圖5可知，在上述系統(tǒng)中，車速的檢測入口為輸入捕捉端口T。在實際運(yùn)用過程中，往往需要對RTI及輸入捕捉的寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，再進(jìn)行輸入捕捉功能的開啟。

圖5 速度檢測流程示意圖

一般情況下，在直流電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，往往借由紅外速度傳感器進(jìn)行脈沖信號的輸出作業(yè)，由此實現(xiàn)對輸入捕捉環(huán)節(jié)的啟動。在這一環(huán)節(jié)中，一旦出現(xiàn)輸入捕捉中斷的狀況，系統(tǒng)會自動啟動輸入捕捉中斷程序，并促進(jìn)RTI中斷的開啟，實現(xiàn)對脈沖個數(shù)的計算，以了解和把握汽車的運(yùn)行速度。

4.2 電磁閥控制軟件設(shè)計

在實際運(yùn)行過程中，作為主動穩(wěn)定桿系統(tǒng)最為重要的組成部分之一，電磁閥控制質(zhì)量的好壞直接影響穩(wěn)定桿的控制效果。因此，設(shè)計人員在進(jìn)行單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程中，需要加強(qiáng)對電磁閥控制軟件的設(shè)計。

前文提到，電磁閥在進(jìn)行控制作業(yè)過程中，其信號類型為脈寬調(diào)制（PWM）信號，故該系統(tǒng)的運(yùn)用能夠有效改變電磁閥的通斷時間?；诖?，該軟件系統(tǒng)的構(gòu)建能夠根據(jù)汽車實際運(yùn)行的狀況以及路況，科學(xué)、合理地實現(xiàn)對電磁閥通斷的有效控制，從而確保穩(wěn)定桿能夠在不同狀況下做出不同反應(yīng)，促進(jìn)主動控制目的的實現(xiàn)。

5 結(jié)語

本文主要分析了車用穩(wěn)定桿的構(gòu)造及其在運(yùn)行過程中對系統(tǒng)控制的要求，闡述了車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，著重介紹了單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。隨著相關(guān)措施的落實到位，基于單片機(jī)的汽車穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)必將獲得長足的發(fā)展和運(yùn)用。

[1]孫浩，趙韓，黃康，陳奇.基于單片機(jī)的一種車用穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)研究[J].機(jī)械與電子，2012，（2）：19-21，35.

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[7]鮑衛(wèi)寧.汽車空氣懸架及其控制系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2011.

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Research on Stabilizer Control System of Automobile Based on

LIU Yi, ZHAO Haifang
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Suqian University, Suqian 223800)

In recent years, with the development of China’s economy and the prosperity of society, the living standard of the social residents has been increasing day by day. In this context, China’s per capita car volume has increased dramatically. At present, our people in the selection of models, often concerned about the car stabilizer bar control system to ensure that the car’s performance has been significantly improved, and promote access to relevant benefits. Based on this, this paper discusses the control system based on single chip computer.

single chip microcomputer, automobile stabilizer bar, control system, sensor, control strategy

宿遷市指導(dǎo)性科技計劃項目（Z201530）；宿遷學(xué)院重點(diǎn)科研項目（2013KY38）。