基于Freescale的電子控制空氣懸架模糊PID控制解析

　電子控制空氣懸架（ECAS）以電子控制模塊為控制核心，對空氣懸架參數(shù)進(jìn)行實時控制，能自動控制車輛懸架的剛度、阻尼系數(shù)及車身高度等參數(shù)；汽車在各種路面、各種工況條件下能實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)、主動控制，并增加了許多輔助功能（如故障診斷功能等）；可最大限度地提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，可滿足現(xiàn)代汽車對乘坐舒適性、行駛安全性的更高要求。目前在歐洲一些國家的大型客車中已經(jīng)大量應(yīng)用。我國在20世紀(jì)50年代就對空氣彈簧進(jìn)行了研究，但是許多研究成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化率非常低，導(dǎo)致許多有價值的研究沒能繼續(xù)堅持和深入下去，使我國汽車懸架技術(shù)的研究和應(yīng)用與歐美等發(fā)達(dá)國家相比明顯落后。目前在國內(nèi)還沒有汽車公司能夠獨立設(shè)計出并向市場提供比較成熟的空氣懸架電子控制單元［1］。因此，研究空氣懸架電子控制單元，盡快縮小與國外在電控空氣懸架系統(tǒng)應(yīng)用方面的差距，具有非常現(xiàn)實的意義。
　　本文以YBL6891H型客車為控制對象。該客車原本以車身高度為主要控制目標(biāo)，當(dāng)載荷改變時，車身高度維持在某一范圍內(nèi)不變，沒有真正地涉及到對客車行駛平順性的改善。本文以該客車的1/4車輛模型為基礎(chǔ)，采用模糊PID控制算法調(diào)節(jié)空氣彈簧的剛度，以降低車身垂直加速度為主要目標(biāo)，從而實現(xiàn)對客車行駛平順性的改善。采用Freescale公司的MC9S08GB60A單片機(jī)為控制芯片，設(shè)計了電子控制單元。
　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案
　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中的虛線部分是兩自由度1/4車輛模型，控制系統(tǒng)的MCU采用了Freescale半導(dǎo)體公司的MC9S08GB60A，該處理器可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于汽車電子產(chǎn)品?？傮w電路結(jié)構(gòu)由ECU、高度傳感器、速度傳感器、加速度傳感器及其檢測電路、鍵盤（用于模式選擇以及手動模式下的控制）、指示燈等電路組成。加速度傳感器檢測到的垂直加速度信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)產(chǎn)生控制信號，通過電磁閥控制空氣彈簧的剛度。剛度的調(diào)整通過對主附氣室之間的控制閥的控制來實現(xiàn)。高度傳感器不斷地將客車的高度信號傳遞給單片機(jī)，而加速度的大小在一定程度上反映了路況信息，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的路況和車速，調(diào)整車身高度。一旦車身高度達(dá)到設(shè)定的最低或最高位置限值時，ECU將執(zhí)行保護(hù)，自動結(jié)束調(diào)節(jié)。
　　
　　1.1高度信號采集處理電路
　　高度檢測電路的工作原理為：車身高度－傳感器轉(zhuǎn)角－電感－脈沖信號周期。車身高度傳感器等效為一個可變電感與一個電阻串聯(lián)。車身上下振動時，帶動擺桿上下轉(zhuǎn)動，從而移動鐵心，使電感值不斷變化。當(dāng)車身上升時，擺桿向上轉(zhuǎn)動，感應(yīng)值變大，當(dāng)車身下降時，擺桿向下轉(zhuǎn)動，感應(yīng)值變小。圖2為高度檢測電路，高度傳感器的兩個端子分別接height1i和HCOM端。檢測電路的輸出為一串脈沖信號。用multisim10［2］對傳感器檢測電路進(jìn)行了仿真，結(jié)果如圖3所示，圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）為高度傳感器的電感值分別為13mH、20mH、30mH時的高度信號?？梢娷嚿砀叨雀淖儠r，電感值也改變，而電感值的改變導(dǎo)致脈沖寬度的變化，因此單片機(jī)可根據(jù)脈沖的寬度獲取車身高度信息。