客车空气悬架控制系统硬件电路的设计

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1、客车空气悬架控制系统硬件电路的设计【摘要】本文以客车空气悬架控制系统为研究对象，介绍了客车空气悬架系统硬件电路的设计，根据系统所要实现的功能，设计了车身高度信号检测，车速信号检测，方向盘转角信号检测及开关量信号检测等电路的设计，为整车悬架控制系统的设计奠定了基础。【关键词】空气悬架;硬件电路;控制系统一、引言空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性来实现其弹性作用。压缩气体的气压能够随汽车载荷和路面状况的变化而进行刚度的自动调节，不论满载或者空载，整车高度不会有太大的变化，大大提高了行驶平顺性和操纵稳定性，同时还可以减轻重载车辆对路面的破坏［1］，在高等级客

2、车和重型载货汽车上得到广泛的应用。二、高度信号检测电路设计车身高度信号的检测是依靠三个高度传感器和外围电路而组成。本文所选用的车身高度传感器为WYH-AT-3V0型磁阻式无触点角度传感器，转动角度的变化在90°范围内输出标准电信号0〜5V。车身高度传感器固定安装在车身上，通过摇臂、连杆与车轮相连［2］。由于输出信号为0〜5V的标准电压信号，因此需要现对模拟信号进行模数转换后才能送入微控制器。因此可以把0〜5V的模拟电压信号先送入A/D转换器，然后在送入微控制器，本文选用模数转换芯片为TLC2543,高度模拟信号在通过模数转换芯片TLC2543后可以通过串行通讯接口送入微控

3、制器，相关电路原理图如图1所示。1高度信号检测电路原理三、压力信号检测电路设计在客车空气悬架控制系统中，压力传感器主要是用来监测空气弹簧气囊的压力，监测气囊压力的目的是为了防止过载以使空气弹簧工作在一个压力范围内。压力传感器选用西安兰华传感器厂的一款EX型号压电式传感器，传感器是输出信号为4〜20mA的电流信号，电流信号在传输过程中不会产生压降，因此电流信号的抗干扰能力比较强。由于微处理器的模数转换器（ADC）只能转换电压信号，因此需要先把4-20mA的电流信号转换为电压信号后才能够送入微处理器。在本系统中，电流信号转换为电压信号是通过以下电路实现的：4〜20mA电流信号

4、到1-5V电压信号的转换主要通过250欧姆电阻R34完成，R34为高精度的0.1%的金属膜电阻，可以尽可能的降低温漂带来的精度降低。电阻R32和R33为1%的金属膜电阻。其中运算放大器选LM324,LM324为四运放集成电路，14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用等优点，因此可以用一片LM324完成四路的电流电压转换。电流信号转换为电压信号的电路原理如图2所示。2电流电压量转换电路通过不同的电流输入量测量输出点A的电压量，得到的理论计算值和实测量对比表如

5、表1所示。表1电流电压转换电路对比表电流输入量（mA）048121620理论电压值（V）012345实测电压值（V）00.981.973.093.895.08由表1可以得出电流电压转换电路的理论值和实际测量值的对比曲线，对比曲线如图3所示。3电流电压量转换理论值和实际值对比曲线通过表1和图3可知，电流电压转换电路的最大误差为3%,该电路基本达到了电路设计的目标，满足系统对模拟量采集的要求，说明所设计的转换电路功能可靠。四、车速信号检测电路设计由于车速传感器工作环境较差，输出的信号包含很多干扰，并不是标准的方波信号，因此在送入处理器前应该进行信号进行调理。车速信号调理电路的

6、任务就是去除其中的干扰信号，把标准的方波信号送入处理器。车速信号调理电路设计如图4所示。4速度信号接口电路原理其中C21和R38组成微分电路，目的的改善输入波形，使脉冲信号更加陡峭；增加稳压二极管D4的目的是对脉冲输入信号限幅，保护晶体管Q3的be结不致被正反向电压击穿；晶体管Q3工作在开关状态，用于信号的整形和放大驱动，晶体管Q3输出信号经过光电耦合器进行电气隔离，使外部电路和微处理器进行电气隔离，隔离外部干扰，进一步增强系统抗干扰能力。五、方向盘转角传感器接口电路设计在客车空气悬架控制系统中，电控单元可以根据车速传感器信号和方向盘传感器的信号，判断出汽车转向时侧向力的

7、大小和转向的方向，进而适时的调整空气弹簧的刚度以控制汽车的侧倾。本文中所选用的方向盘转角传感器为光电式转角传感器，光电式转角传感器主要由发光器（光敏晶体管）遮光齿盘和控制电路组成，核心器件是光电耦合器，该传感器具有有输入输出电隔离、抗干扰、强响应速度快、灵敏度高、可靠性好、耐冲击及容易与逻辑电路配合等优点。电路原理图如图5所示。5方向盘转角传感器接口电路方向盘转角传感器的输出为正交编码脉冲，包含两个脉冲序列，有变化的频率和四分之一周期的固定相位偏移。通过检测2路信号的相位关系可以判断为顺时针方向和逆时针方向，并据此对信号进行加