试述悬架DS18B20在半主动悬架制约系统中运用

论文导读：
摘要：在车辆悬架系统中，半主动悬架有着其独到的优势，半主动悬架系统通过减振器将阻尼功转变为热能耗散掉来实现车体的减振，但是减振器工作液温升过高，会造成减振器过早失效，本文论述了怎样用DS18B20来控制半主动悬架系统减震器的工作液温，以提高其工作效率。
关键词：半主动悬架 DS18B20 减震器
1.引言
车辆悬架系统是将车体与车轮弹性连接起来的系统，包括导向机构、弹性元件、阻尼元件以及控制装置，它的功用是支撑车体，缓和并衰减车轮在履带上行驶时因路面不平而引起车体的冲击和振动，保证车辆在最高车速下平稳地行驶。悬架系统的性能对车辆行驶的平稳性、通过性和操作稳定性有非常重要的影响。
悬架系统可以分为参数可调的悬架系统和参数不可调的悬架系统。其中，参数不可调的悬架系统即我们通常所说的被动式悬架系统。传统被动悬架的参数一经选定，便无法进行调节，其静态特性和动态特性固定不变，不能适应车辆参数、行驶工况的实际变化。参数可调的悬架系统，按照调节方式的不同，分为主动悬架系统和半主动悬架系统。主动悬架由控制系统和执行机构组成，根据车辆系统的运动状态和外部输入的变化做出反应，主动地调整和产生所需的控制力，使悬架始终处于最佳减振状态。但系统工作时要消耗车辆的部分动力，整个系统结构复杂，造价高，可靠性差。半主动悬架工作时几乎不消耗发动机的功率，不需向悬架系统施加外部能源，只是应用严格的保守（弹簧）或耗能（减振器）元件，结构简单，造价低，而减振效果接近于主动悬架，因此半主动悬架的性能比高，具有更为现实的应用价值.

2.半主动悬架

半主动悬架是指悬架弹性元件刚度和减振器阻尼力之一或两者均可根据需要进行调节的悬架。由于改变弹簧刚度在目前只有通过切换空气弹簧或油气弹簧来实现，目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器阻尼系数方面。从阻尼可调减振器作为执行机构的半主动悬架，通过传感器检测到路况及行驶状态的变化以及车身加速度等，由ECU 根据控制策略发出脉冲控制信号，实现对减振器系数的有级或无级可调。
半主动悬架系统主要是通过减振器将阻尼功转变为热能耗散掉来实现车体的减振。悬架车辆重量大，越野速度高，需要的减振器阻尼功率大。但是减振器外形尺寸及散热面积又受到车辆总体布置的约束，导致悬架原减振器工作液温升过高，造成减振器过早失效。只有使减振器的散热功率与它产生的阻尼功率在限定的温差条件平衡，才能保证减振器的工作可靠性。当悬架阻尼过大时，悬架工作油液的温度升高很快，会使减震器的密封部件过早的老化，从而导致减震器出现漏油现象提前失效。因此，要严格控制悬架工作油液的温度。当悬架的油温过高，超过某一预设值时，电磁阀处于开阀状态；当悬架油温低于某一预设值时，电磁阀又恢复正常的控制状态。同时，由于工作温度的升高，油液的黏度下降，导致阻尼力下降。在45摄氏度与80摄氏度所作的实验表明，减振器的阻尼力变小了将近一半。因此，实施阻尼控制时，应考虑温度的的变化对阻尼力的影响，要对温度升高导致阻尼力的下降进行补偿。
本文所建立的半主动悬架控制系统根据减震器油液工作温度来控制电磁阀的开阀与否，并针对温度对阻尼力影响作出补偿。因此，悬架工作油液温度的采集对悬架的控制有很重要的意义。履带式车辆一般有6个减震器，因此温度信号的检测比较复杂。根据系统特点, 需要检测6个减振器温度, 测温点多, 温度到警示值需报警指示。为此, 系统选用美国DALLAS 公司的数字式温度传感器DS18B20。

3.DS18B20

DS18B20是美国Dallas半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能数字温度传感器 。DS18B20具有如下特点: ①测温范围从-50～125℃, 精确度高；②遵循严格的单线串行通信协议, 只需一根信号线(DQ)与单片机直接连接, 由于每个DS18B20在出厂时都有一个全球唯一的64位的序列号, 允许多个DS18B20挂接在同一总线上；③被测温度值直接转换成数字量输出, 分辨率为9位～12位二进制数字值并可由用户根据实际要求通过编程设定；④可自行设定非易失性的报警上下限, 报警搜索命令可以识摘自：论文范文www.7ctime.com
别哪片DS18B20温度超限。系统设计微处理器一个总线挂接3个DS18B20，根据设定的报警限值，当温度达到100℃时，相应的报警指示灯(发光二极管)被点亮同时控制系统完全打开比例控制阀,迅速降低减振器的发热功率。由于DS18B20数字温度传感器的使用，省去了输出信号需经过放大电路、温度补偿电路、模数转换等后续处理环节，简化了电路，也提高了可靠性。
DS18B20的内部结构主要包括寄生电源电路、64位只读存储器(ROM) 和单线接口、存储器和控制逻辑、存放中间数据的高速暂存存储器、温度传感器、报警上限寄存器TH、报警下限寄存器TL、配置寄存器和8位CRC(循环冗余校验码) 发生器。DS18B20的核心是其数字温度传感器,精度可以通过用户编程配置为9、10、11和12位,其分别对应于0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可以满足各种不同的分辨率要求。

4.系统的硬件结构设计

半主动悬挂控制器整体包含三块电路板，一块为主控板，一块为驱动板，一块温度变送板。
本文的履带车辆半主动悬架控制系统硬件的主要组成部分将整个电控单元分为四个子模块：控制模块、电源模块、输入、输出模块。输入的信号有车速信号、各可控减振器的温度信号、以及控制面板的阻尼档位信号。控制器的输出为六个可控减振器的控制电流信号，主控模块根据输入信号来适时地改变输出信号来完成控制功能，同时设置监控和故障诊断功能。主要结构由输入信号（车速、减震器温度、阻尼等级）、悬挂控制系统ECU、减震器控制电流、监控和故障诊断系统组成。
其中，控制单元温度测量子系统的设计如图1：
图1 温度测量子系统结构图
悬挂控制系统的单片机采用飞利浦公司的P89V51RD2 8位处理器，包含64kFLASH和1024字节的RAM。FLA论文导读：008-4-

1.第一版.上一页12

SH程序存储器支持并行和串行在系统编程系统（ISP），内设三个计数/定时器和一个看门狗定时器，具有PWM输出功能。系统采用6片DS18B20构成小型温度传感器网络,通过单总线连接方式连接至单片机的通用I/O口 。其中DS18B20的分辨率为11位模式,即0.125℃。微处理器通过单线协议与减振器温度传感器网络实现通信。

5.系统的软件结构设计

整个半主动悬架控制系统程序采用混合编程的形式，即汇编语言和C语言混合编译。在编译的时候，在同一项目下分成了5个不同的子模块，包括PWM参数设置子模块，时钟子模块和主程序子模块等。对于非主程序子模块的里的子程序需要外部调用，在函数声明的时候注明"extern"。 为了实现混合编程，需在函数前面加入 "public" 公共函数声明以及关于代码段的声明。进入主程序，首先进行各种设置的初始化，包括定时器设置初始化，串口设置初始化、时钟设置等。进入主循环后，判断控制器的档位输入，根据当前的档位、减振器的温度、以及车速来设置不同的PWM参数，并设置档位状态字。若减振器的温度过高时，PWM参数应设为0实现开阀功能。主程序流程图2如下：
图2 主程序流程图
半主动悬架控制系统的测温子系统采用C 语言编写。在中断服务程序中,实现用户输入以及和上位机的接口功能;在主程序中,实现温度传感器网络的自动搜索、编号排序、获取温度信息,并根据预先设定的温度上下限。该系统中,根据不同的分辨率要求,DS18B20 的分辨率可通过编程设定,最高分辨率为12位,即0.0625℃,可满足高精度设计要求。系统软件流程如下图3所示（图3附后）。
6.结论
油气弹簧的工作原理决定了它对温度的敏感性，但是，在传统的悬架系统中，由于采用的都是模源于：毕业论文致谢词范文www.7ctime.com
拟的温度传感器进行温度的采集，必须经过A/ D 转换后才可以被微处理器识别和处理。这样的设计方法不仅对前端模拟信号处理电路提出了更高的要求,而且不具有数字通信和网络功能。它导致测量的精度很低，而且适应能力不高，因此，经常导致悬架系统工作不稳定。本文在吸取前人的经验的基础上，大胆的结合DS18B20的新特性和现代温度测量系统提出的新要求,提出了基于智能数字温度传感器DS18B20的半主动悬架测温系统的设计方案。该方案具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等特点,在各种主动或者半主动悬架控制测温系统中具有广阔的应用前景。
参考文献：
美国汤姆森学习公司编.《转向、悬架和制动系统修理和训练》.机械工业出版社.2004-10-1.
全国汽车维修专项技能认证技术支持中心编写组编写.《悬架和转向系统》.教育科学出版社2004-6-

1.第一版.

[3]冯柏群.《检测与传感技术》.人民邮电出版社.2008-4-1.第一版.