Блок управления подвеской

Полезная модель относится к области вычислительной техники и предназначена для использования в составе автотранспортных средств (АТС), и может быть установлена в автомобилях оборудованных управляемой гидравлической или пневматической подвеской. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании блока управления подвеской для использования его в составе АТС и предназначенного для обеспечения управления механизмами гидравлической или пневматической управляемой подвески автомобиля в различных режимах работы. Блок управления подвеской 1 включает в себя микроконтроллер 2 приемопередатчик 3 интерфейса CAN, электронный ключ 4, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу, буферные каскады 5₁-5₁₄, которые имеют аналоговые входы для подключения токовых датчиков, буферные каскады 6₁-6₆, которые имеют аналоговые входы для подключения датчиков с выходом по напряжению, буферные каскады 7₁-7₂₀, которые имеют дискретные входы с коммутацией на массу, буферный каскад 8, который имеет вход для частотного датчика, супервизор питания 9, генератор 10, последовательный интерфейс I²C 11, EEPROM 12, схему защиты 13, первый, второй, третий, четвертый 14, 15, 16, 17 преобразователи напряжения, электронные ключи 18₁ -18₂₀, которые имеют дискретные выходы с коммутацией на питание, мультиплексор 19, последовательный интерфейс SPI 20. 1 з.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области вычислительной техники и предназначена для использования в составе автотранспортных средств (АТС) оборудованных управляемой гидравлической или пневматической подвеской.

Известен программируемый логический контроллер с интерфейсом последовательной передачи данных в двух стандартах (см. заявку РФ 2003115922/09 от 27.05.2003 г., МПК 7 G06F 9/00, G06F 13/00, опубл. 27.11.2004 г., заявитель Бабанин В.Б.), содержащий набор буферных элементов с преобразователем постоянного напряжения в двухполярное, микроконтроллер и коммутатор выводов микроконтроллера, имеющих альтернативные функции внутрисхемного программирования, схему распознавания протокола передачи на основе интегратора с двумя постоянными времени интегрирования, вход которой соединен с линией принимаемых микроконтроллером данных, а выход подключен к входу управления коммутатором и входу RESET микроконтроллера, причем в режиме программирования коммутатор подключает выводы микроконтроллера к сигналам интерфейса последовательной передачи данных, а в режиме обмена данными (автономном) - к устройствам контроля и/или управления.

Признак аналога, совпадающий с признаком заявляемой полезной модели - микроконтроллер.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является то, что программируемый логический контроллер не предназначен для работы в АТС, так как не поддерживает цифровой мультиплексный информационный канал (ЦМИК) CAN2.0, что не может обеспечить взаимодействие работы блока управления подвеской с другими электронными системами автомобиля. Кроме того, программируемый логический контроллер не содержит в своем составе входов для обработки датчиков и силовых выходов для управления исполнительными механизмами.

Известен блок формирования управляющих сигналов (БФУС) (см. патент на полезную модель 53030 РФ, МПК G06F 9/00 (2006.01), опубл. 27.04.2006 г., по заявке 2006102082/22, патентообладатель Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем Таганрогского государственного радиотехнического университета (НИИ МВС ТРТУ) (RU)), содержащий микроконтроллер, мультиплексированную шину адрес/данные, блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), сетевой контроллер, блок временного хранения адреса и данных, блок сетевых контроллеров, модули ввода/вывода, блок анализа ошибок, блок гальванической развязки, интерфейс CAN 1, блок приемопередатчика CAN 2, блок приемника по линиям приема/передачи данных интерфейсов CAN 1, CAN 2 и SSI соответственно, Ethernet 1 и Ethernet 2, блок временного хранения адреса.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: микроконтроллер, приемопередатчик интерфейса CAN.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата является то, что БУФС не содержит в своем составе входов для обработки аналоговых датчиков и силовых выходов для управления исполнительными механизмами.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является блок интерфейсный (см. патент на полезную модель 66077 РФ, МПК G06F 3/00 (2006.01), G06F 9/00 (2006.01), G06F 13/00 (2006.01). опубл. 27.08.2007 г., по заявке 2007110746, патентообладатель Открытое акционерное общество «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем» RU), содержащий микроконтроллер, соединенный с двумя приемопередатчиками интерфейса CAN, соединенные с микроконтроллером супервизор питания, генератор, EEPROM, k приемопередатчиков интерфейса CAN, d интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на массу, m интеллектуальных электронных ключей с коммутацией выходов на питание, n приемопередатчиков диагностического интерфейса J1708, w приемопередатчиков диагностического интерфейса ISO 9141, промежуточный преобразователь напряжения, p буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на питание, q буферных каскадов дискретных входов для подключения дискретных датчиков с коммутацией на массу, r буферных каскадов входов для подключения частотных сигналов, s буферных каскадов входов для подключения резистивных датчиков, t буферных каскадов входов для подключения аналоговых датчиков, преобразователь напряжения питания аналоговых датчиков, технологический канал, причем выход преобразователя напряжения питания аналоговых датчиков соединен с микроконтроллером через буферный каскад, вход промежуточного преобразователя напряжения соединен со схемой защиты, выход - с линейным стабилизатором, один из дискретных входов с коммутацией на питание соединен с промежуточным преобразователем напряжения.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемой полезной модели, следующие: микроконтроллер, приемопередатчик интерфейса CAN, электронный ключ, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу, m электронных ключей, имеющих дискретные выходы с коммутацией на питание, q буферных каскадов, которые имеют дискретные входы с коммутацией на массу, буферный каскад, который имеет вход для частотного датчика, супервизор питания, генератор, EEPROM, последовательные интерфейсы I²C, SPI, схема защиты, преобразователь напряжения.

Причиной препятствующей достижению заявляемого технического результата является то, что блок интерфейсный не содержит в своем составе входов для обработки аналоговых токовых датчиков и силовых выходов для управления исполнительными механизмами.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании блока управления подвеской для использования его в составе АТС и предназначенного для обеспечения управления механизмами гидравлической или пневматической управляемой подвески автомобиля в различных режимах работы.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения заключается в следующем:

- контроль состояния датчиков управляемой подвески за счет буферных каскадов аналоговых входов для подключения датчиков с выходом по току и по напряжению;

- управление исполнительными механизмами подвески осуществляется через интеллектуальные электронные ключи с коммутацией на питание; от интеллектуальных электронных ключей с коммутацией на питание в микроконтроллер передается диагностическая информация о состоянии подключенных нагрузок (обрыв, короткое замыкание);

- обмен данными с электронными системами по ЦМИК CAN 2.0 (в соответствии с протоколом SAE J1939).

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в блок управления подвеской, содержащий микроконтроллер, соединенный с приемопередатчиком интерфейса CAN, с m электронных ключей, которые имеют дискретные выходы с коммутацией на питание, с q буферных каскадов, которые имеют дискретные входы с коммутацией на массу, с буферным каскадом, который имеет вход для частотного датчика, с супервизором питания, с генератором и через последовательные интерфейсы I2C, SPI соответственно с EEPROM и с электронным ключом, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу, причем выход схемы защиты соединен с первым преобразователем напряжения, дополнительно введены r буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для токовых датчиков, t буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для датчиков с выходом по напряжению, мультиплексор, второй, третий и четвертый преобразователи напряжения, причем микроконтроллер соединен с t буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для датчиков с выходом по напряжению и через мультиплексор с r буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для токовых датчиков, первый преобразователь напряжения соединен с микроконтроллером через второй преобразователь напряжения, при этом первый преобразователь напряжения имеет выход для питания внутренних схем, схема защиты соединена с микроконтроллером через четвертый и третий преобразователи напряжения, при этом четвертый преобразователь напряжения имеет выход для питания датчиков, схема защиты имеет вход для питания.

Предельные значения m, q, r, t находятся в следующем диапазоне: m=(1, 2,,20), q=(1, 2,,20), r=(1, 2,,14), t=(1,2,,6).

Один из вариантов структурной схемы блока управления подвеской представлен на чертеже в качестве примера, для случая, когда m=20, q=20, r=14, t=6.

Блок управления подвеской 1 включает в себя микроконтроллер 2 приемопередатчик 3 интерфейса CAN, электронный ключ 4, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу, буферные каскады 5₁-5₁₄, которые имеют аналоговые входы для подключения токовых датчиков, буферные каскады 6₁ -6₆, которые имеют аналоговые входы для подключения датчиков с выходом по напряжению, буферные каскады 7₁ -7₂₀, которые имеют дискретные входы с коммутацией на массу, буферный каскад 8, который имеет вход для частотного датчика, супервизор питания 9, генератор 10, последовательный интерфейс I²С 11, EEPROM 12, схему защиты 13, первый, второй, третий, четвертый 14, 15, 16, 17 преобразователи напряжения, электронные ключи 18₁-18₂₀, которые имеют дискретные выходы с коммутацией на питание, мультиплексор 19, последовательный интерфейс SPI 20.

В блоке управления подвеской 1 буферные каскады 5₁-5₁₄ соединены с микроконтроллером 2 через мультиплексор 19, первый преобразователь напряжения 14 соединен с микроконтроллером 2 через второй 15 преобразователь напряжения, при этом первый преобразователь напряжения 14 имеет выход для питания внутренних схем, схема защиты 13 соединена с микроконтроллером 2 через четвертый 17 и третий 16 преобразователи напряжения, при этом четвертый преобразователь 17 напряжения имеет выход для питания датчиков, схема защиты 13 имеет вход для питания, выход схемы защиты 13 соединен с входом первого преобразователя напряжения 14, микроконтроллер 2 соединен с супервизором питания 9, EEPROM 12 и электронный ключ 4, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу соединены соответственно с микроконтроллером 2 через последовательные интерфейсы I2C 10, SPI 20, также с микроконтроллером 2 соединены буферные каскады 7₁-7₂₀ с дискретными входами с коммутацией на массу, буферные каскады 6₁ -6₆, имеющие аналоговые входы для датчиков с выходом по напряжению, буферный каскад 8, имеющий вход для частотного датчика, электронные ключи 18₁-18₂₀ с дискретными выходами с коммутацией на питание, электронный ключ 4 с дискретными выходами с коммутацией на массу и приемопередатчик интерфейса CAN 3.

Блок управления подвеской 1 работает следующим образом.

Напряжение питания бортовой сети АТС подается на схему защиты 13, обеспечивающую защиту внутренних цепей питания блока от кондуктивных помех. С выхода схемы защиты 13 напряжение питания бортовой сети (+24 В) поступает на преобразователи напряжения 14, 17. Преобразователь напряжения 14 преобразует напряжение +24 В в напряжение +5 В, предназначенное для питания внутренних схем блока управления подвеской, а также для питания преобразователя напряжения 15. Преобразователь напряжения 17 преобразует напряжение +24 В в напряжение +10 В, предназначенное для питания аналоговых датчиков подвески, а также для питания преобразователя 16.

Преобразователь напряжения 15 преобразует напряжение +5 В в напряжение +2,5 В, предназначенное для питания ядра микроконтроллера 2.

Преобразователь напряжения 16 преобразует напряжение +10 В в высокостабильное напряжение +5 В, являющееся опорным напряжением аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера 2.

Сигналы от токовых датчиков поступают на входы буферных каскадов 5 ₁-5₁₄, которые обеспечивают преобразование выходного тока датчиков в напряжение. С выходов буферных каскадов 5 ₁-5₁₄ сигналы поступают на входы мультиплексора 19, который обеспечивает поочередную коммутацию каждого входа на выход мультиплексора 19. Управление работой мультиплексора 19 осуществляется от микроконтроллера 2. С выхода мультиплексора 19 сигнал подается на один из входов АЦП микроконтроллера 2.

Сигналы от датчиков с выходов по напряжению поступают на входы буферных каскадов 6₁-6₆, которые обеспечивают преобразование уровней выходного напряжения датчиков в уровни напряжения допустимых для подачи на входы АЦП микроконтроллера 2. С выходов буферных каскадов 6₁-6₆ сигналы поступают на входы АЦП микроконтроллера 2.

Сигналы от кнопок управления (на чертеже не показано) режимами работы подвески поступают на входы буферных каскадов 7₁-7 ₂₀, которые обеспечивают преобразование уровней сигналов, поступающих от кнопок управления, в уровни напряжения допустимых для подачи на входы портов микроконтроллера 2. С выходов буферных каскадов 6₁-6₂₀ сигналы поступают на входы портов микроконтроллера 2.

Формирование сигналов управления индикаторами режимов работы подвески осуществляется с помощью электронного ключа 4, имеющего дискретные выходы с коммутацией на массу. Управление выходами ключа 4 осуществляется микроконтроллером 2 по интерфейсу SPI 19. В ответ микроконтроллер 2 получает диагностическую информацию о выходах ключа 4 (обрывы, короткие замыкания).

Формирование сигналов управления исполнительными механизмами подвески осуществляется с помощью электронных ключей 18₁-18₂₀, имеющих дискретные выходы с коммутацией на питание. Управление выходами электронных ключей 18₁-18₂₀ осуществляется непосредственно от портов микроконтроллера 2. В ответ на порты микроконтроллера 2 поступают диагностические сигналы состояния выходов электронных ключей 18₁-18₂₀ (обрывы, короткие замыкания).

Обмен информацией с другими электронными системами АТС по интерфейсу CAN осуществляется микроконтроллером 2 через приемопередатчик 3, обеспечивающий согласование уровней сигналов линий шины CAN с уровнями сигналов портов микроконтроллера 2.

Для хранения вспомогательных данных предназначена EEPROM 12. Обмен данными между EEPROM 11 и микроконтроллером 2 осуществляется по интерфейсу I²С 11.

Генератор 10 обеспечивает формирование тактовой частоты микроконтроллера 2.

Микроконтроллер 2 обеспечивает хранение и выполнение функциональных программ блока управления подвеской.

На основании информации, получаемой от аналоговых датчиков и кнопок управления режимами подвески, микроконтроллер 2 формирует сигналы управления исполнительными механизмами подвески, формирование сигналов управления индикаторами режимов работы подвески, формирование диагностической информации о состоянии датчиков и исполнительных механизмов подвески (на чертеже не показано) и передачу ее по интерфейсу CAN другим электронным системам АТС.

Таким образом, из рассмотренного материала видно, что заявляемая полезная модель является новой, промышленно применимой и решает поставленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.

1. Блок управления подвеской, содержащий микроконтроллер, соединенный с приемопередатчиком интерфейса CAN, с m электронными ключами, которые имеют дискретные выходы с коммутацией на питание, с q буферными каскадами, которые имеют дискретные входы с коммутацией на массу, с буферным каскадом, который имеет вход для частотного датчика, с супервизором питания, с генератором и через последовательные интерфейсы I²C, SPI соответственно с EEPROM и с электронным ключом, который имеет дискретные выходы с коммутацией на массу, причем выход схемы защиты соединен с первым преобразователем напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены r буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для токовых датчиков, t буферных каскадов, которые имеют аналоговые входы для датчиков с выходом по напряжению, мультиплексор, второй, третий и четвертый преобразователи напряжения, причем микроконтроллер соединен с t буферными каскадами, которые имеют аналоговые входы для датчиков с выходом по напряжению и через мультиплексор с r буферными каскадами, которые имеют аналоговые входы для токовых датчиков, первый преобразователь напряжения соединен с микроконтроллером через второй преобразователь напряжения, при этом первый преобразователь напряжения имеет выход для питания внутренних схем, схема защиты соединена с микроконтроллером через четвертый и третий преобразователи напряжения, при этом четвертый преобразователь напряжения имеет выход для питания датчиков, схема защиты имеет вход для питания.

2. Блок управления подвеской по п.1, отличающийся тем, что предельные значения m, q, r, t находятся в следующем диапазоне: m=(1, 2, , 20), q=(1, 2, , 20), r=(1, 2, , 14), r=(1, 2, , 6).