一種直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)電子電路涉及控制領(lǐng)域及汽車領(lǐng)域，尤其涉及一種饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架，車身振動(dòng)的能量通過阻尼器轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，本技術(shù)涉及的基于直線電機(jī)式的饋能懸架系統(tǒng)可以將車身振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行回收。近年，涉及懸架振動(dòng)能量的回收研宄逐漸增多。專利號(hào)為201210586145.5中公布的帶有振動(dòng)能量回收的蓄能懸架裝置，并未給出明確的回收電路。論文《饋能式汽車電動(dòng)主動(dòng)懸架的理論及試驗(yàn)研宄》將DC/DC變換器應(yīng)用于饋能懸架系統(tǒng)中，但并未提及超級(jí)電容模式切換，能量的回收效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問題的不足，本發(fā)明為饋能懸架系統(tǒng)提供一種超級(jí)電容模式切換電路及其方法，能夠很好控制超級(jí)電容的端電壓在充放電過程中的變化范圍，實(shí)現(xiàn)滿足電機(jī)作用力要求的進(jìn)而滿足懸架系統(tǒng)舒適性要求同時(shí)，提高饋能系統(tǒng)能量回收的效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路，包括控制單元E⑶、電壓檢測電路、兩個(gè)超級(jí)電容、四個(gè)MOS管、兩個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2101、光電耦合器、直線電機(jī)、整流器、DC/DC變換器、電阻R、能量總儲(chǔ)裝置、蜂鳴器；所述控制單元E⑶的輸入端口與電壓檢測電路的輸出端相連，控制單元ECU的三個(gè)輸出端口分別與光電耦合器的控制端口、第一 MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2101、第二 MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2101的輸入端口相連，第一 MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2101的輸出端口分別與第一 MOS管的柵極、第二 MOS管的柵極相連，第二 MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2101的輸出端口分別與第三MOS管的柵極、第四MOS管的柵極相連；電壓檢測電路的輸入端均和超級(jí)電容A的正極端、超級(jí)電容B的正極端相連；所述直線電機(jī)的輸出端與整流器相連，整流器輸出端與DC/DC變換器的輸入端相連，DC/DC變換器的輸出端的正極分別與蜂鳴器的正極、第一 MOS管的漏極、第三MOS管的漏極相連；蜂鳴器的負(fù)極與光電耦合器的正極相連，第一 MOS管的源極分別與超級(jí)電容A的正極端、第二 MOS管的漏極相連，第三MOS管的源極分別與超級(jí)電容B的正極端、第四MOS管的漏極相連，第二 MOS管的源極、第四MOS管的源極均同時(shí)與能量總儲(chǔ)裝置的正極端相連；能量總儲(chǔ)裝置的負(fù)極端同時(shí)與超級(jí)電容A負(fù)極端、超級(jí)電容B的負(fù)極端、DC/DC變換器的輸出端的負(fù)極相連；電阻R的一端與光電親合器的負(fù)極相連，電阻R的另一端與DC/DC變換器的輸出端的負(fù)極相連。
[0006]進(jìn)一步，所述控制單元ECU用于數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，判斷充電電容是否大于規(guī)定值，放電電容是否小于規(guī)定值，若滿足切換條件，充電電容和放電電容進(jìn)行工作模式切換。
[0007]進(jìn)一步，所述電壓檢測電路用于實(shí)時(shí)測量超級(jí)電容A、超級(jí)電容B的端電壓，將檢測信號(hào)反饋給控制單元ECU。
[0008]進(jìn)一步，所述電壓檢測電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、放大器LF353 ；
[0009]所述超級(jí)電容A和超級(jí)電容B的正端均與放大器LF353反相輸入端電阻Rl相連，反相輸入端電阻Rl的另一端同時(shí)與反饋電阻R3的一端和放大器LF353的反相輸入端相連，反饋電阻R3的另一端與放大器LF353的輸出端相連，放大器LF353輸出端與控制單元的信號(hào)輸入端相連，參考電壓與放大器LF353的正相輸入端電阻R2相連，正相輸入端電阻R2的另一端與放大器LF353的正相輸入端相連。
[0010]本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為:
[0011]一種直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換方法，包括步驟:
[0012]步驟1，控制單元E⑶對(duì)電壓監(jiān)測電路的電壓信號(hào)進(jìn)行采集；
[0013]步驟2，ECU對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，如果超級(jí)電容端電壓值大于規(guī)定的電壓上限閥值，控制單元ECU輸出控制信號(hào)給MOS管的驅(qū)動(dòng)芯片IR2101，然后控制MOS管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)充電電容與放電電容的切換；
[0014]步驟3，若由于電路故障，使得兩個(gè)超級(jí)電容的端電壓均大于規(guī)定的電壓上限閥值，則DC/DC變換器的輸出端與兩個(gè)超級(jí)電容斷開，與一個(gè)大功率電阻R串聯(lián)并報(bào)警；
[0015]步驟4，如果超級(jí)電容端電壓值不大于規(guī)定的電壓上限閥值，判斷其值是否小于規(guī)定的電壓下限閥值，若小于，控制單元ECU輸出控制信號(hào)給MOS管的驅(qū)動(dòng)芯片IR2101，控制MOS管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)充電電容與放電電容的切換；
[0016]步驟5，若超級(jí)電容端電壓不小于規(guī)定的電壓下限閥值，則返回判斷入口重復(fù)判斷。
[0017]進(jìn)一步，所述步驟3的具體過程為:
[0018]若由于電路故障或者電機(jī)發(fā)電效率過高、放電電容放電效率過低，兩個(gè)超級(jí)電容的端電壓均大于規(guī)定的電壓上限閥值，控制單元ECU輸出的III路高電平脈沖給光電耦合器，使DC/DC變換器的輸出端與蜂鳴器及大功率電阻R串聯(lián)，電路發(fā)出故障警報(bào)，電機(jī)產(chǎn)生的電能以熱能的形式耗散掉；同時(shí)與DC/DC變換器輸出端及兩個(gè)超級(jí)電容相連的MOS管同時(shí)處于斷開狀態(tài)，與能量總儲(chǔ)裝置輸入端及兩個(gè)超級(jí)電容相連的MOS管同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，使兩個(gè)超級(jí)電容同時(shí)向能量總儲(chǔ)裝置放電。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明加入了針對(duì)電壓過大時(shí)的報(bào)警及內(nèi)阻直接耗能的保護(hù)措施。
[0021]2.傳統(tǒng)的由四個(gè)MOS管組成的充放電電路或緊緊用于實(shí)現(xiàn)充放電，或作為一種緩沖電路使用，而本發(fā)明中此電路用于實(shí)現(xiàn)調(diào)整直線電機(jī)作動(dòng)力范圍，進(jìn)而提高懸架的乘坐舒適性同時(shí)，提升整個(gè)饋能系統(tǒng)的能量回收效率。
[0022]3.本發(fā)明中利用MOS管驅(qū)動(dòng)芯片輸出兩路相反脈沖的工作特性，讓第一第二兩個(gè)MOS管開關(guān)信號(hào)同源，第三第四兩個(gè)MOS管開關(guān)信號(hào)同源，控制邏輯更加簡易，加上IR2101可實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能，驅(qū)動(dòng)更加穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)工作效果更加理想。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路圖；
[0024]圖2為超級(jí)電容端電壓檢測電路；
[0025]圖3為超級(jí)電容的切換邏輯原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案做進(jìn)一步的闡述。
[0027]本發(fā)明的一種直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路及其方法，包括控制單元ECU、電壓檢測電路、超級(jí)電容充放電切換邏輯、開關(guān)管控制電路。所述控制單元ECU通過檢測兩個(gè)超級(jí)電容A、B兩端的電壓，當(dāng)充電電容電壓達(dá)到規(guī)定值即切換為放電電容，同時(shí)放電電容切換為充電電容。充電電容負(fù)責(zé)吸收發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量，放電電容始終向能量總儲(chǔ)裝置或者電池提供能量。所述控制單元ECU用于數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，判斷充電電容是否大于規(guī)定值，放電電容是否小于規(guī)定值，若滿足切換條件，充電電容和放電電容進(jìn)行工作模式切換，充電電容變?yōu)榉烹婋娙?，放電電容變?yōu)槌潆婋娙荨?br>[0028]所述電壓檢測電路包括:兩個(gè)超級(jí)電容A、B的一端接地(DC/DC變換器輸出端的負(fù)極)，另一端與放大器反相輸入端電阻相連，反相輸入端電阻的另一端同時(shí)與反饋電阻的一端和放大器的反相輸入端相連，反饋電阻的另一端與放大器的輸出端相連，放大器輸出端與控制單元的信號(hào)輸入端相連。參考電壓與放大器的正相輸入端電阻相連，正相輸入端電阻的另一端與放大器的正相輸入端相連。
[0029]如圖1所示直線電機(jī)式饋能懸架系統(tǒng)超級(jí)電容模式切換電路的控制單元E⑶，通過采集兩個(gè)超級(jí)電容A和B的端電壓進(jìn)行分析判斷，輸出的控制信號(hào)I和II分別給兩個(gè)MOS管的驅(qū)動(dòng)芯片IR2101。圖中與I路信號(hào)線相連的IR2101給①和②兩個(gè)MOS管(第一MOS管、第二 MOS管)發(fā)送控制信號(hào)，圖中與II路信號(hào)線相連的IR2101給③和④兩個(gè)MOS管(第三MOS管、第四MOS管)發(fā)送控制信號(hào)，圖中的III路控制信號(hào)給光電耦合器發(fā)送控制信號(hào)。正常工作情況下，①和④同時(shí)導(dǎo)通、關(guān)斷，②和③同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。圖中的直線電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作時(shí)輸出的三相交流電經(jīng)過整流器整流后輸送給DC/DC變換器在經(jīng)過模式切換電路后儲(chǔ)能。
[0030]如圖2所示本發(fā)明的電壓檢測電路實(shí)現(xiàn)原理圖:
[0031]所述電壓檢測電路中被監(jiān)測充電或者放電電容(兩個(gè)超級(jí)電容)的一端接地(DC/DC變換器輸出端的負(fù)極)，另一端與運(yùn)算放大器LF353的反相輸入端電阻Rl相連，反相輸入端電阻Rl的另一端同時(shí)與反饋電阻R3的一端及放大器LF353的反相輸入端相連，反饋電阻R3的另一端與放大器LF353的輸出端相連，放大器LF353輸出端與控制單元ECU的信號(hào)輸入端相連。參考電壓VREF與放大器LF353的正相輸入端電阻R2相連，正相輸入端電阻R2的另一端與放大器LF353的正相輸入端相連。
[0032]如圖3所示為本發(fā)明的超級(jí)電容切換原理圖，具體過程為:
[0033]所述控制單元ECU對(duì)電壓監(jiān)測電路的電壓信號(hào)進(jìn)行采集并計(jì)算分析，若超級(jí)電容A或B有一個(gè)電壓值大于規(guī)定的電壓上限閥