专利名称：一种空气悬架客车车身高度检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气悬架客车车身高度检测系统，更具体地说能够补偿温度漂移、 精确测量车身高度变化值的系统。
背景技术：
车身高度是空气悬架控制系统中最重要的信息之一。空气悬架客车控制过程中需要实 时检测车身高度、空气弹簧的充放气以及高度切换等等，这一切都需要基于准确的车身高 度信息，但是车辆行驶的环境复杂，尤其周围环境温度的变化，硬件电路的各电子元件参 数变化将导致高度检测的误差增加，这些因素都会使得悬架控制偏离理想状态，不利于空 气悬架客车的控制。目前主要通过温度传感器来软件补偿输出信号的偏差，这样增加了控
制器的制造成本，而且硬度电路本身的温度变化不能得到有效补偿。 发明内容
针对以上检测的不足，本实用新型提供一种用于电子控制空气悬架系统的高度检测系 统，能够补偿温度漂移，为空气悬架控制器提供准确的高度信息。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案在车架和车桥之间安装高度传感器， 所述高度传感器固定在摆杆的一端，摆杆的另一端与连接杆活动连接，连接杆的另一端固 定在车桥上；高度传感器包含一个线圈和一个在线圈中可上下运动的铁芯，线圈连接检测 电路。
所述检测电路包括将所述线圈与续流二极管Dl并联到运算放大器的反相端，运 算放大器^C2的反相端与其输出端之间接电阻W3 ，运算放大器/C2的输出端通过电阻^6'
连接到运算放大器7C3的反相端，运算放大器,C3的输入端与电源^c之间连接电阻^5',
其输出端连接三极管01的基极，集电极通过电阻^与电源^d相连，其发射极连接到光 电耦合器冗4的2脚；光电耦合器JC4的输出端6脚与施密特触发器/C5的5脚连接，施密
特触发器JC5的6脚输出高度信号；电阻及l、及2串联后与电容Cl并联后接到电源^c与 地之间组成给定电路且分压后连接到模拟开关/Cl的13脚，模拟开关/Cl的11脚连接单片 机，模拟开关/Cl的输出端3脚连接运算放大器/C2的同相端。
本实用新型当车身高度变化时，通过摆杆转角使得传感器中的铁芯在线圈中频繁地移动，从而改变电感值大小来实现高度的测量。通过单片机控制模拟开关/Cl，对高度传感 器的电感L进行充放电，同时需要单片机捕捉信号来获得传感器的输出值。本实用新型的
电阻及5'和i 6'为待调电阻，同时及3选择负温度系数的碳膜电阻，这样在电路设计调试过 程中，可以根据实际情况调节电阻及5'、及6*的差别来补偿温度漂移，从而保证车身高度 测量的准确性。在28。C条件下，高度信号波动范围为0.3卢，误差不到1%。而当环境温 度从28。C上升到80。C的过程中，高度信号波动范围为1.5卢，误差不到5%。能够即时
补偿温度漂移，提供准确的高度信息，完全能够满足对车辆高度检测的要求。
图1是本实用新型的连接示意图2是图1的髙度传感器5的工作原理图3是图1中车身高度检测电路8的硬件电路连接图。
具体实施方式
图1为连接空气悬架客车车架1、车桥4和高度传感器5位置示意图，即车身高度检 测是获得车架1与车桥4相对位移变化，其中电感性高度传感器5原理如图2所示，它包 含一个线圈7和一个在线圈7中可上下运动铁芯6。高度传感器5固定在摆杆2的一端， 摆杆2的另一端与连接杆3的一端活动连接，连接杆3的另一端固定在车桥4上；将高度 传感器5中的线圈7连接检测电路8。其工作原理是当车身高度变化时，通过摆杆2转角 使得传感器中的铁芯6在线圈7中频繁地移动，从而改变电感值大小来实现高度的测量。 硬件电路是结合控制器检测电感性传感器的时间常数获得车身高度值，硬件电路的组接方 式如图3所示，选用电感性传感器和设计其检测电路8。电阻^、 ^2串联后与起保护作用
的电容Cl并联后接到电源Fcc与地之间组成给定电路,分压后连接到模拟开关/Cl的u脚， 其中由单片机与模拟开关JC1的11脚连接控制，其输出端3脚连接运算放大器1C2的同相 端，同时高度传感器5的线圈7 (图3中虚线框部分)与续流二极管^1并联接到运算放大 器1C2的反相端，运算放大器/C2的反相端与其输出端之间接电阻i 3,在运算放大器/C2的
输出端通过电阻及6'连接到运算放大器JC3的反相端，运算放大器^3的输入端与电源^ 之间连接电阻及5'，其输出端连接三极管0i的基极，集电极通过电阻及8与电源^d相连，其发射极连接到光电耦合器/<:"4的2脚，光电耦合器/C4的输出端6脚与施密特触发器/C5
的5脚连接，施密特触发器/C5的6脚输出高度信号。其工作原理是通过单片机控制模拟 开关/Cl，对高度传感器5的线圈电感L进行充放电，同时需要单片机捕捉信号来获得传 感器的输出值，这里的检测电路作为空气悬架控制器的一部分。 实施例
本实用新型车身高度检测系统的硬件电路设计的控制单元是以8位单片机为核心组成 的测控系统。
如图3所示，车身高度检测电路8中，所有的运算放大器均采用正负9F的电源供电， 由24F客车电源变换而来。5F的标准电源rCC通过电阻i l、 i 2分压。其中，
i l: 3.3;tQ i 2: 680Q i 3: i;fcQ 7 4: 120Q i 5':10itQ i 6':0Q i 7:22ifcQi 8: 1.3ifcQ i 9: 10;tQi 10:10m
CI: 0.1//FC2: 0.1//F
/C1:C測51 /C2: 7X082 /C3: 7X082 线6JV137/C5: 40106 0:9031饥UV5024
下面具体介绍车身高度检测系统的工作过程单片机来控制模拟开关/Cl的通断，高度
传感器5与运算放大器/C2的反相端相连接，00^77 (9￡端与单片机//<9口直接相连，
ot/rp[/r端与单片机时基模块的端口相连，该端口设置成输入下降沿捕捉模式。该电路的
工作过程如下起始状态下，CCW77 (兀端为高电平，模拟开关/Cl的3脚接14脚接地， 这时电感不充电，运算放大器/C2输出接近于0r，因此比较器/C3输出接近于9r的高电
平信号，三极管gl导通，光电耦合器/C4的输入端2脚流过6w^4左右的电流，由电路可知，
光电耦合器/C4输出端6脚为低电平信号，施密特触发器/C5输出3F的高电平信号。输出 端的光电耦合器/C4和施密特触发器/C5完成信号的调理和电平转换。单片机在COiV77 C^ 端送入低电平，模拟开关/Cl的3脚与13脚接通，单片机对OCT7PLT端口的下降沿信号进 行捕捉并开始计时，此时运放/C2的反向端产生0.85K左右的电压信号，开始为电感充电，
电感电流开始上升，当/C3的反向端大于5K时，比较器/C3输出端为低电平，三极管0截
止，光电耦合器/C4的输入端2脚电流基本为零，从而使/C4的输出端6脚为高电平，施密特触发器/C5输出端6脚为低电平信号。这时单片机在端捕捉到信号的下降沿， 单片机计时结束，这样就计算出了电感的充电时间。同时在输入端送入高电平信号，使电
感通过续流二极管/)i续流，并为下一次的测量高度做准备。调节电路中电阻i 5、 i 6的大 小差别来补偿温度漂移；同时传感器内电阻i 4 (内含电感线圈的铜线电阻)实测为负温度 系数，因此i 3也选用负温度系数的碳膜电阻以补偿温度变化。
该检测电路8的主要部分可理解为阶跃信号激励下的i 丄串联电路(高度传感器可等效 为i Z串联电路)，则电感电流与充电时间的关系为
」
其中，/,为趋向于无穷大时的电感电流，r为充电时间常数。由于当？<7"时电感电流
上升最为急剧，从而电压上升最快，如果与标准电压进行比较，使电压比较器/C3输出陡 峭的下降沿，产生的误差最小。所以设计电路时，应使电感的充电时间保持在一个t以内 最为合适。本发明中选用的高度传感器5电感值在8-35w/Z之间，根据r二Z/i ，因此t
在67/zy—292卢之间，而单片机时钟周期设置为0. 18卢，这样单片机的计数值n在372
一1622之间，如果n的值足够大，能够提高单片机测量充电时间的精度。所以应使充电时 间M、于r的同时，尽量接近于r，使f略小于r。
采用以上的检测电路8硬对高度传感器5进行检测，根据实际测量可得，环境温度
为28。C条件下，高度传感器5每逆时针转过1度，电感充电时间增加，车身高度增 加4wm。在28。C条件下，高度信号波动范围为0.3/^，误差不到1%。而当环境温度从 28。C上升到80。C的过程中，高度信号波动范围为1.5/^，误差不到5%，完全能够满足 对车辆高度检测的要求。
权利要求1.一种空气悬架客车车身高度检测系统，在车架(1)和车桥(4)之间安装高度传感器(5)，其特征是所述高度传感器(5)固定在摆杆(2)的一端，摆杆(2)的另一端与连接杆(3)活动连接，连接杆(3)的另一端固定在车桥(4)上；高度传感器(5)包含一个线圈(7)和一个在线圈(7)中可上下运动的铁芯(6)，线圈(7)连接检测电路(8)。
2. 根据权利要求1所述的一种空气悬架客车车身高度检测系统，其特征是所述检 测电路(8)包括将所述线圈(7)与续流二极管D1并联到运算放大器7C2的反相端，运算放大器7C2的反相端与其输出端之间接电阻i 3 ,运算放大器/C2的输出端通过电阻 及6'连接到运算放大器/C3的反相端，运算放大器/C3的输入端与电源Fcc之间连接电阻 及5'，其输出端连接三极管^的基极，集电极通过电阻及8与电源^1相连，其发射极连 接到光电耦合器7C4的2脚；光电耦合器/C4的输出端6脚与施密特触发器^C5的5脚连接，施密特触发器7C5的6脚输出高度信号；电阻及l、 i 2串联后与电容Cl并联后接到电源F"与地之间组成给定电路且分压后连接到模拟开关/C1的13脚，模拟开关/Cl的11 脚连接单片机，模拟开关/Cl的输出端3脚连接运算放大器/C2的同相端。
专利摘要本实用新型公开了一种空气悬架客车车身高度检测系统，在车架和车桥之间安装高度传感器，所述高度传感器固定在摆杆的一端，摆杆的另一端与连接杆活动连接，连接杆的另一端固定在车桥上；高度传感器包含一个线圈和一个在线圈中可上下运动的铁芯，线圈连接检测电路。本实用新型通过摆杆转角使得传感器中的铁芯在线圈中频繁地移动改变电感值大小来实现高度的测量，通过单片机控制模拟开关，对高度传感器的电感进行充放电，单片机捕捉信号获得传感器的输出值，能够即时补偿温度漂移，提供准确的高度信息，完全满足对车辆高度检测的要求。
文档编号G01B7/02GK201352107SQ200820186679
公开日2009年11月25日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者力 全, 岑慎洪, 兴 徐, 李仲兴, 炳 王, 云 秦, 陈照章 申请人:江苏大学;浙江稳达减振器有限公司