基于磁流變液阻尼器運行狀態(tài)敏感電流源設計

1、引言?

汽車(chē)懸架系統阻尼特性的合理匹配對提高乘坐舒適性和操縱穩定性起著(zhù)至關(guān)重要的作用。目前，國外汽車(chē)制造商普遍采用更換不同阻尼特性的一系列阻尼器或者機械式可調阻尼器，主觀(guān)與客觀(guān)評價(jià)相結合的方法進(jìn)行懸架阻尼參數的實(shí)驗匹配，國內汽車(chē)企業(yè)尚需國外技術(shù)支持。但該匹配法只能實(shí)現壓縮阻尼與復原阻尼聯(lián)動(dòng)調節(或阻尼離散調節)，很難實(shí)現懸架阻尼參數的最優(yōu)與自動(dòng)匹配，因此，研究具有自主知識產(chǎn)權和創(chuàng )新特色的自動(dòng)匹配方法，對提高我國汽車(chē)懸架的開(kāi)發(fā)能力具有重要的現實(shí)意義。

阻尼可調的磁流變阻尼器具有傳統的被動(dòng)液力阻尼器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，利用它來(lái)代替人工調節機械式可調阻尼器研究汽車(chē)懸架阻尼參數的最優(yōu)與自動(dòng)匹配是一種較理想的選擇。汽車(chē)懸架阻尼參數自動(dòng)匹配的理論方法與關(guān)鍵實(shí)現技術(shù)涉及一系列問(wèn)題需要解決，研制成功能辨識汽車(chē)阻尼器運行狀態(tài)(復原與壓縮工況)的可控狀態(tài)敏感電流源是關(guān)鍵技術(shù)之一，對于特定的汽車(chē)磁流變阻尼器，針對給定的激勵條件，通過(guò)調節勵磁電流實(shí)現阻尼器壓縮與復原阻尼參數的獨立調節，使汽車(chē)的操縱穩定性和乘坐舒適性達到最優(yōu)，獲取阻尼器在該激勵下的阻尼特性，為成功開(kāi)發(fā)出汽車(chē)懸架阻尼參數自動(dòng)匹配裝置奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎。

2、系統組成及軟硬件設計

2.1 系統工作原理及組成

系統的工作原理是：在某一時(shí)刻，通過(guò)對固定于阻尼器活塞桿和工作腔上的傳感器來(lái)的數據進(jìn)行分析，判斷出阻尼器與上一時(shí)刻比較是處于拉伸或是壓縮狀態(tài)，根據不同的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)改變通過(guò)阻尼器勵磁線(xiàn)圈的電流，引起內部磁場(chǎng)變化，從而達到改變其阻尼力的目的。

工作時(shí)，阻尼器在豎直方向的主振頻率約幾赫茲，振動(dòng)幅度最大約幾百毫米，要判斷其在某一時(shí)刻與上一時(shí)刻比較是處于拉伸或是壓縮，用超聲波來(lái)判斷是一種較經(jīng)濟的方法；但由于超聲測距的時(shí)延性，要準確測得其渡越時(shí)間較困難，國內外學(xué)者在這方面作了大量的努力；本課題由于并不需要知道減振器精確的振動(dòng)位移數據，因此采用了兩次測得的時(shí)間值比較的方式來(lái)判斷減振器的拉伸或壓縮狀態(tài)。

系統組成如圖1所示，超聲波部分感知阻尼器的運動(dòng)狀態(tài)，數字信號處理器TMS320LF2407A對阻尼器的運動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行識別，然后輸出控制信號作用于電流驅動(dòng)器。

圖1 磁流變液阻尼器運行狀態(tài)敏感電流源系統組成框圖

2.2 系統主要硬件設計

2.2.1 超聲波發(fā)射模塊

超聲波發(fā)射電路如圖2所示，由于測量距離小，系統沒(méi)有采用變壓器升壓來(lái)驅動(dòng)超聲波換能器，直接由控制器定時(shí)產(chǎn)生40KHz的超聲脈沖信號，驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管3904，為了向發(fā)射頭提供較大的驅動(dòng)電流，采用了兩個(gè)非門(mén)并聯(lián)連接形式;為了有效的遏制超聲波發(fā)射頭的余振，用一個(gè)非門(mén)為驅動(dòng)器的一側提供180度的相移信號，另一側由相內信號驅動(dòng)；供電電壓采用5V；電容C2、C3阻斷直流通路，將直流電壓轉換為等幅的交變電壓，使發(fā)射頭能夠長(cháng)時(shí)間可靠、穩定的工作。

圖2 超聲波發(fā)射電路2.2.2 超聲波接收模塊

超聲波接收模塊采用CX20106A芯片，該芯片內部由前置放大器、限幅放大器、寬頻帶濾波、檢波、波形整形、滯后比較器等電路構成；1腳為信號輸入，2腳是前置放大器頻率特性和增益設定端，3腳接峰值檢波電容，5腳電阻設定帶通濾波器的中心頻率，6腳接積分電容，7腳輸出，當檢測到信號時(shí)輸出一低電平，由于要與DSP的電平(高為3.3伏)匹配，采用了R3，R4分壓。

圖3 超聲波接收電路

2.2.3 主控制器及外圍電路

控制器采用了TI公司的TMS320LF2407A數字信號處理器，片內有高達32K