基于磁流變液阻尼器運(yùn)行狀態(tài)敏感電流源設(shè)計(jì)

1、引言?

汽車懸架系統(tǒng)阻尼特性的合理匹配對提高乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。目前，國外汽車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(jī)械式可調(diào)阻尼器，主觀與客觀評價(jià)相結(jié)合的方法進(jìn)行懸架阻尼參數(shù)的實(shí)驗(yàn)匹配，國內(nèi)汽車企業(yè)尚需國外技術(shù)支持。但該匹配法只能實(shí)現(xiàn)壓縮阻尼與復(fù)原阻尼聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)(或阻尼離散調(diào)節(jié))，很難實(shí)現(xiàn)懸架阻尼參數(shù)的最優(yōu)與自動(dòng)匹配，因此，研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新特色的自動(dòng)匹配方法，對提高我國汽車懸架的開發(fā)能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

阻尼可調(diào)的磁流變阻尼器具有傳統(tǒng)的被動(dòng)液力阻尼器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，利用它來代替人工調(diào)節(jié)機(jī)械式可調(diào)阻尼器研究汽車懸架阻尼參數(shù)的最優(yōu)與自動(dòng)匹配是一種較理想的選擇。汽車懸架阻尼參數(shù)自動(dòng)匹配的理論方法與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)涉及一系列問題需要解決，研制成功能辨識(shí)汽車阻尼器運(yùn)行狀態(tài)(復(fù)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，對于特定的汽車磁流變阻尼器，針對給定的激勵(lì)條件，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)阻尼器壓縮與復(fù)原阻尼參數(shù)的獨(dú)立調(diào)節(jié)，使汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性達(dá)到最優(yōu)，獲取阻尼器在該激勵(lì)下的阻尼特性，為成功開發(fā)出汽車懸架阻尼參數(shù)自動(dòng)匹配裝置奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2、系統(tǒng)組成及軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作原理及組成

系統(tǒng)的工作原理是：在某一時(shí)刻，通過對固定于阻尼器活塞桿和工作腔上的傳感器來的數(shù)據(jù)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(jù)不同的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)改變通過阻尼器勵(lì)磁線圈的電流，引起內(nèi)部磁場變化，從而達(dá)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，用超聲波來判斷是一種較經(jīng)濟(jì)的方法；但由于超聲測距的時(shí)延性，要準(zhǔn)確測得其渡越時(shí)間較困難，國內(nèi)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(shù)據(jù)，因此采用了兩次測得的時(shí)間值比較的方式來判斷減振器的拉伸或壓縮狀態(tài)。

系統(tǒng)組成如圖1所示，超聲波部分感知阻尼器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2407A對阻尼器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，然后輸出控制信號(hào)作用于電流驅(qū)動(dòng)器。

圖1 磁流變液阻尼器運(yùn)行狀態(tài)敏感電流源系統(tǒng)組成框圖

2.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

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(tǒng)沒有采用變壓器升壓來驅(qū)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(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管3904，為了向發(fā)射頭提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，采用了兩個(gè)非門并聯(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)非門為驅(qū)動(dòng)器的一側(cè)提供180度的相移信號(hào)，另一側(cè)由相內(nèi)信號(hào)驅(qū)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(zhuǎn)換為等幅的交變電壓，使發(fā)射頭能夠長時(shí)間可靠、穩(wěn)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(nèi)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(gòu)成；1腳為信號(hào)輸入，2腳是前置放大器頻率特性和增益設(shè)定端，3腳接峰值檢波電容，5腳電阻設(shè)定帶通濾波器的中心頻率，6腳接積分電容，7腳輸出，當(dāng)檢測到信號(hào)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(shù)字信號(hào)處理器，片內(nèi)有高達(dá)32K