基于磁流變液阻尼器運行狀態(tài)敏感電流源設(shè)計

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械式可調(diào)阻尼器，主觀與客觀評價相結(jié)合的方法進行懸架阻尼參數(shù)的實驗匹配，國內(nèi)汽車企業(yè)尚需國外技術(shù)支持。但該匹配法只能實現(xiàn)壓縮阻尼與復(fù)原阻尼聯(lián)動調(diào)節(jié)(或阻尼離散調(diào)節(jié))，很難實現(xiàn)懸架阻尼參數(shù)的最優(yōu)與自動匹配，因此，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)和創(chuàng)新特色的自動匹配方法，對提高我國汽車懸架的開發(fā)能力具有重要的現(xiàn)實意義。

阻尼可調(diào)的磁流變阻尼器具有傳統(tǒng)的被動液力阻尼器無可比擬的優(yōu)點，利用它來代替人工調(diào)節(jié)機械式可調(diào)阻尼器研究汽車懸架阻尼參數(shù)的最優(yōu)與自動匹配是一種較理想的選擇。汽車懸架阻尼參數(shù)自動匹配的理論方法與關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)涉及一系列問題需要解決，研制成功能辨識汽車阻尼器運行狀態(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，針對給定的激勵條件，通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)阻尼器壓縮與復(fù)原阻尼參數(shù)的獨立調(diào)節(jié)，使汽車的操縱穩(wěn)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，為成功開發(fā)出汽車懸架阻尼參數(shù)自動匹配裝置奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

2、系統(tǒng)組成及軟硬件設(shè)計

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)進行分析，判斷出阻尼器與上一時刻比較是處于拉伸或是壓縮狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)，動態(tài)改變通過阻尼器勵磁線圈的電流，引起內(nèi)部磁場變化，從而達到改變其阻尼力的目的。

工作時，阻尼器在豎直方向的主振頻率約幾赫茲，振動幅度最大約幾百毫米，要判斷其在某一時刻與上一時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)濟的方法；但由于超聲測距的時延性，要準(zhǔn)確測得其渡越時間較困難，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位移數(shù)據(jù)，因此采用了兩次測得的時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動狀態(tài)，數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A對阻尼器的運動狀態(tài)進行識別，然后輸出控制信號作用于電流驅(qū)動器。

圖1 磁流變液阻尼器運行狀態(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

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)動超聲波換能器，直接由控制器定時產(chǎn)生40KHz的超聲脈沖信號，驅(qū)動開關(guān)管3904，為了向發(fā)射頭提供較大的驅(qū)動電流，采用了兩個非門并聯(lián)連接形式;為了有效的遏制超聲波發(fā)射頭的余振，用一個非門為驅(qū)動器的一側(cè)提供180度的相移信號，另一側(cè)由相內(nèi)信號驅(qū)動；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)檢測到信號時輸出一低電平，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)字信號處理器，片內(nèi)有高達32K