專利名稱：基于磁流變技術(shù)的汽車懸架系統(tǒng)阻尼匹配試驗(yàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中阻尼匹配試驗(yàn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
阻尼匹配是汽車懸架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各個(gè)汽車主機(jī)廠的新車型投產(chǎn)前都必須進(jìn)行阻尼匹配試驗(yàn)。目前各廠阻尼匹配試驗(yàn)所采用的方法是預(yù)先設(shè)計(jì)一組(多達(dá)十種，甚至數(shù)十種)不同阻尼值的阻尼器在實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)行不同參數(shù)下的阻尼匹配試驗(yàn)，直到選出一種認(rèn)為最佳匹配的阻尼器為止。這種試驗(yàn)更換阻尼器勞動(dòng)強(qiáng)度大，試驗(yàn)周期長、成本高，而且由于阻尼力事先已由結(jié)構(gòu)參數(shù)和阻尼油所決定，無法連續(xù)調(diào)節(jié)，這種試驗(yàn)結(jié)果難以達(dá)到最優(yōu)的阻尼匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于磁流變技術(shù)的汽車懸架系統(tǒng)阻尼匹配試驗(yàn)方法及系統(tǒng)，減化阻尼匹配的試驗(yàn)強(qiáng)度，縮短試驗(yàn)周期，并達(dá)到阻尼最優(yōu)匹配。
基于磁流變技術(shù)的磁流變阻尼器(MRD)，是利用磁流變液在磁場作用下，表觀粘度能夠在一定范圍內(nèi)單調(diào)遞調(diào)可逆變化的特性設(shè)計(jì)的阻尼無級可調(diào)的器件，能夠滿足汽車懸架阻尼最優(yōu)匹配試驗(yàn)要求。
本發(fā)明采用的方法如下采用可在垂直方向上自由運(yùn)動(dòng)的模擬汽車簧上質(zhì)量、與動(dòng)作頭連接的模擬汽車簧下質(zhì)量、以及連接在它們之間的位移傳感器(LVDT)、彈簧和磁流變阻尼器(MRD)、安裝在簧上質(zhì)量上的力傳感器、外圍的峰值檢測模塊、切換模擬開關(guān)和反饋控制器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)前通過設(shè)置電位器分別設(shè)置所需的磁流變阻尼器復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值，得到相應(yīng)的電壓信號，當(dāng)動(dòng)作頭上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)，對系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)(通常是正弦激勵(lì)或三角波激勵(lì))時(shí)，位移傳感器輸出阻尼器活塞相對位移信號，在阻尼器運(yùn)動(dòng)方向由壓縮變?yōu)槔旎蛴衫熳優(yōu)閴嚎s時(shí)(運(yùn)動(dòng)的頂點(diǎn))，阻尼器活塞的相對位移信號達(dá)到正/負(fù)最大值，由峰值檢測模塊檢測位移信號最大時(shí)刻并輸出高電平觸發(fā)模擬開關(guān)切換，通過切換模擬開關(guān)將設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值相應(yīng)的電壓信號輸入給控制器作給定值，然后通過控制器的反饋控制磁流變阻尼器(MRD)，使磁流變阻尼器(MRD)達(dá)到所設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值。這樣只要改變阻尼力設(shè)置值進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，就能實(shí)現(xiàn)阻尼最優(yōu)匹配。
其中控制器的反饋控制過程如下阻尼力給定值與調(diào)理后的力反饋信號比較，得到控制誤差E輸入給變速積分PID控制器，按照控制方程(1)確定控制信號U，U控制電流驅(qū)動(dòng)器輸出相應(yīng)的電流I給磁流變阻尼器(MRD)作為勵(lì)磁電流，從而調(diào)節(jié)MRD的阻尼力，完成一次控制循環(huán)。
U(k)=KpE(k)+KiΣj=0kE(j)+Kp[E(k)-E(k-1)}]---(1)]]>式中k——采樣序號，k＝0，1，2，......
E(k)——第k次采樣時(shí)輸入的偏差值E(k-1)——第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值Ki——積分系數(shù)，Ki＝KpT/T1Kd——微分?jǐn)?shù)系，Kd＝KpTD/T1U(k)——第k次采樣時(shí)刻輸出值T1為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期上述反饋控制算法可用PID控制，但并不局限于PID控制。由于采用微計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)，控制軟件編制具有靈活性，模糊控制，最優(yōu)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等算法均可用于本系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述方法本發(fā)明設(shè)計(jì)了如下的汽車懸架阻尼匹配試驗(yàn)系統(tǒng)該系統(tǒng)由框架、簧上質(zhì)量、動(dòng)作頭、簧下質(zhì)量、彈簧、磁流變阻尼器、位移傳感器、力傳感器、峰值檢測模塊、切換模擬開關(guān)和反饋控制器組成，簧上質(zhì)量可在垂直方向上自由運(yùn)動(dòng)，簧下質(zhì)量連接在動(dòng)作頭上，位移傳感器、彈簧和磁流變阻尼器連接在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間，簧上質(zhì)量上安裝力傳感器。位移傳感器的信號線連接至峰值檢測模塊，峰值檢測模塊的輸出信號接入切換模擬開關(guān)，切換模擬開關(guān)將預(yù)先設(shè)置的所需MRD的復(fù)原阻尼值和壓縮阻尼值轉(zhuǎn)換為電壓信號接入反饋控制器做給定值，反饋控制器的控制線接磁流變阻尼器，力傳感器的信號線接入反饋控制器。
本發(fā)明中的阻尼匹配實(shí)驗(yàn)技術(shù)不但可以用于臺架試驗(yàn)，去掉框架和動(dòng)作頭等輔助裝置后，也可以直接將磁流變阻尼器(MRD)及控制器安裝于汽車懸架中，用于實(shí)車道路匹配試驗(yàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用MR阻尼器的阻尼力連續(xù)可調(diào)的特性和反饋控制，能較快較準(zhǔn)確地確定最優(yōu)的阻尼匹配，大大減化了阻尼匹配的試驗(yàn)強(qiáng)度，縮短試驗(yàn)周期，而且利用本發(fā)明所設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，可以做到阻尼器壓縮阻尼力和復(fù)原阻尼力分別設(shè)置，精確調(diào)節(jié)，達(dá)到阻尼最優(yōu)匹配的目的。


圖1是本試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本系統(tǒng)的控制原理圖；圖3是峰值檢測模塊框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示阻尼匹配的臺架試驗(yàn)采用1/4車輛模型，由框架1、框架1內(nèi)的可在垂直方向上自由運(yùn)動(dòng)的簧上質(zhì)量2、與動(dòng)作頭6連接的簧下質(zhì)量5、以及在簧上質(zhì)量2與簧下質(zhì)量5之間的力傳感器3、位移傳感器4、彈簧8和磁流變阻尼器(MRD)7組成，另外與之相匹配的外圍設(shè)備還有峰值檢測模塊、切換模擬開關(guān)、電位器和反饋控制器。在設(shè)備連接上，位移傳感器的信號線連接至峰值檢測模塊，峰值檢測模塊的輸出信號接入切換模擬開關(guān)，切換模擬開關(guān)將電位器預(yù)先設(shè)置的所需MRD的復(fù)原阻尼值和壓縮阻尼值轉(zhuǎn)換為電壓信號作為給定值接入反饋控制器，反饋控制器的控制線接磁流變阻尼器，力傳感器的信號線接入反饋控制器。具體實(shí)現(xiàn)過程設(shè)置作動(dòng)頭6以一定方式上下運(yùn)動(dòng)來對系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)(通常是正弦波或三角波激勵(lì))時(shí)，安裝在簧上—簧下質(zhì)量2與5之間的位移傳感器4檢測到位移峰值信號，通過模擬開關(guān)輸入到反饋控制器，同時(shí)切換模擬開關(guān)將設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值相應(yīng)的電壓信號輸入給反饋控制器做給定值，通過圖2所示的反饋控制，達(dá)到所設(shè)置的復(fù)原阻尼值和壓縮阻尼值。通過電位器設(shè)定不同的復(fù)原阻尼值和壓縮阻尼值進(jìn)行不同參數(shù)下的阻尼匹配試驗(yàn)，直到選出一種認(rèn)為最佳匹配的阻尼器為止。
結(jié)合圖2可見，其中的反饋控制過程阻尼力給定值與調(diào)理后的力反饋信號比較，得到控制誤差E輸入到PID控制器(比例-積分-微分控制器)，通過Kp、Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定，按照控制方程(1)將信號處理成所需的控制信號U輸入到電流驅(qū)動(dòng)器中輸出穩(wěn)定可調(diào)的電流I給磁流變阻尼器(MRD)作為勵(lì)磁電流，不同數(shù)值的勵(lì)磁電流就可以調(diào)節(jié)MRD產(chǎn)生不同的阻尼力，阻尼力又通過力傳感器和信號調(diào)理電路形成阻尼力反饋信號完成一次控制循環(huán)。
結(jié)合圖3可見，峰值檢測模塊工作過程位移信號經(jīng)低通濾波后，再經(jīng)A/D采樣輸入到DSP的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，利用“最大值法”完成對采樣數(shù)據(jù)的極值搜索，并輸出峰值。D/A模塊將輸出極值變換模擬觸發(fā)信號通過模擬開關(guān)輸入到控制器，同時(shí)切換模擬開關(guān)將設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值相應(yīng)的電壓信號輸入給控制器做給定值，完成峰值檢測整個(gè)過程。
本系統(tǒng)中所采用的電器元件的技術(shù)要求如下模擬開關(guān)要求模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻小，漏電流小，極間電容小和切換速度快。如MAX4729系列模擬開關(guān)具有3.5低RON(+2.7V電源)；0.45RON平坦度(+2.7V電源)；0.05通道間RON匹配度(+2.7V電源)；-3dB帶寬300MHz；低導(dǎo)通電容19.5pF；0.036％的總諧波失真低電源電流1nA；+1.8V至+5.5V單電源工作。
信號調(diào)理器能提供放大和溫度補(bǔ)償；適應(yīng)感應(yīng)器輸出敏感度從5mV/V到40mV/V；完全模擬信號路徑；3.2KHZ的快速頻率響應(yīng)等。如MAX1455EUE、MAX1455AUE、MAX1455EAE、MAX1455AAE、MAX1455C/D等都是很實(shí)用的汽車傳感器信號調(diào)理器。
峰值檢測模塊能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地測出位移信號的峰值。
控制器主要根據(jù)圖2的要求自己設(shè)計(jì)或者購買合適的控制器。
上述峰值檢測模塊、反饋控制器等可以由一片處理器實(shí)現(xiàn)，如德州儀器公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F240(見圖3)。
傳感器力傳感器要求測出10-4～104N的動(dòng)態(tài)力；位移傳感器測到-250～250mm，；傳感器誤差范圍0.1％～0.01％；頻響0.1～1kHz；對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能在惡劣環(huán)境、沖擊和振動(dòng)條件下工作；只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?gòu)造設(shè)計(jì)以及選用合適的材料，也能在高溫(或低溫)、強(qiáng)腐蝕及核輻射條件下可靠工作。
權(quán)利要求
1.基于磁流變技術(shù)的汽車懸架阻尼匹配試驗(yàn)方法，其特征在于采用可在垂直方向上自由運(yùn)動(dòng)的簧上質(zhì)量、與動(dòng)作頭連接的簧下質(zhì)量、以及連接在它們之間的位移傳感器、彈簧和磁流變阻尼器，設(shè)置在簧上質(zhì)量上的力傳感器、外圍的峰值檢測模塊切換模擬開關(guān)和反饋控制器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)前通過設(shè)置電位器分別設(shè)置所需的磁流變阻尼器復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值，得到相應(yīng)的電壓信號，當(dāng)動(dòng)作頭上下運(yùn)動(dòng)，對系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，通常是正弦位移激勵(lì)時(shí)，安裝在簧上—簧下質(zhì)量之間的位移傳感器檢測到位移峰值信號，通過切換模擬開關(guān)將設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值相應(yīng)的電壓信號輸入給反饋控制器做給定值，然后通過反饋控制器控制磁流變阻尼器，使磁流變阻尼器達(dá)到所設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值，達(dá)到阻尼最優(yōu)匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變技術(shù)的汽車懸架阻尼匹配試驗(yàn)方法，其特征在于反饋控制器的反饋控制過程如下阻尼力給定值與調(diào)理后的力反饋信號比較，得到控制誤差E輸入到比例-積分-微分控制器，通過控制程序中Kp、積分系數(shù)Ki和微分?jǐn)?shù)系Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定，按照以下控制方程U(k)=KpE(k)+KiΣj=0kE(j)+Kp[E(k)-E(k-1)}]]]>式中k——采樣序號，k＝0，1，2，……E(k)——第k次采樣時(shí)輸入的偏差值E(k-1)——第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值Ki——積分系數(shù)，Ki＝KpT/T1Kd——微分?jǐn)?shù)系，Kd＝KpTD/T1U(k)——第k次采樣時(shí)刻輸出值T1為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期將信號處理成所需的控制信號U輸入到電流驅(qū)動(dòng)器中輸出穩(wěn)定可調(diào)的電流I給磁流變阻尼器作為勵(lì)磁電流，不同數(shù)值的勵(lì)磁電流就可以調(diào)節(jié)磁流變阻尼器產(chǎn)生不同的阻尼力，阻尼力又通過力傳感器和信號調(diào)理電路形成阻尼力反饋信號完成一次控制循環(huán)。
3.基于磁流變技術(shù)的汽車懸架阻尼匹配試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由框架、簧上質(zhì)量、動(dòng)作頭、簧下質(zhì)量、彈簧、磁流變阻尼器、位移傳感器、力傳感器、峰值檢測模塊、切換模擬開關(guān)、電位器和反饋控制器組成，簧上質(zhì)量可在垂直方向上自由運(yùn)動(dòng)，簧下質(zhì)量連接在動(dòng)作頭上，位移傳感器、彈簧和磁流變阻尼器連接在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量之間，簧上質(zhì)量上安裝力傳感器，位移傳感器檢測到位移峰值信號，通過模擬開關(guān)輸入到反饋控制器，峰值檢測模塊的輸出信號接入切換模擬開關(guān)，切換模擬開關(guān)將由電位器預(yù)先設(shè)置的所需磁流變阻尼器的復(fù)原阻尼值和壓縮阻尼值轉(zhuǎn)換為電壓信號接入反饋控制器做給定值，反饋控制器的控制線接磁流變阻尼器，力傳感器的信號線接入反饋控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于磁流變技術(shù)的汽車懸架阻尼匹配試驗(yàn)方法及系統(tǒng)，它由簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量、彈簧和磁流變阻尼器、力傳感器、位移傳感器、外圍的峰值檢測模塊切換模擬開關(guān)和反饋控制器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)前通過設(shè)置所需的磁流變阻尼器復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值，得到相應(yīng)的電壓信號，當(dāng)動(dòng)作頭上下運(yùn)動(dòng)對系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，由位移傳感器檢測活塞相對位移信號峰值，通過切換模擬開關(guān)將設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值相應(yīng)的電壓信號輸入給反饋控制器做給定值，由反饋控制器控制流變阻尼器，使其達(dá)到所設(shè)置的復(fù)原阻尼值、壓縮阻尼值，達(dá)到阻尼最優(yōu)匹配。本發(fā)明可以減化阻尼匹配的試驗(yàn)強(qiáng)度，縮短試驗(yàn)周期，并達(dá)到阻尼最優(yōu)匹配。
文檔編號G01M17/007GK1758045SQ200510057350
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者余淼, 廖昌榮, 陳偉民, 毛林章, 董小閔, 張紅輝 申請人:重慶大學(xué)