CN100487411C - 基于磁流变技术的汽车悬架系统阻尼匹配试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于磁流变技术的汽车悬架阻尼匹配试验方法及系统，它由簧上质量、簧下质量、弹簧和磁流变阻尼器、力传感器、位移传感器、外围的峰值检测模块切换模拟开关和反馈控制器组成的试验系统，试验前通过设置所需的磁流变阻尼器复原阻尼值、压缩阻尼值，得到相应的电压信号，当动作头上下运动对系统进行激励，由位移传感器检测活塞相对位移信号峰值，通过切换模拟开关将设置的复原阻尼值、压缩阻尼值相应的电压信号输入给反馈控制器做给定值，由反馈控制器控制流变阻尼器，使其达到所设置的复原阻尼值、压缩阻尼值，达到阻尼最优匹配。本发明可以减化阻尼匹配的试验强度，缩短试验周期，并达到阻尼最优匹配。

Description

基于磁流变技术的汽车悬架系统阻尼匹配试验方法及系统

技术领域

本发明属于汽车悬架系统设计中阻尼匹配试验技术。

背景技术

阻尼匹配是汽车悬架设计的关键环节，各个汽车主机厂的新车型投产前都必须进行阻尼匹配试验。目前各厂阻尼匹配试验所采用的方法是预先设计一组(多达十种，甚至数十种)不同阻尼值的阻尼器在实验台架上进行不同参数下的阻尼匹配试验，直到选出一种认为最佳匹配的阻尼器为止。这种试验更换阻尼器劳动强度大，试验周期长、成本高，而且由于阻尼力事先已由结构参数和阻尼油所决定，无法连续调节，这种试验结果难以达到最优的阻尼匹配。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于磁流变技术的汽车悬架系统阻尼匹配试验方法及系统，减化阻尼匹配的试验强度，缩短试验周期，并达到阻尼最优匹配。

基于磁流变技术的磁流变阻尼器(MRD)，是利用磁流变液在磁场作用下，表观粘度能够在一定范围内单调递调可逆变化的特性设计的阻尼无级可调的器件，能够满足汽车悬架阻尼最优匹配试验要求。

本发明采用的方法如下：

采用可在垂直方向上自由运动的模拟汽车簧上质量、与动作头连接的模拟汽车簧下质量、以及连接在它们之间的位移传感器(LVDT)、弹簧和磁流变阻尼器(MRD)、安装在簧上质量上的力传感器、外围的峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器组成的试验系统，试验前通过设置电位器分别设置所需的磁流变阻尼器复原阻尼值、压缩阻尼值，得到相应的电压信号，当动作头上下循环运动，对系统进行激励(通常是正弦激励或三角波激励)时，位移传感器输出阻尼器活塞相对位移信号，在阻尼器运动方向由压缩变为拉伸或由拉伸变为压缩时(运动的顶点)，阻尼器活塞的相对位移信号达到正/负最大值，由峰值检测模块检测位移信号最大时刻并输出高电平触发模拟开关切换，通过切换模拟开关将设置的复原阻尼值、压缩阻尼值相应的电压信号输入给控制器作给定值，然后通过控制器的反馈控制磁流变阻尼器(MRD)，使磁流变阻尼器(MRD)达到所设置的复原阻尼值、压缩阻尼值。这样只要改变阻尼力设置值进行多组实验，就能实现阻尼最优匹配。

其中控制器的反馈控制过程如下：

阻尼力给定值与调理后的力反馈信号比较，得到控制误差E输入给变速积分PID控制器，按照控制方程(1)确定控制信号U，U控制电流驱动器输出相应的电流I给磁流变阻尼器(MRD)作为励磁电流，从而调节MRD的阻尼力，完成一次控制循环。

$U\left(k\right)=K_{p}E\left(k\right)+K_i\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}E\left(j\right)+K_p[E\left(k\right)-E(k-1)\}]$

                                                 (1)

式中k——采样序号，k＝0，1，2，......

E(k)——第k次采样时输入的偏差值

E(k—1)————第(k—1)次采样时刻输入的偏差值

Ki——积分系数，Ki＝KpT/T1  Kp——比例系数

Kd——微分数系，Kd＝KpTD/T1

U(k)——第k次采样时刻输出值

T1为积分时间常数，TD为微分时间常数，T为采样周期

上述反馈控制算法可用PID控制，但并不局限于PID控制。由于采用微计算机控制结构，控制软件编制具有灵活性，模糊控制，最优控制神经网络控制等算法均可用于本系统。

为实现上述方法本发明设计了如下的汽车悬架阻尼匹配试验系统：

该系统由框架、簧上质量、动作头、簧下质量、弹簧、磁流变阻尼器、位移传感器、力传感器、峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器组成，簧上质量可在垂直方向上自由运动，簧下质量连接在动作头上，位移传感器、弹簧和磁流变阻尼器连接在簧上质量和簧下质量之间，簧上质量上安装力传感器。位移传感器的信号线连接至峰值检测模块，峰值检测模块的输出信号接入切换模拟开关，切换模拟开关将预先设置的所需MRD的复原阻尼值和压缩阻尼值转换为电压信号接入反馈控制器做给定值，反馈控制器的控制线接磁流变阻尼器，力传感器的信号线接入反馈控制器。

本发明中的阻尼匹配实验技术不但可以用于台架试验，去掉框架和动作头等辅助装置后，也可以直接将磁流变阻尼器(MRD)及控制器安装于汽车悬架中，用于实车道路匹配试验。

本发明的优点是利用MR阻尼器的阻尼力连续可调的特性和反馈控制，能较快较准确地确定最优的阻尼匹配，大大减化了阻尼匹配的试验强度，缩短试验周期，而且利用本发明所设计方法和系统，可以做到阻尼器压缩阻尼力和复原阻尼力分别设置，精确调节，达到阻尼最优匹配的目的。

附图说明

图1是本试验系统的结构原理图；

图2是本系统的控制原理图；

图3是峰值检测模块框图。

具体实施方式

如图1所示阻尼匹配的台架试验采用1/4车辆模型，由框架1、框架1内的可在垂直方向上自由运动的簧上质量2、与动作头6连接的簧下质量5、以及在簧上质量2与簧下质量5之间的力传感器3、位移传感器4、弹簧8和磁流变阻尼器(MRD)7组成，另外与之相匹配的外围设备还有峰值检测模块、切换模拟开关、电位器和反馈控制器。在设备连接上，位移传感器的信号线连接至峰值检测模块，峰值检测模块的输出信号接入切换模拟开关，切换模拟开关将电位器预先设置的所需MRD的复原阻尼值和压缩阻尼值转换为电压信号作为给定值接入反馈控制器，反馈控制器的控制线接磁流变阻尼器，力传感器的信号线接入反馈控制器。具体实现过程：设置作动头6以一定方式上下运动来对系统进行激励(通常是正弦波或三角波激励)时，安装在簧上—簧下质量2与5之间的位移传感器4检测到位移峰值信号，通过模拟开关输入到反馈控制器，同时切换模拟开关将设置的复原阻尼值、压缩阻尼值相应的电压信号输入给反馈控制器做给定值，通过图2所示的反馈控制，达到所设置的复原阻尼值和压缩阻尼值。通过电位器设定不同的复原阻尼值和压缩阻尼值进行不同参数下的阻尼匹配试验，直到选出一种认为最佳匹配的阻尼器为止。

结合图2可见，其中的反馈控制过程：阻尼力给定值与调理后的力反馈信号比较，得到控制误差E输入到PID控制器(比例-积分-微分控制器)，通过Kp、Ki和Kd三个参数的设定，按照控制方程(1)将信号处理成所需的控制信号U输入到电流驱动器中输出稳定可调的电流I给磁流变阻尼器(MRD)作为励磁电流，不同数值的励磁电流就可以调节MRD产生不同的阻尼力，阻尼力又通过力传感器和信号调理电路形成阻尼力反馈信号完成一次控制循环。

结合图3可见，峰值检测模块工作过程：位移信号经低通滤波后，再经A/D采样输入到DSP的数据缓冲区，利用“最大值法”完成对采样数据的极值搜索，并输出峰值。D/A模块将输出极值变换模拟触发信号通过模拟开关输入到控制器，同时切换模拟开关将设置的复原阻尼值、压缩阻尼值相应的电压信号输入给控制器做给定值，完成峰值检测整个过程。

本系统中所采用的电器元件的技术要求如下：

模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。如MAX4729系列模拟开关具有3.5低RON(+2.7V电源)；0.45RON平坦度(+2.7V电源)；0.05通道间RON匹配度(+2.7V电源)；-3dB带宽：300MHz；低导通电容：19.5pF；0.036％的总谐波失真低电源电流：1nA；+1.8V至+5.5V单电源工作。

信号调理器：能提供放大和温度补偿；适应感应器输出敏感度从5mV/V到40mV/V；完全模拟信号路径；3.2KHZ的快速频率响应等。如MAX1455EUE、MAX1455AUE、MAX1455EAE、MAX1455AAE、MAX1455C/D等都是很实用的汽车传感器信号调理器。

峰值检测模块：能够准确、及时地测出位移信号的峰值。

控制器：主要根据图2的要求自己设计或者购买合适的控制器。

上述峰值检测模块、反馈控制器等可以由一片处理器实现，如德州仪器公司生产的DSP芯片TMS320F240(见图3)。

传感器：力传感器要求测出10^-4～10⁴N的动态力；位移传感器测到-250～250mm，；传感器误差范围0.1％～0.01％；频响0.1～1kHz；对复杂环境的适应性强，能在恶劣环境、冲击和振动条件下工作；只要进行适当的构造设计以及选用合适的材料，也能在高温(或低温)、强腐蚀及核辐射条件下可靠工作。

Claims (3)

1、基于磁流变技术的汽车悬架阻尼匹配试验方法，其特征在于：采用可在垂直方向上自由运动的簧上质量、与动作头连接的簧下质量、以及连接在它们之间的位移传感器、弹簧和磁流变阻尼器，设置在簧上质量上的力传感器、外围的峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器组成的试验系统，试验前通过设置电位器分别设置所需的磁流变阻尼器复原阻尼值、压缩阻尼值，得到相应的电压信号，当动作头上下运动，对系统进行激励，是正弦位移激励时，安装在簧上—簧下质量之间的位移传感器检测到位移峰值信号，通过切换模拟开关将设置的复原阻尼值、压缩阻尼值相应的电压信号输入给反馈控制器做给定值，然后通过反馈控制器控制磁流变阻尼器，使磁流变阻尼器达到所设置的复原阻尼值、压缩阻尼值，达到阻尼最优匹配。

2、根据权利要求1所述的基于磁流变技术的汽车悬架阻尼匹配试验方法，其特征在于：反馈控制器的反馈控制过程如下：

阻尼力给定值与调理后的力反馈信号比较，得到控制误差E输入到比例-积分-微分控制器，通过控制程序中Kp、积分系数Ki和微分数系Kd三个参数的设定，按照以下控制方程

$U\left(k\right)=K_{p}E\left(k\right)+K_i\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}E\left(j\right)+K_p[E\left(k\right)-E(k-1)\}]$

式中k——采样序号，k＝0，1，2，......

E(k)——第k次采样时输入的偏差值

E(k—1)——第(k—1)次采样时刻输入的偏差值

Kp——比例系数

Ki——积分系数，Ki＝KpT/T1

Kd——微分数系，Kd＝KpTD/T1

U(k)——第k次采样时刻输出值

T1为积分时间常数，TD为微分时间常数，T为采样周期

将信号处理成所需的控制信号U输入到电流驱动器中输出稳定可调的电流I给磁流变阻尼器作为励磁电流，不同数值的励磁电流就可以调节磁流变阻尼器产生不同的阻尼力，阻尼力又通过力传感器和信号调理电路形成阻尼力反馈信号完成一次控制循环。

3、基于磁流变技术的汽车悬架阻尼匹配试验系统，其特征在于，该系统由框架、簧上质量、动作头、簧下质量、弹簧、磁流变阻尼器、位移传感器、力传感器、峰值检测模块、切换模拟开关、电位器和反馈控制器组成，簧上质量可在垂直方向上自由运动，簧下质量连接在动作头上，位移传感器、弹簧和磁流变阻尼器连接在簧上质量和簧下质量之间，簧上质量上安装力传感器，位移传感器线连接到峰值检测模块，峰值检测模块的输出信号接入切换模拟开关，切换模拟开关将由电位器预先设置的所需磁流变阻尼器的复原阻尼值和压缩阻尼值转换为电压信号接入反馈控制器做给定值，反馈控制器的控制线接磁流变阻尼器，力传感器的信号线接入反馈控制器。

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