CN104535856A - 一种磁流变减振器失效与故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁流变减振器失效与故障检测方法，系统电源通过DC/DC转换后形成5V低压电源提供给自检回路，系统电源同时作为功率电源提供给驱动回路，供磁流变减振器正常工作电源使用；且限流电阻R1和采样电阻R2的采样端直接输入到ECU控制器的模数采样端口，通过限流电阻R1和采样电阻R2两路电压采样的方法，同时输入到ECU控制器中计算比较来进行磁流变减振器电磁线圈的失效判断，本发明实现了磁流变减振器工作前的失效自检和预警功能，以确定磁流变减振器是否失效；能够精确检测磁流变减振器电磁线圈的短路、局部短路和断路的失效故障。

Description

一种磁流变减振器失效与故障检测方法

技术领域

本发明属于检测方法技术领域，尤其涉及一种磁流变减振器失效与故障检测方法。

背景技术

磁流变减振器是一种以磁流变液体为工作液的减振器，被用于半主动悬架的执行机构，通过ECU控制单元的控制能够在毫秒数量级实时无极调节阻尼力的大小，从而提高改善半主动悬架的减振性能。磁流变减振器活塞杆中带有电磁线圈，产生的可变磁场穿过减振器筒体的磁流变液体，其工作原理是通过ECU的控制改变电磁线圈电流，引起磁场强度的变化，磁场的变化使得磁流变液体发生磁流变效应使得磁流变液体的流动性能发生变化，从而使减振器活塞所受的运动阻力发生改变，因此改变电流就能够实现磁流变减振器产生可控制的阻尼力。

作为磁流变减振器的重要元件电磁线圈固定在减振器的活塞杆上，并被密封在减振器筒体内。一旦电磁线圈出现故障，例如电磁线圈发生局部短路，断路等故障时将无法实现减振器精确阻尼力的输出，使得半主动悬架无法调节车辆的平顺性和操稳性。因此在车辆启动前对磁流变减振器进行自检以确定是否失效十分重要。

现有磁流变减振器技术中并没有对电磁线圈的故障诊断和失效检测方法，无法在工作前检查出电磁线圈是否失效并预警，只能在工作过程中通过采用电磁线圈的电流来判断是否失效，无法实现在减振器工作前对其进行自检以提前预防故障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能够在减振器工作前进行自检和预警以确定磁流变减振器是否失效，并对失效进行预警的磁流变减振器失效与故障检测方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种磁流变减振器失效与故障检测方法，包括如下步骤：

1)、系统电源通过DC/DC转换后形成5V低压电源提供给自检回路，系统电源同时作为功率电源提供给驱动回路，供磁流变减振器正常工作电源使用；PWM驱动信号控制功率开关的开关频率以调节占空比使得磁流变减振器电磁线圈能够获得实时的动态变化的电流，PWM驱动信号由ECU控制器通过控制算法运算后输出；

2)、单向导通二极管D1在正常工作时形成：系统电源—功率开关—二极管D1—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统接地的驱动回路；单向导通二极管D2在自检工作时形成：5V电源—限流电阻R1—三级管开关—二极管D2—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统接地的自检回路；

3)、限流电阻R1和采样电阻R2的采样端直接输入到ECU控制器的模数采样端口，通过限流电阻R1和采样电阻R2两路电压采样的方法，同时输入到ECU控制器中计算比较来进行磁流变减振器电磁线圈的失效判断，其判断算法如下：

自检时设5V电源为V_5v，R1采样端电压为V_R1，其中二极管D2的正向压降为V_D2，磁流变减振器电磁线圈直流阻抗为R_md，电压为V_md，R2采样端电压为V_R2，则通过自检回路可以计算：

$V_{R1}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×(R2+R_{\mathrm{md}})$ --------------------------(式1)

$V_{R2}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×\left(R2\right)$ -------------------------------(式2)

由式1和式2可以计算磁流变减振器电磁线圈电压V_md的值：

V_md＝V_R1-V_R2----------------------------------------(式3)

因此在自检时：

1、当磁流变减振器电磁线圈正常时，由于自检时减振器内部温升基本无变化，电磁线圈的直流阻抗不会受到温度的影响，所以此时V_md为固定值，通过采样和计算比较相等；

2、当电磁线圈出现局部短路故障时，R_md变小，因此V_md变小，当V_md小于正常值时即可自检出磁流变减振器发生了局部短路故障；

3、当电磁线圈出现短路故障时，R_md为零，电磁线圈几乎没有直流阻抗，此时V_md也为零，因此可以判断发生了短路故障；

4、当电磁线圈出现断路故障时，自检电路无法构成回路，自检电路无电流，此时V_R2为零，V_md等于V_5v，此时可以判断电磁线圈发生了断路故障；

5)、ECU控制器在得到上述判断结果后，形成失效故障编码和正常工作代码通过CAN总线通信模块发送出去以实现自检预警的功能。

作为优选，所述的三极管开关的开关控制端由ECU控制器控制，当自检时控制三极管处于开状态，使得自检电路构成回路形成电流；当正常工作时，ECU控制器控制三极管闭合，这样自检回流无法形成。

作为优选，所述的ECU控制器是磁流变减振器的控制单元，在正常工作情况下，对磁流变减振器进行实时控制以通过驱动模块输出一定功率电流给磁流变减振器电磁线圈来产生相应的阻尼力作用。

本发明的有益效果为：1、通过两路采样比较法判断电磁线圈是否短路和断路，提高了失效检测的准确率；2、二极管阻断方法实现了磁流变减振器的驱动电路同失效检测电路的完全独立互不影响，自检时自检电路不会影响驱动电路，减振器正常工作时驱动电路也不会影响自检电路，同时也不会产生额外的功耗损失。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的电气原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：如附图1所示，本发明由ECU控制器、自检模块、驱动模块、CAN总线通信模块和磁流变减振器执行机构组成。ECU控制器是磁流变减振器系统的控制单元，主要功能是采集来自自检模块的电压信号，并计算比较是否正常，以判断执行机构磁流变减振器是否失效，并在已经产生失效故障情况发出预警信号，ECU控制器作为磁流变减振器的控制中枢，在正常工作情况下，也对磁流变减振器进行实时控制以通过驱动模块输出一定功率电流给电磁线圈来产生相应的阻尼力作用。自检模块的主要功能是针对磁流变减振器电磁线圈的失效模式—短路、断路故障通过ECU控制器的控制指令采集电磁线圈回路的电压变化，将电压变化值信号进行调理后输送给ECU控制器进行采样转换；其中自检模块电路是本发明的核心电路，本发明的自检模块通过两路电压比较法进行磁流变减振器的失效自检和故障判定。CAN总线通信模块主要是实现失效自检判断结果和预警输出的功能，ECU控制器判断是否出现失效故障并对故障进行编码通过CAN总线通信模块输出故障码进行预警，同时对自检正常输出正常工作代码给其他系统。驱动模块负责将ECU控制器的控制信号放大以产生目标电流值驱动磁流变减振器电磁线圈；磁流变减振器电磁线圈是本系统的执行机构待测试元件，由于磁流变减振器的工作原理就是通过减振器的电磁线圈产生磁场进而使得磁流变液体发生磁流变效应，因此本发明的目的就是检测电磁线圈以判定磁流变减振器是否失效。

如附图2所示，系统电源通过DC/DC转换后形成5V低压电源提供给自检回路，这样一个低压自检回路保证了自检回路的电流控制在一个比较小的范围，同时也保证了自检时功率损耗比较少。

系统电源同时作为功率电源提供给驱动回路，供磁流变减振器正常工作电源使用；PWM驱动信号控制功率开关的开关频率以调节占空比使得磁流变减振器电磁线圈能够获得实时的动态变化的电流，PWM驱动信号由ECU控制器通过控制算法运算后输出。

单向导通二极管D1在正常工作时形成系统电源—功率开关—二极管D1—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统地的驱动回路，同时在自检状态下阻止自检回路反流对功率开关产生影响。

单向导通二极管D2在自检工作时形成5V电源—限流电阻R1—三级管开关—二极管D2—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统地的自检回路，同时在正常工作情况下阻止正常回路电流反流对三极管造成影响。

三极管开关的开关控制端有ECU控制器控制，当自检时控制三极管处于开状态，使得自检电路构成回路形成电流，当正常工作时，ECU控制器控制三极管闭合，这样自检回流无法形成，避免了系统功率损失，同时也取到自检回路隔离的作用，避免了正常工作情况下，功率开关频繁开关造成对电磁线圈电流调节精度的影响；

采样电阻R1和采样电阻R2的采样端直接输入到ECU控制器的AD(模数采样)端口，在自检回路形成是通过采样R1和R2的电压变化来监控判断电磁线圈的失效。

本发明通过自检电路R1和R2两路电压采样的方法，同时输入到ECU中计算比较来进行磁流变减振器电磁线圈的失效判断，其判断算法原理如下：

自检时设5V电源为V_5v，R1采样端电压为V_R1，其中二极管D2的正向压降为V_D2，磁流变减振器电磁线圈直流阻抗为R_md，电压为V_md，R2采样端电压为V_R2，则通过自检回路可以计算：

$V_{R1}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×(R2+R_{\mathrm{md}})$ --------------------------(式1)

$V_{R2}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×\left(R2\right)$ -------------------------------(式2)

由式1和式2可以计算磁流变减振器电磁线圈电压V_md的值：

V_md＝V_R1-V_R2----------------------------------------(式3)

因此在自检时：

1、当磁流变减振器电磁线圈正常时，由于自检时减振器内部温升基本无变化，电磁线圈的直流阻抗不会受到温度的影响，所以此时V_md为固定值，通过采样和计算比较相等；

2、当电磁线圈出现局部短路故障时，R_md变小，因此V_md变小，当V_md小于正常值时即可自检出磁流变减振器发生了局部短路故障；

3、当电磁线圈出现短路故障时，R_md为零，电磁线圈几乎没有直流阻抗，此时V_md也为零，因此可以判断发生了短路故障；

4、当电磁线圈出现断路故障时，自检电路无法构成回路，自检电路无电流，此时V_R2为零，V_md等于V_5v，此时可以判断电磁线圈发生了断路故障；

ECU控制器在得到上述判断结果后，形成失效故障编码和正常工作代码通过CAN总线通信模块发送出去以实现自检预警的功能。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁流变减振器失效与故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、系统电源通过DC/DC转换后形成5V低压电源提供给自检回路，系统电源同时作为功率电源提供给驱动回路，供磁流变减振器正常工作电源使用；PWM驱动信号控制功率开关的开关频率以调节占空比使得磁流变减振器电磁线圈能够获得实时的动态变化的电流，PWM驱动信号由ECU控制器通过控制算法运算后输出；

2)、单向导通二极管D1在正常工作时形成：系统电源—功率开关—二极管D1—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统接地的驱动回路；单向导通二极管D2在自检工作时形成：5V电源—限流电阻R1—三级管开关—二极管D2—磁流变减振器电磁线圈—采样电阻R2—系统接地的自检回路；

3)、限流电阻R1和采样电阻R2的采样端直接输入到ECU控制器的模数采样端口，通过限流电阻R1和采样电阻R2两路电压采样的方法，同时输入到ECU控制器中计算比较来进行磁流变减振器电磁线圈的失效判断，其判断算法如下：

自检时设5V电源为V_5v，R1采样端电压为V_R1，其中二极管D2的正向压降为V_D2，磁流变减振器电磁线圈直流阻抗为R_md，电压为V_md，R2采样端电压为V_R2，则通过自检回路可以计算：

$V_{R1}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×(R2+R_{\mathrm{md}})$    --------------------------(式1)

$V_{R2}=\frac{V_{5V}-V_{D2}}{R1+R_{\mathrm{md}}+R2}\×\left(R2\right)$    -------------------------------(式2)

由式1和式2可以计算磁流变减振器电磁线圈电压V_md的值：

V_md＝V_R1-V_R2   ----------------------------------------(式3)

因此在自检时：

1、当磁流变减振器电磁线圈正常时，此时V_md为固定值，通过采样和计算比较相等；

2、当电磁线圈出现局部短路故障时，R_md变小，因此V_md变小，当V_md小于正常值时即可自检出磁流变减振器发生了局部短路故障；

3、当电磁线圈出现短路故障时，R_md为零，此时V_md也为零，因此可以判断发生了短路故障；

4、当电磁线圈出现断路故障时，自检电路无法构成回路，自检电路无电流，此时V_R2为零，V_md等于V_5v，此时可以判断电磁线圈发生了断路故障；

5)、ECU控制器在得到上述判断结果后，形成失效故障编码和正常工作代码通过CAN总线通信模块发送出去以实现自检预警的功能。

2.根据权利要求1所述的磁流变减振器失效与故障检测方法，其特征在于：所述的三极管开关的开关控制端由ECU控制器控制，当自检时控制三极管处于开状态，使得自检电路构成回路形成电流；当正常工作时，ECU控制器控制三极管闭合，这样自检回流无法形成。

3.根据权利要求1所述的磁流变减振器失效与故障检测方法，其特征在于：所述的ECU控制器是磁流变减振器的控制单元，在正常工作情况下，对磁流变减振器进行实时控制以通过驱动模块输出一定功率电流给磁流变减振器电磁线圈来产生相应的阻尼力作用。