基于DSP的汽車減震彈簧故障診斷儀的設計

　汽車減震彈簧故障診斷儀的基本原理是基于非線性頻譜分析技術的。這種技術的基本思想是：根據采樣得到的減震彈簧的輸入和輸出數據，利用有效的非線性系統辨識方法得到彈簧的振動方程，再利用多維傅里葉變換得到減震彈簧的非線性傳遞函數的頻域表示形式―廣義頻率響應函數ＧＦＲＦＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ＲｅｓｐｏｎｓｅＦｕｎｃｔｉｏｎｓ。ＧＦＲＦ是描述系統非線性傳遞特性的一種非參數模型它能夠唯一地刻畫系統傳遞特性的頻域特征因而系統故障前后傳遞特性的非線性變化就能夠通過ＧＦＲＦ被準確地反映。彈簧處于正常工作狀態時，僅具有一階ＧＦＲＦ；彈簧在疲勞失效后最明顯的變化是三階ＧＦＲＦ大量出現１。分析彈簧系統的ＧＦＲＦ就可判斷出彈簧的工作狀態。目前國內對汽車減震彈簧的故障診斷還缺乏有效的手段，而且基于這一原理的實際應用在國內外尚處于起步階段，因此該儀器具有很好的應用前景。

　　１ 系統總體方案

　　非線性系統辨識算法龐大、復雜，對系統的計算能力要求很高。ＤＳＰ是專門用于數字信號處理的芯片，計算能力強大、運算速度快，能夠滿足系統的要求。ＤＳＰ的計算能力雖然很強，但其事件管理能力較弱，而且直接支持的Ｉ／Ｏ口很少。為了方便地實現人機交互，采用ＤＳＰ與單片機協同工作的方式：以單片機為主機，通過通訊接口對ＤＳＰ實現控制；同時利用單片機較強的外圍設備管理能力實現人機接口、顯示等功能。主要工作流程是：彈簧的輸入輸出信號經過濾波電路進行調理后，由Ａ／Ｄ轉換器轉換為數字信號，再進入ＤＳＰ進行運算，得到的診斷結果通過通訊接口電路送入單片機，單片機將結果顯示在液晶顯示器上，并經過串口送入到ＰＣ機。單片機通過通訊接口控制ＤＳＰ的工作狀態。系統原理框圖如圖１所示。

　　２ 硬件電路設計

　　２．１ 信號調理電路

　　采用集成開關電容濾波器ＭＡＸ２８０組成抗混疊濾波電路。ＭＡＸ２８０是一個五階低通濾波器，截止頻率可調。當它的時鐘管腳接內部時鐘時，最大截止頻率為１．４ｋＨｚ；而汽車減震彈簧穩定工作時，信號的頻率不超過５００Ｈｚ，故設定濾波器的截止頻率為７００Ｈｚ。