基于磁流變液阻尼器運行狀態敏感電流源設計

1、引言?

汽車懸架系統阻尼特性的合理匹配對提高乘坐舒適性和操縱穩定性起著至關重要的作用。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阻尼器，主觀與客觀評價相結合的方法進行懸架阻尼參數的實驗匹配，國內汽車企業尚需國外技術支持。但該匹配法只能實現壓縮阻尼與復原阻尼聯動調節(或阻尼離散調節)，很難實現懸架阻尼參數的最優與自動匹配，因此，研究具有自主知識產權和創新特色的自動匹配方法，對提高我國汽車懸架的開發能力具有重要的現實意義。

阻尼可調的磁流變阻尼器具有傳統的被動液力阻尼器無可比擬的優點，利用它來代替人工調節機械式可調阻尼器研究汽車懸架阻尼參數的最優與自動匹配是一種較理想的選擇。汽車懸架阻尼參數自動匹配的理論方法與關鍵實現技術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(復原與壓縮工況)的可控狀態敏感電流源是關鍵技術之一，對于特定的汽車磁流變阻尼器，針對給定的激勵條件，通過調節勵磁電流實現阻尼器壓縮與復原阻尼參數的獨立調節，使汽車的操縱穩定性和乘坐舒適性達到最優，獲取阻尼器在該激勵下的阻尼特性，為成功開發出汽車懸架阻尼參數自動匹配裝置奠定堅實的技術基礎。

2、系統組成及軟硬件設計

2.1 系統工作原理及組成

系統的工作原理是：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據進行分析，判斷出阻尼器與上一時刻比較是處于拉伸或是壓縮狀態，根據不同的狀態，動態改變通過阻尼器勵磁線圈的電流，引起內部磁場變化，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濟的方法；但由于超聲測距的時延性，要準確測得其渡越時間較困難，國內外學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據，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。

系統組成如圖1所示，超聲波部分感知阻尼器的運動狀態，數字信號處理器TMS320LF2407A對阻尼器的運動狀態進行識別，然后輸出控制信號作用于電流驅動器。

圖1 磁流變液阻尼器運行狀態敏感電流源系統組成框圖

2.2 系統主要硬件設計

2.2.1 超聲波發射模塊

超聲波發射電路如圖2所示，由于測量距離小，系統沒有采用變壓器升壓來驅動超聲波換能器，直接由控制器定時產生40KHz的超聲脈沖信號，驅動開關管3904，為了向發射頭提供較大的驅動電流，采用了兩個非門并聯連接形式;為了有效的遏制超聲波發射頭的余振，用一個非門為驅動器的一側提供180度的相移信號，另一側由相內信號驅動；供電電壓采用5V；電容C2、C3阻斷直流通路，將直流電壓轉換為等幅的交變電壓，使發射頭能夠長時間可靠、穩定的工作。

圖2 超聲波發射電路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成；1腳為信號輸入，2腳是前置放大器頻率特性和增益設定端，3腳接峰值檢波電容，5腳電阻設定帶通濾波器的中心頻率，6腳接積分電容，7腳輸出，當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數字信號處理器，片內有高達32K