专利名称：基于磁流变技术的汽车悬架系统整车阻尼匹配试验方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车悬架系统设计中整车阻尼匹配试验技术。
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整车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，能够满足汽车悬架整车阻尼最优匹配试验要求。
本发明采用的方法如下首先，将试验车辆放于可进行单频激励和道路模拟试验的激振台上，用磁流变阻尼器(MRD)替换试验车辆的悬架中的传统液压阻尼器，在车辆悬架上安装位移传感器(LVDT)和力传感器，并使位移传感器、磁流变阻尼器和力传感器分别通过信号线与外围的峰值检测模块切换模拟开关和反馈控制器进行连接，组成可以进行四轮激励的汽车整车阻尼匹配试验系统。
试验前通过控制硬件和/或软件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。
然后控制激振台四个作动头上下运动，对四个车轮进行激励，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(k)=KpE(k)KiΣj=0kE(j)+Kp[E(k)-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/T1Kd——微分数系，Kd＝KpTd/T1U(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(比例-积分-微分)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汽车(主要使用汽车悬架)、激振台、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，汽车的四个车轮分别放置在激振台的四个动作头上，模拟汽车在路面上的行驶工况，位移传感器、弹簧和磁流变阻尼器连接在汽车悬架上，汽车悬架上端安装力传感器。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方法不但可以用于台架试验，去掉激振台等装置后，也可以直接将磁流变阻尼器(MRD)及控制器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。
图1是本试验系统的结构原理图。
图1中，1.平顺性评价传感器2～5磁流变阻尼器6.控制器7～10.位移传感器(LVDT)11.激振台的作动头12～15力传感器图2是本系统的控制原理图。
图3是峰值检测模块框图。
具体实施例方式
如图1所示阻尼匹配的台架试验系统，该系统由试验车辆、激振台、磁流变阻尼器2～5、位移传感器7～10、力传感器12～15、峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器6组成，汽车的四个车轮被分别放置在激振台的四个作动头11上，四个作动头上下运动，模拟汽车在路面上的行驶工况，试验车辆的悬架中安装是是磁流变阻尼器(MRD)2-5，在车辆悬架上还安装有位移传感器(LVDT)7-10和力传感器12-15，并使位移传感器、磁流变阻尼器和力传感器分别通过信号线与外围的峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器6进行连接，组成可以进行四轮激励的汽车整车阻尼匹配试验系统。试验方式是控制激振台四个作动头11上下运动，对四个车轮进行激励，位移传感器7-10便输出磁流变阻尼器2～5的活塞的相对位移信号，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，然后位移传感器通过图2所示的反馈控制，反馈控制磁流变阻尼器(MRD)2-5，使磁流变阻尼器(MRD)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，再利用平顺性评价传感器1检测车身振动信号进行阻尼匹配效果评价，这样改变阻尼力设置值进行多组实验，直到选出一组认为最佳匹配的阻尼值为止。
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，峰值检测模块的工作过程为位移信号经过低通滤波后，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，完成峰值检测的整个过程。
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3.5Ω低RON(+2.7V电源)；0.45ΩRON平坦度(+2.7V电源)；0.05Ω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。
反馈控制器主要根据图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。
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。
权利要求
1.基于磁流变技术的汽车悬架阻尼匹配试验方法，其特征在于试验步骤如下(1)将试验车辆的四个车轮分别放置在激振台的四个动作头上，试验车辆的悬架中安装磁流变阻尼器，在车辆悬架上安装位移传感器和力传感器，并使位移传感器、磁流变阻尼器和力传感器分别通过信号线与外围的峰值检测模块、切换模拟开关和反馈控制器进行连接，组成试验系统；(2)试验前通过控制硬件和/或软件分别设置所需的磁流变阻尼器复原阻尼值、压缩阻尼值；(3)控制激振台的四个动作头上下运动，对车辆系统进行单频激励或随机道路激励，安装在车辆悬架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，从而达到阻尼最优匹配。
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，反馈控制器的控制过程如下将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(k)=KpE(k)+KiΣj=0kE(j)+Kp[E(k)-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Ki——积分系数，Ki＝Kp*T/T1Kd——微分数系，Kd＝Kp*TD/T1U(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，该系统由试验车辆、激振台、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，汽车的四个车轮分别放置在激振台的四个动作头上，在试验车辆的悬架中安装磁流变阻尼器，在车辆悬架上安装位移传感器和力传感器，位移传感器通过信号线连接峰值检测模块，峰值检测模块的输出信号接入切换模拟开关，再经切换模拟开关连接到反馈控制器，切换模拟开关将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。
全文摘要
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，它由试验车辆、激振台和磁流变阻尼器、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，当激振台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，由反馈控制器控制磁流变阻尼器，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。
文档编号G01M17/007GK1808093SQ20061005406
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月28日 优先权日2006年1月28日
发明者余淼, 廖昌荣, 陈伟民 申请人:重庆大学