磁流变液阻尼器运行状态敏感电流源研究

论文摘要

汽车悬架系统阻尼特性的合理匹配对提高乘坐舒适性和操纵稳定性起着至关重要的作用,国外汽车制造商普遍采用更换不同阻尼特性的一系列阻尼器或者机械式可调阻尼器,主观与客观评价相结合的方法进行悬架阻尼参数的实验匹配,该技术被国外公司所控制,国内汽车企业尚需国外技术支持。并且这种匹配方法只能实现压缩阻尼与复原阻尼的联动调节,很难实现悬架阻尼参数的最优与自动匹配。利用阻尼可调的磁流变阻尼器来代替一系列阻尼器或机械式可调阻尼器,实现汽车悬架阻尼参数的最优匹配是一种全新的尝试,但涉及系列的理论方法和实现技术需要解决,其中能辨识磁流变阻尼器运行状态(复原与压缩)的敏感电流源是关键技术之一。目前国内外研制的磁流变液阻尼器控制器及其电流驱动器,尚不能完全满足输出电流随运行状态变化和无级可调的需求,并且其关键技术都是保密的。因此,研究具有运行状态感知的磁流变液阻尼器电流驱动源,对开展汽车悬架阻尼特性合理匹配具有重要现实意义。本文针对特定的汽车磁流变阻尼器阻抗特性及其运行特征,采用超声波传感器对汽车磁流变液阻尼器运行状态进行感知,运用数字信号处理器进行数据处理,实现了汽车磁流变液阻尼器的运行状态辨识;利用电力电子技术的相关原理,结合磁流变液阻尼器的阻抗特性,提出了状态敏感电流源驱动器设计方法;完成了系统的软、硬件设计,搭建了实际电路系统,开展了相应的实验测试研究。具体研究内容如下:根据具体的磁流变阻尼器的运行特点,本文将超声波接收与发送传感器分别安装在磁流变液阻尼器的两端,计算超声波的渡越时间就能判断阻尼器的运动状态变化。超声波的时延和传播介质的温度是影响其动态测距实时性和准确性的重要因素,为更精确测量超声波的渡越时间,提高测量的分辨率,采用了数字信号处理器作为控制器,在一个测控循环中对测量数据结合阻尼器运动特点进行分析,实现了对汽车磁流变液阻尼器运行状态识别。根据具体的磁流变液阻尼器的阻抗特性和对电流驱动器的技术要求,利用电力电子技术的BUCK变换拓扑电路和脉宽调制(PWM)原理,提出了状态敏感电流源驱动器设计方法,推导了电流驱动器的传递函数,构建了其动态模型,对其稳定性、快速性和准确性进行了讨论;为提高其快速性,消除稳态误差,进行了校正电路设计;为了减小电流、电压突变对器件的冲击,进行了驱动电路和缓冲电路设计;为了能够长时间稳定工作,进行了散热设计、软启动和保护系统设计;为进一步完善本电流源设计,采用一些现代电力电子设计中的新技术。通过搭建的实际电路系统,开展了相应的实验测试,实验结果表明:在温度为23.5℃时,磁流变液阻尼器运动1毫米,该系统有约33个计数脉冲的变化;驱动电流源是线性可控的,输出励磁电流在0～4A内连续可调,在阶跃信号作用下,上升响应时间和下降响应时间均小于3.0毫秒;系统完成一个测控循环约5个毫秒,分辨率和实时性都能够满足汽车磁流变液阻尼器运行的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源研究的意义
• 1.1.1 汽车悬架系统阻尼匹配研究的意义
• 1.1.2 汽车悬架系统阻尼匹配研究的现状
• 1.1.3 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源在悬架系统阻尼匹配研究中的应用
• 1.2 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源研究的国内外现状以及存在的问题
• 1.3 本论文的研究任务
• 1.4 本章小结
• 2 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源系统方案分析
• 2.1 磁流变阻尼器电学参数及运行特征
• 2.2 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源的模块组成
• 2.3 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源的模块分析
• 2.4 本章小结
• 3 磁流变阻尼器运行状态敏感电流源设计
• 3.1 概述
• 3.2 传感器部分的硬件设计与实现
• 3.2.1 超声波及其在磁流变阻尼器运行状态识别中的工作原理
• 3.2.2 信号特点和实时处理的要求
• 3.2.3 超声波检测硬件电路设计
• 3.3 控制器部分的硬件设计与实现
• 3.3.1 系统电源电路设计
• 3.3.2 系统编程与调试接口电路设计
• 3.3.3 控制器及外围电路设计
• 3.3.4 输入输出接口电路设计
• 3.4 电流驱动器部分的硬件设计与实现
• 3.4.1 电流驱动器模块的方案分析
• 3.4.2 电流驱动器方案设计
• 3.4.3 功率电子器件选择
• 3.4.4 电流驱动器动态模型的建立与控制
• 3.4.5 驱动电路设计
• 3.4.6 缓冲电路设计
• 3.4.7 散热器选择
• 3.4.8 电流源设计时还需要考虑的其他问题
• 3.4.9 整体电路设计与实现
• 3.5 系统软件设计
• 3.5.1 系统软件设计要求
• 3.5.2 软件系统模块设计
• 3.5.3 提高测量精度
• 3.5.4 系统的程序流程图
• 3.6 本章小结
• 4 系统调试与实验分析
• 4.1 超声波测控模块的调试
• 4.2 电流驱动器模块的调试
• 4.3 系统试验及结果分析
• 4.3.1 实验设备及方法
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目