基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛懸架系統(tǒng)，尤其涉及一種基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變阻尼器具有輸出阻尼力大、調(diào)節(jié)范圍寬、功率消耗低等優(yōu)點(diǎn)，采用磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)可以根據(jù)不同行駛條件選擇最優(yōu)化的懸架系統(tǒng)阻尼比，從而兼顧車輛駕乘舒適性和操控穩(wěn)定性。
[0003]硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)是通過實(shí)時處理器建立仿真模型來模擬受控對象的運(yùn)行特性，由I/O接口連接實(shí)際硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而進(jìn)行全面的系統(tǒng)級測試，與傳統(tǒng)車輛電控系統(tǒng)經(jīng)過物理平臺建設(shè)、算法設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及反復(fù)實(shí)車試驗(yàn)的開發(fā)流程相比，減少了實(shí)車路試次數(shù)，極大地降低了研發(fā)時間和成本。
[0004]國內(nèi)已有少數(shù)科研單位建立了針對半主動懸架系統(tǒng)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺，但主要存在以下不足:一是懸架硬件結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，例如采用砝碼作為簧載質(zhì)量，添加螺旋彈簧或者輪胎，甚至設(shè)計(jì)了近似的懸架總成結(jié)構(gòu)，卻仍無法模擬實(shí)際懸架系統(tǒng)，而實(shí)際上半主動懸架系統(tǒng)中除關(guān)鍵的可控阻尼器外，其他組成部件線性化處理后均能夠在仿真模型中實(shí)現(xiàn)；二是實(shí)時仿真系統(tǒng)采用dSPACE或NI公司提供的解決方案，然而由于系統(tǒng)平臺的硬件結(jié)構(gòu)多樣性，仿真系統(tǒng)需要定制模塊，因此延長了開發(fā)周期，并增加了成本；三是多數(shù)采用液壓振動臺提供路面激勵，設(shè)備占地面積大、維護(hù)保養(yǎng)要求高，并且相比于電磁振動臺價格也更加昂貴；四是由于復(fù)雜的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和集成的實(shí)時仿真系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的測試項(xiàng)目單一，即使具備多種試驗(yàn)功能，也需要改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)操作便捷性不強(qiáng)。
[0005]綜上所述，目前急需開發(fā)一種易于搭建、易于操作、性價比高尤其能夠適用于高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的半主動懸架系統(tǒng)硬件在環(huán)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于建立一種結(jié)構(gòu)簡潔、可靠性高、適合在高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺，包括實(shí)時仿真平臺、電磁振動試驗(yàn)系統(tǒng)、接口電路和磁流變阻尼器驅(qū)動電源，其中:所述實(shí)時仿真平臺，包括宿主機(jī)、目標(biāo)機(jī)和多功能數(shù)據(jù)采集卡，宿主機(jī)通過以太網(wǎng)與目標(biāo)機(jī)連接，目標(biāo)機(jī)通過PCI接口安裝多功能數(shù)據(jù)采集卡；所述實(shí)時仿真平臺中建立有同時集成四分之一車輛半主動懸架仿真系統(tǒng)和硬件在環(huán)系統(tǒng)的模型，實(shí)時仿真平臺實(shí)時記錄這兩個系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及觀察比較兩個系統(tǒng)的性能指標(biāo)；
[0009]所述電磁振動試驗(yàn)系統(tǒng)，包括振動臺基座、電磁振動發(fā)生器、導(dǎo)向桿、上安裝座U型夾具、下安裝座U型夾具、位移傳感器、力傳感器、加速度傳感器、磁流變阻尼器、橫梁、螺桿和功率放大器，所述振動臺基座置放于水平地面，通過空氣彈簧與電磁振動發(fā)生器的臺體連接為一整體，電磁振動發(fā)生器的臺面兩側(cè)垂直方向安裝一對導(dǎo)向桿，在導(dǎo)向桿上部架設(shè)水平橫梁；在所述橫梁與臺面之間對稱安裝一對螺桿用于調(diào)節(jié)橫梁高度；所述下安裝座U型夾具固定在臺面上，并與磁流變阻尼器的下部套管連接，磁流變阻尼器的上部套管連接上安裝座U型夾具，上安裝座U型夾具與力傳感器固定連接，力傳感器沿與磁流變阻尼器垂直的方向固定安裝在橫梁上；所述位移傳感器安裝在上、下安裝座U型夾具之間并平行于磁流變阻尼器，所述加速度傳感器固定在臺面上，所述功率放大器通過電纜與電磁振動發(fā)生器的臺體連接；
[0010]所述接口電路，包括SCSI100針連接線、彎角母座接線板、位移傳感器輸出信號調(diào)理電路、力傳感器輸出信號調(diào)理電路和限幅電路，所述彎角母座接線板通過SCSI100針連接線與數(shù)據(jù)采集卡連接，所述位移傳感器輸出信號調(diào)理電路和力傳感器輸出信號調(diào)理電路的輸入端通過屏蔽線分別與位移傳感器和力傳感器的輸出端連接，所述位移傳感器輸出信號調(diào)理電路和力傳感器輸出信號調(diào)理電路的輸出端經(jīng)過所述限幅電路均與彎角母座接線板的接口連接；
[0011]所述磁流變阻尼器驅(qū)動電源，包括一臺程控電源和RS232串口傳輸線，所述程控電源通過RS232串口傳輸線與目標(biāo)機(jī)連接。
[0012]所述實(shí)時仿真平臺中建立的模型的控制器可控制系數(shù)參數(shù)化，并支持不停機(jī)在線調(diào)整修改控制系數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，所述實(shí)時仿真平臺包括路面激勵模塊、四分之一車輛半主動懸架仿真模塊、四分之一車輛半主動懸架硬件在環(huán)模塊和示波器模塊；所述路面激勵模塊同時為四分之一車輛半主動懸架仿真模塊、四分之一車輛半主動懸架硬件在環(huán)模塊和示波器模塊提供路面輸入信號；所述示波器模塊用于在實(shí)時仿真平臺中觀察實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0014]所述四分之一車輛半主動懸架仿真模塊包括第一四分之一車輛懸架動力學(xué)模型、修正的磁流變阻尼器Boucwen現(xiàn)象模型和第一半主動控制模塊，其中，修正的磁流變阻尼器Boucwen現(xiàn)象模型用于模擬實(shí)際磁流變阻尼器，第一四分之一車輛懸架動力學(xué)模型輸出狀態(tài)信號至第一半主動控制模塊，第一半主動控制模塊輸出控制信號至Boucwen現(xiàn)象模型，最終由Boucwen現(xiàn)象模型輸出阻尼力至第一四分之一車輛懸架動力學(xué)模型；
[0015]所述四分之一車輛半主動懸架硬件在環(huán)模塊包括第二四分之一車輛懸架動力學(xué)模型、第二半主動控制模塊、數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動模塊和程控電源驅(qū)動模塊，第二四分之一車輛懸架動力學(xué)模型輸出懸架動行程信號至數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動模塊，通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動模塊輸出至功率放大器，第二四分之一車輛懸架動力學(xué)模型輸出狀態(tài)信號至第二半主動控制模塊，第二半主動控制模塊輸出控制信號至程控電源驅(qū)動模塊，驅(qū)動程控電源輸出控制電流至實(shí)際磁流變阻尼器，實(shí)際磁流變阻尼器輸出阻尼力通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動模塊輸出至第二四分之一車輛懸架動力學(xué)模型。
[0016]相比現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017](I)本發(fā)明采用電磁振動試驗(yàn)系統(tǒng)作為路面輸入激勵源，與常用的液壓振動臺或滾軸絲杠等激勵源相比，實(shí)驗(yàn)平臺的占地空間小、運(yùn)行噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)保養(yǎng)方便，并能夠大大降低建設(shè)成本；
[0018](2)基于Matlab/Simulink xPC target建立的采用宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)的實(shí)時仿真系統(tǒng)，使用者可根據(jù)需要建立合適的系統(tǒng)模型，結(jié)構(gòu)靈活并大大降低了實(shí)驗(yàn)成本；
[0019](3)建立的仿真模型集成了車輛半主動懸架系統(tǒng)和硬件在環(huán)系統(tǒng)模型，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠同時運(yùn)行，避免了傳統(tǒng)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)分別運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行性能比較的繁瑣步驟；
[0020](4)控制器控制系數(shù)參數(shù)化并支持不停機(jī)在線調(diào)試，避免了傳統(tǒng)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)時控制系數(shù)改變即需要重新編譯下載模型的繁瑣步驟，提高了設(shè)計(jì)效率、縮短了開發(fā)周期；
[0021](5)采用高精度程控電源控制磁流變阻尼器，在宿主機(jī)仿真模型中集成程控電源驅(qū)動模塊，通過RS232串口通信實(shí)時控制程控電源輸出半主動控制電壓電流信號，提高了半主動控制精度、消除傳統(tǒng)自制驅(qū)動電源的不穩(wěn)定因素；
[0022](6)仿真模型與實(shí)際磁流變阻尼器硬件之間僅需要通過位移信號、輸出阻尼力信號連接，能夠方便地分別實(shí)現(xiàn)磁流變阻尼器性能測試實(shí)驗(yàn)、四分之一車輛被動懸架系統(tǒng)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)、四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)，而不需要更