基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環實驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車輛懸架系統，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實驗平臺
【背景技術】
[0002]磁流變阻尼器具有輸出阻尼力大、調節范圍寬、功率消耗低等優點，采用磁流變阻尼器的半主動懸架系統可以根據不同行駛條件選擇最優化的懸架系統阻尼比，從而兼顧車輛駕乘舒適性和操控穩定性。
[0003]硬件在環實驗是通過實時處理器建立仿真模型來模擬受控對象的運行特性，由I/O接口連接實際硬件系統實現數據傳輸，進而進行全面的系統級測試，與傳統車輛電控系統經過物理平臺建設、算法設計驗證以及反復實車試驗的開發流程相比，減少了實車路試次數，極大地降低了研發時間和成本。
[0004]國內已有少數科研單位建立了針對半主動懸架系統硬件在環實驗平臺，但主要存在以下不足:一是懸架硬件結構過于復雜，例如采用砝碼作為簧載質量，添加螺旋彈簧或者輪胎，甚至設計了近似的懸架總成結構，卻仍無法模擬實際懸架系統，而實際上半主動懸架系統中除關鍵的可控阻尼器外，其他組成部件線性化處理后均能夠在仿真模型中實現；二是實時仿真系統采用dSPACE或NI公司提供的解決方案，然而由于系統平臺的硬件結構多樣性，仿真系統需要定制模塊，因此延長了開發周期，并增加了成本；三是多數采用液壓振動臺提供路面激勵，設備占地面積大、維護保養要求高，并且相比于電磁振動臺價格也更加昂貴；四是由于復雜的硬件系統結構和集成的實時仿真系統，導致系統的測試項目單一，即使具備多種試驗功能，也需要改變系統的硬件結構，系統操作便捷性不強。
[0005]綜上所述，目前急需開發一種易于搭建、易于操作、性價比高尤其能夠適用于高校實驗室建設的半主動懸架系統硬件在環系統。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于建立一種結構簡潔、可靠性高、適合在高校實驗室建設的基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環實驗平臺。
[0007]本發明采用以下技術方案:
[0008]基于電磁振動臺的車輛半主動懸架硬件在環實驗平臺，包括實時仿真平臺、電磁振動試驗系統、接口電路和磁流變阻尼器驅動電源，其中:所述實時仿真平臺，包括宿主機、目標機和多功能數據采集卡，宿主機通過以太網與目標機連接，目標機通過PCI接口安裝多功能數據采集卡；所述實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和硬件在環系統的模型，實時仿真平臺實時記錄這兩個系統的運行數據以及觀察比較兩個系統的性能指標；
[0009]所述電磁振動試驗系統，包括振動臺基座、電磁振動發生器、導向桿、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生器的臺體連接為一整體，電磁振動發生器的臺面兩側垂直方向安裝一對導向桿，在導向桿上部架設水平橫梁；在所述橫梁與臺面之間對稱安裝一對螺桿用于調節橫梁高度；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理電路、力傳感器輸出信號調理電路和限幅電路，所述彎角母座接線板通過SCSI100針連接線與數據采集卡連接，所述位移傳感器輸出信號調理電路和力傳感器輸出信號調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理電路和力傳感器輸出信號調理電路的輸出端經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串口傳輸線與目標機連接。
[0012]所述實時仿真平臺中建立的模型的控制器可控制系數參數化，并支持不停機在線調整修改控制系數。
[0013]進一步地，所述實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時仿真平臺中觀察實驗運行數據；
[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模型、修正的磁流變阻尼器Boucwen現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現象模型用于模擬實際磁流變阻尼器，第一四分之一車輛懸架動力學模型輸出狀態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現象模型，最終由Boucwen現象模型輸出阻尼力至第一四分之一車輛懸架動力學模型；
[0015]所述四分之一車輛半主動懸架硬件在環模塊包括第二四分之一車輛懸架動力學模型、第二半主動控制模塊、數據采集卡驅動模塊和程控電源驅動模塊，第二四分之一車輛懸架動力學模型輸出懸架動行程信號至數據采集卡驅動模塊，通過數據采集卡驅動模塊輸出至功率放大器，第二四分之一車輛懸架動力學模型輸出狀態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動模塊，驅動程控電源輸出控制電流至實際磁流變阻尼器，實際磁流變阻尼器輸出阻尼力通過數據采集卡驅動模塊輸出至第二四分之一車輛懸架動力學模型。
[0016]相比現有技術而言，本發明具有以下有益效果:
[0017](I)本發明采用電磁振動試驗系統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，實驗平臺的占地空間小、運行噪聲低、運行平穩、維護保養方便，并能夠大大降低建設成本；
[0018](2)基于Matlab/Simulink xPC target建立的采用宿主機和目標機結構的實時仿真系統，使用者可根據需要建立合適的系統模型，結構靈活并大大降低了實驗成本；
[0019](3)建立的仿真模型集成了車輛半主動懸架系統和硬件在環系統模型，通過結構優化能夠同時運行，避免了傳統硬件在環實驗與仿真實驗分別運行記錄數據后才能進行性能比較的繁瑣步驟；
[0020](4)控制器控制系數參數化并支持不停機在線調試，避免了傳統硬件在環實驗時控制系數改變即需要重新編譯下載模型的繁瑣步驟，提高了設計效率、縮短了開發周期；
[0021](5)采用高精度程控電源控制磁流變阻尼器，在宿主機仿真模型中集成程控電源驅動模塊，通過RS232串口通信實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、消除傳統自制驅動電源的不穩定因素；
[0022](6)仿真模型與實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，能夠方便地分別實現磁流變阻尼器性能測試實驗、四分之一車輛被動懸架系統硬件在環實驗、四分之一車輛半主動懸架系統硬件在環實驗，而不需要更