基于電慣量模擬的制動試驗臺研究與拓展

1、西 南 交 通 大 學本科畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯基于電慣量模擬的制動試驗臺研究與拓展鄒旭東，王豐原，孫綱青島理工大學 汽車與交通學院中國青島，266520zxd1020_qd年 級:2012級學 號:20121128姓 名:趙 蕾專 業(yè):測控技術與儀器指導老師:陳春俊2016年06月本科畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯2摘 要該論文根據制動試驗臺結構的軟硬件要求，介紹了整體規(guī)劃和相關設備的主要參數選擇方法，提供了控制電慣量變化的方法。作者已經基于電慣量模擬技術建立了汽車制動試驗臺，并已完成了模擬試驗和結果分析。分析結果表明模擬制動過程和實際偏差很小，電氣慣性可以模擬機械慣量。應用電慣量模擬技

2、術可以簡化原本復雜的傳統(tǒng)機械慣量試驗臺結構。慣性試驗臺這以前是復雜的，可以增大測量范圍和試驗臺的測量精度，提供制動性能測試和實驗教學工具和平臺。關鍵詞：制動試驗臺；電慣量模擬；虛擬儀器；過程監(jiān)測第II頁目 錄一、引言1二、試驗臺總體方案2三、確定試驗臺主要參數5四、電慣量轉矩控制方式7五、試驗對比與結論8參考文獻9一、引言隨著用戶對汽車制動性能需求的不斷增加，制動器制造商需要對制動器進行各種質量檢測和性能評估。臺架試驗是制動性能測試中不可缺少的環(huán)節(jié)，它也是判斷制動器是否滿足需求的最重要測試之一。因此，十分有必要研究一個具有良好的仿真性能和高自動化程度的制動試驗臺以用于實際工程。以往，制動臺測試

3、系統(tǒng)使用機械慣量來模擬制動過程，即用大慣量飛輪來模擬汽車轉化的慣量，用小慣量飛輪模擬汽車旋轉部件的轉動慣量。使用高成本零件的大慣量飛輪，其制造成本通常很高。不僅安裝不方便，而且慣性調整不連續(xù)2?；谶@一點，提出了電慣量模擬機械慣量的汽車制動測試系統(tǒng)設計理念，也就是說，根據某些控制算法控制電機的輸出轉矩和速度以模擬機械慣量，即“電慣量”代替“機械慣量”3。通過這種方式，可使占用空間更少，成本更低，且調試方便，可以進行連續(xù)調整。為了探究基于電慣量模擬技術的制動試驗臺的特點，青島理工大學汽車與交通實驗中心的電慣量模擬技術應用科建立了汽車制動試驗臺。第9頁二、試驗臺總體方案試驗臺相關設備的參數選擇不僅

4、要滿足汽車制動系統(tǒng)的參數和結構需要，還需參照國內外制動測試標準。試驗臺用到的所有傳感器的精度都在設計精度范圍內。考慮到降低成本和用電負荷，將最高仿真制動速度設為40公里/小時。試驗臺的軟硬件設計的注意事項如下：功能完整性。為了驗證電慣量模擬機械慣量的效果、分析特點、更好地發(fā)揮作用。為了驗證電慣量模擬機械慣量的效果，除了測試性能，還應該有分析和處理仿真特征的功能?？蓴U展性。電慣量試驗臺應滿足制動性能測試。 另外，在設計試驗臺的接口時，應多保留以便日后擴大系統(tǒng)功能。 安全。由于制動試驗采用了工業(yè)高電壓，使安全問題格外重要，所以組件的穩(wěn)定性，可靠性和安全性必須非常好。易于操作。首先，試驗臺的結構應使

5、被測制動器便于改變。其次，必須有一些方便的軟件接口和硬件接口，以及詳細的說明。按照上述要求和分析，確定了電慣量制動試驗臺的總體方案，包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。A.硬件系統(tǒng)由三部分組成：信號采集，包括扭矩及轉速傳感器，溫度傳感器，制動器油壓傳感器，數據采集卡和工控機。電慣量模擬，其中包括直流電機，可控硅直流電機調速器，測速發(fā)電機。直流電動機用來模擬電力驅動，以提供速度，并模擬減速過程。轉換器有一個全自動高速接口，用戶可以通過電腦返回的輸入D/A信號調節(jié)電機速度。制動系統(tǒng)，全部是ABS。圖1.制動試驗臺結構示意圖如圖1所示，直流電動機一端連接測速發(fā)電機，另一端通過彈性聯軸器連接力矩及轉速傳感器。扭矩

6、和轉速傳感器通過聯軸器與軸相耦合。輪胎安裝在試驗臺的外端?？煽毓柚绷髡{速器的電位器終端通過2芯信號線與數據采集PCI 2006的D / A通道接口相連。測速傳感器的信號端子與轉換器的速度反饋終端相連。轉換器接380V交流電， 轉換成400V直流電供給直流電機。ABS安裝在試驗臺的下方，壓力傳感器連接主泵和制動閘。轉矩和轉速傳感器的信號端子和壓力傳感器通過5芯的信號線與數據采集卡PCI2006的D / A通道接口相連接，信號線保護端接地。B.軟件系統(tǒng)由兩部分組成： 用戶界面這主要包括幾個模塊：功能菜單，顯示儀器，數據采集和實時顯示，如圖2所示。圖2.軟件系統(tǒng)功能結構用戶可以向測試系統(tǒng)導入限制條件

7、；通過報警信號燈和圖形數據集合觀察測試期間設備現時運行情況。測試數據可以從保存的數據中分析。后臺應用程序此功能包含控制信號的輸出，信號采集，數據處理和算法控制。 信號采集功能是在測試期間通過用戶接口和處理信號獲得外部條件，包括模擬信號，數字濾波，開關信號的采集和處理。數據處理功能包括測試數據處理，測試數據存儲等。算法控制包含轉矩計算，壓力分析和轉速控制。三、確定試驗臺主要參數主要參數需要通過計算直流電動機的功率和扭矩轉速傳感器測量范圍來確定。其它傳感器，比如溫度傳感器和壓力傳感器，可由提供的參考數據來選擇。例如，用于測量管路液壓的壓力傳感器的測量范圍可以參照制動器行業(yè)標準來選擇。首先，用一輛狀

8、態(tài)良好的汽車在平坦的路面進行一次道路制動試驗，測試參數如表1所示。然后，根據能量守恒定律，可以計算制動轉矩和直流電動機的功率。應當指出的是，制動初速度很小，所以空氣阻力和滾動阻力也很小，則可以假定汽車的全部動能轉化為由制動襯片引起的摩擦熱能。（1）前輪制動的平均制動力為：（2）平均制動力矩T為：（3）因此，直流電動機的額定功率P為：（4）在40km/h的初始速度下制動，直流電動機的主軸轉速n應為：（5）檢驗直流馬達的功率：（6）因此，直流電動機的額定功率為，扭矩為。四、電慣量轉矩控制方式系統(tǒng)的控制策略是通過從雙閉環(huán)速度控制端口輸入控制電壓給直流電機，系統(tǒng)基于給定的指導數據達到自適應控制。能夠很

9、好地響應系統(tǒng)的漂移擾動，所以很適合基于電慣量模擬地制動試驗臺。應用實時采集反饋轉速和扭矩，系統(tǒng)可以得到電動機的轉速和在當前t時刻的制動力矩，并且可以計算出此刻的制動減速度。在此之后，制動減速度作為指導減速度，利用當前轉速，系統(tǒng)可以計算出下一時刻 應達到的轉速，即導向轉速。最后，系統(tǒng)會將轉速傳遞給可控硅直流調速器，實現轉速和扭矩的調節(jié)。應當指出的是，的值應適當，過大或過小都會影響模擬效果。根據下式計算出角減速度：（7）式中 角減速度（rad/s2），是根據實時反饋計算得到；實時反饋扭矩（Nm）；模擬的汽車慣量（kg.m2）。相鄰時刻的角速度有：（8）式中 i時刻的角速度（rad/s2）；i+1相

10、鄰時刻的角速度（rad/s2）;控制周期（S）。五、試驗對比與結論為了驗證模擬精度，在相同輸入條件下，對電慣量和機械慣量得到的實驗結果進行了對比分析。首先，設置系統(tǒng)的初始條件。然后模擬實際制動過程得到模擬試驗結果。在對數坐標系中繪制模擬測試結果曲線和參照測試結果，獲得了如圖3所示的3種曲線。圖3中，n1，M1和P1分別為通過收集機械慣性制動試驗獲得的轉速，制動扭矩和油管壓力，n2，M2和P2分別為電慣量制動測試獲得的對應的數據。圖3.對數坐標系中的數據比較曲線從圖中可以看出，上面的兩條制動轉矩曲線吻合較好，中間兩條轉速曲線有著不同程度的重合，下面的兩條制動管壓力曲線也重合得更好。曲線的總體趨勢和分析結果表明模擬制動過程和實際制動過程之間的差距能夠滿足試驗臺的要求，轉矩變量的控制算法能夠滿足機械慣量的模擬要求。通過應用計算機控制技術來控制電機轉速和扭矩，試驗臺能夠實現模擬汽車的動慣量和速度。參考文獻1 詹姆斯K，湯普森，亞倫馬克斯，“制動功率測試的Denis Rhode慣量模擬”，SAE國際，2002.10。2 加里約翰遜W，麥格勞 - 希爾，馬特 納瓦落地，“Labview高級編程”，CRC press Boca Raton紐約東京倫敦，2001年。3 StegawskiMA.SchaumannR，“基于本科實驗室環(huán)境的新式虛擬儀器的應用研究和生產”，IEEE氣體