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基于LabVIEW的摩托车底盘测功机测控系统的研发.pdf

HLJITD60底盘测功机设计【5张CAD图纸和毕业论文】【优秀汽车类】【节能比赛用车】

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HLJITD60底盘测功机设计

齿轮.dwg---(点击预览)

黑龙江工程学院毕业设计（论文）开题报告.doc---(点击预览)

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2011届毕业设计（论文）答辩相关材料.doc---(点击预览)

01.题目审定表.doc---(点击预览)

程序

D60演示程序.vi

测试程序2.vi

设计重要参考文献

车辆底盘测功机的惯量模拟.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功机惯性系统开发研究.pdf---(点击预览)

摩托车转鼓试验台的开发研究.pdf---(点击预览)

Shenck汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨.pdf---(点击预览)

DPC1型摩托车底盘测功机的研制.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功机的原理及检测.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功器的标定方法和精度分析.pdf---(点击预览)

影响底盘测功机测试精度的因素.pdf---(点击预览)

底盘测功机结构参数分析.pdf---(点击预览)

小型交流电力测功机系统的研制.pdf---(点击预览)

基于CAN总线的汽车底盘测功机测控系统研究.pdf---(点击预览)

基于CAN总线的摩托车底盘测功机控制系统研制.pdf---(点击预览)

电动汽车底盘测功机的开发与研究.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功系统中信号检测与传输技术的研究与改进.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功机测控系统的研究.pdf---(点击预览)

提高底盘测功机测试精度的研究.pdf---(点击预览)

基于LabVIEW的摩托车底盘测功机测控系统的研发.pdf---(点击预览)

基于CAN总线的电模拟摩托车底盘测功机的研究.pdf---(点击预览)

基于CAN总线的摩托车底盘测功机的设计.pdf---(点击预览)

交流异步电力测功机系统的设计与建模.pdf---(点击预览)

48寸交流驱动底盘测功机的研究开发.pdf---(点击预览)

车辆在底盘测功机上驱动功率的数据分析.pdf---(点击预览)

底盘测功机的工作原理及使用维护.pdf---(点击预览)

浅析影响底盘测功结果的因素.pdf---(点击预览)

汽车转鼓试验台主要设计参数分析.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功机计算机测控系统的研究与应用.pdf---(点击预览)

汽车底盘测功机关键技术参数的试验研究.pdf---(点击预览)

摩托车底盘测功机道路行驶阻力允差设定判据的分析.pdf---(点击预览)

摩托车交流底盘测功机测控软件系统的开发.pdf---(点击预览)

提升汽车底盘测功机试验精度的方法及分析.pdf---(点击预览)

基于PXI的交流测功机系统开发.pdf---(点击预览)

虚拟现实技术在电动车测试中的应用.pdf---(点击预览)

简易瞬态工况底盘测功机控制系统理论设计.pdf---(点击预览)

基于LabVIEW模糊控制PID底盘测功机设计1.pdf---(点击预览)

基于LabVIEW模糊控制PID底盘测功机设计.pdf---(点击预览)

%af在汽车底盘测功机测控系统中的应用.pdf---(点击预览)

基于模糊PID的MCG_200型汽车底盘模拟测功机测控系统研究.nh

汽车交流底盘测功机测试系统研究[1].kdh

汽车测试系统的虚拟仪器研究.nh

电动汽车试验台总体设计与技术研究.nh

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关键词：: hljitd60 底盘测功机设计

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摘　　要

　　　底盘测功机是一种不解体检验车辆性能的研发检测设备，采用现代电测和计算机技术，仿真模拟各种路面行驶阻力，能很好的改善试验人员的试验环境,消除了试验重复性，显著缩短了试验周期，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果。

　　　本设计的主要目的是开发适用于节油车性能测试的底盘测功机，为节油车的开发研究提供试验平台。

　　　文章首先介绍了背景及其意义、底盘测功机的发展情况及其主要工作方向；在此基础上对底盘测功机的结构进行了设计，分析节油车路面阻力, 建立了底盘测功机动力学模型；选择了交流发电机作为底盘测功机的加载装置，并建立了交流电力测功机的控制模型，设计了底盘测功机的测量和控制系统：脉宽调制(PWM)系统，该系统为底盘测功机提供制动力，以确保正确加载，模拟道路工况。设计基于PID的阻力加载智能控制算法，通过PID来改善控制系统的快速性和降低超调量，降低控制系统的稳态误差。

　　　最后对底盘测功机的测控软件进行了设计。以先进的测试理念“软件即仪器”为指导，软件的设计结合高内聚低耦合的开发思想，基于NI公司GUI高级编程工具LabVIEW设计软件平台，针对测功机对象开发各子模块。其子模块可以方便移植应用到其他的领域中。并且界面美观，对话性强，操作方便，能很好的对系统进行实时监控以及各性能参数的显示。

关键词：底盘测功机；LabVIEW；节油车；交流发电机；PID控制

ABSTRACT

　　　Chassis dynamometer，a test equipment without disassembly, adopt technology of modern electrical measurement and computer to simulate all the driving resistance . It can improve the pilot’s test environment．The method can eliminate no needing research factors，shorten notability the trial period，and can acquire more accurate，more entire and more in-depth test result in some aspects．

　　　And the design’s aim is to develop Fuel-efficient car chassis dynamometer and service for the research and development the Fuel-efficient car．

　　　In the paper, the background and its significance, the test technology and its development，the source of the program，research aims and the direction of the program are introduced firstly．On the basis，the author establishes dynamical model of chassis dynamometer and analyses chassis dynamometer road resistance simulated loading principle ,designs the construction of chassis dynamometer, and selects AC motor as the load equipment，and establishes、the control model of AC electronic dynamometer, and establishes the measurement and control system：PWM system，this system offered the chassis dynamometer braking force，to make sure loading correctly and simulate the road condition．The intelligent system based was designed for simulation ofloading resistance．Though PID control to improve the system speed and reduce the overshoot， to reduce the steady error ofthe system．

　　　Finally, desiens the software of chassis dynamometer, based on the advanced test concept “software is apparatus”, software follows the design principle of low poly high coupling．Measure & Control system platform is designed based on GUI advanced programming tools—NI LabVIEW． Beautiful interface，strong dialogue，convenient operation，complete real—time monitoring system，show engine erformance parameters.

Key words: chassis dynamometer; LabVIEW ;Fuel-efficient car; AC motor; PID control

目　　录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2底盘测功机发展现状、趋势及应用2

1.3HLJITD60底盘测功机研究目的和意义3

1.4中国节能竞技大赛及节油车介绍3

1.5设计的主要内容5

第2章底盘测功机的结构设计6

2.1底盘测功机概述6

2.1.1底盘测功机的基本结构6

2.1.2底盘测功机的工作原理7

2.2HLJITD60底盘测功机总体布置8

　　　2.3滚筒装置设计8

2.3.1滚筒参数选择与校核8

2.3.2滚筒轴承的选择与校核9

2.4加载装置的选型10

2.4.1测功机的类别10

2.4.2 各类测功机的比较12

2.4.3加载装置的最终选型13

2.4.4交流异步测功机测功原理14

　　　2.5 升速器设计15

2.5.1传动比的计算15

2.5.2计算传动装置的运动和动力参数15

2.5.3 齿轮参数的计算与校核16

2.5.4 轴的设计与校核18

2.5.5轴承的选择与校核21

2.6 惯性模拟装置设计22

2.6.1 汽车功率平衡方程22

2.6.2惯性飞轮系统参数的确定23

2.7 其它装置的设计与选择23

2.7.1夹紧装置的设计23

2.7.2风机的选择23

2.8 本章小结24

第3章底盘测功机测试系统硬件设计25

　　　3.1 测试系统硬件设计基本原则25

　　　3.2 测试系统硬件总体设计25

3.2.1测试系统结构组成25

3.2.2工作原理25

3.3数据采集单元27

3.4励磁电流控制装置28

3.5 传感器的选择29

3.5.1传感器的选择原则29

3.5.2速度传感器的选择29

3.5.3拉压传感器的选择30

3.6 本章小结32

第4章底盘测功机阻力模拟33

　　　4.1 设计所需使用的节油车参数的确定33

4.1.1车轮转动惯量的测量33

4.1.2节油车车身迎风面积的计算34

4.2节油车在道路上的行驶阻力分析34

4.2.1节油车的驱动力34

4.2.2节油车行驶阻力35

4.2.3节油车道路行驶方程的建立36

4.2.4A、B、C 待定系数的确定方法36

4.3节油车在底盘测功机上的行驶阻力分析37

4.4 底盘测功机电模拟模型的建立38

4.5 本章小结39

第5章HLJITD60底盘测功机系统软件设计40

5.1虚拟仪器概述40

5.2Labview软件介绍41

5.3 软件总体设计42

5.4数据采集模块设计42

5.4.1模拟量输入42

5.4.2数字量输入43

5.5 数据处理模块设计44

5.6 PID控制模块设计44

5.7 PWM输出模块设计47

5.8系统标定48

5.8.1误差分析48

5.8.2系统标定49

5.9 本章小结50

结论51

参考文献53

致谢54

附录55

附录A 外文资料翻译55

第1章绪　　论

1.1课题背景

　　　汽车是现代文明的重要组成部分，是人类智慧的结晶。然而，随着汽车的保有量的不断增加，汽车给人类带来了的问题也日益突出，已经严重危害到人类今后的生活，当今世界关于环境和能源的问题备受关注。随着汽车技术的发展，“节能、环保、安全”已成为未来汽车工业发展的主题，汽车的轻量化设计对提高车辆动力性、减少能源消耗与降低污染具有重要的实际意义。为了解决这些问题，节能汽车呈现加速发展的趋势，节能汽车的研发任务日趋紧迫，其研究手段需要不断完善。

　　　目前车辆主要的开发方式为计算机仿真、实车开发和试验台开发平台三种。计算机仿真有适应性强、费用低、开发周期短等优点，但受动力系统复杂的数学模型的制约，难以得到准确结果，仿真结果的可信性、可用性必须通过其它途径来检验。实车平台的优点是能够为开发对象提供真实的运行环境，但成本高、适应性差、测试和调节难度大。汽车底盘测功机试验台及与其相关的动力测试设备可以方便有效地对动力系统及其部件进行性能测试，对控制策略的优劣进行分析和评价，在整车的开发中具有计算机仿真和实车平台所不可替代的作用，是车辆开发的基础设施。用底盘测功机对整车进行综合试验。该综合试验使用了功能比车载测试仪器更强的室内试验设备，消除了无需研究的因素，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果。

　　　同时，车辆本身又是一个复杂的系统，因此要加强对在用车辆的定期检测，以便及时维修调整，使车辆处于良好的技术状况。汽车底盘测功机就是其中常用的设备。

　　　底盘测功机室内试验系统最终建立，可直接对整车控划目标，如动力性能、经济性能进行全面的检测，同时也可对动力总成控制系统进行全面调试和检测。在车辆的使用过程中，底盘测功机充分利用现代化检测手段，可在汽车不解体的条件下迅速准确地检测汽车各机构、系统、零部件的技术状况和使用性能，查找故障或隐患所在，采取相应的预防措施，确保车辆在良好的技术状况下运行。对车辆的使用和维护同样具有十分重要的意义。

1.2底盘测功机发展现状、趋势及应用

　　　国内外的汽车底盘测功机的发展由机械式到电子式，结构由复杂到简单的过程。在80年代以前，汽车试验设备主要以机械结构为主，如机械式测滑实验台，测力弹簧结构的制动实验台等。汽车底盘测功机也主要以机械模拟为主，即采用飞轮模拟汽车行驶时的平移质量和旋转质量的惯量阻力，只能检测汽车在低速行驶状态下的参数，且精度很低。进入80年代，随着汽车机电一体化的发展，汽车检测设备也进入了机电一体化设计阶段在传统结构的汽车检测设备的基础上，尽量减少机械传动环节，并采用反应速度快的高精度传感器，电子计算机与机械装置相结和的方法来设计汽车检测设备，为检测高速行驶中的汽车的真实性能提供了可能性。此阶段的汽车底盘测功机主要采用机械一电模拟方式，用飞轮模拟汽车惯性阻力，用电负荷模拟汽车的另一部分行驶阻力，大大提高了检测的精度。当时，德、日、美三国的很多公司纷纷投入大量的人力、物力开发研制机械一电模拟的汽车底盘测功机，并取得了很大成果。随着研究的不断深入，人们发现采用飞轮组来模拟汽车的惯性阻力是有级模拟。对于测定稳定工况下的汽车性能而言，在转鼓实验台上只要装有作为负荷的测功机就可以，而且希望旋转部分的惯性矩尽量小，以减少惯性对测量装置的影响；对于测定非稳定工况的汽车性能而言，为了模拟汽车重量的影响，实验台旋转质量的动能应与行驶汽车的动能相等。因此，必须采用惯性可调的飞轮，传动比可以改变的增速器或通过电力驱动的调节来改变实验台旋转质量的动能，以适应重量不同的各种车型的需要。这将使试验台结构变得复杂且增加制造成本。因此人们开始研制通用的转鼓实验台，即电力汽车底盘测功机。它利用电磁力及发电机结构提供测功机所需要的负载。在消耗工况下，通过改变磁通量和改变负载电阻均可改变回路中的电流。电力测功机这种实验台通过电信号调节模拟汽车的惯性力，实现了无级模拟。通过设计良好的底盘测功机测控系统使其能自动调节[1][2]。

　　　汽车底盘测功机被广泛应用于工业发达国家的汽车制造、检测和维修业当中。德国申克公司生产的汽车底盘测功机，它自己带有的一套控制模式能实现数字控制和模拟控制转速、滑行等功能，可逼真地再现实际工况。还有德国的马哈公司、美国的野马公司、CLAYTON公司、法国的TELMA公司、西班牙的FRENELSA公司等生产的底盘测功机在其各自的国家均得到广泛应用，并出口到世界其他国家。

　　　早期国内引进的大多是日本的模拟电子式底盘测功机。1981年，天津公共汽车公司和交通部科学研究院参考引进日本弥荣的CDM．310型底盘测功机，研制出汽车性能试验台。1991年，交通部公路研究所和成都汽车保修机械厂制成DCG．10A汽车底盘测功机，结束了我国不能生产底盘测功机的历史[3]。

　　　目前，汽车底盘测功机在我国已经有一些企业生产了一系列的产品，国内生产的主机(机械部分)已接近并在某些主要指标方面达到或超过进口设备水平，研究现在主要集中在控制系统这一部分，与国外仍有一定差距。

　　　近年来因电子计算机技术的高度发展，为数掘的采集、处理及试验数据分析提供了有效的手段，同时为模拟道路状态准备了条件，加速了底盘测功机的发展，加之各类专用软件的开发和应用，使底盘测功机得到了更广泛的推广。其未来的方向也必将伴随着IT技术的发展想着更高精度发展。

1.3 HLJITD60底盘测功机研究目的和意义

　　　本设计为全国大学生节能车比赛用车，相应的底盘测功机。主要应用于检测节能车的动力性及燃油经济性。既能够测试节能赛车的性能（包括驱动轮输出功率、扭矩和转速）。也可以进行摩托车及电动车(包括纯电动车、燃料电池电动车)的特有性能的测试。用室内试验台架(底盘测功机)对节油车整车进行综合试验，消除了无需研究的因素，显著缩短了试验周期，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果缩短整车试验和标定的试验周期，降低研制的风险和成本，对整车和零部件总成的设计具有十分重要的指导意义。故设计本底盘测功机具有如下功能：

　　（1）最高车速测试；

　　（2）爬坡度测试；

　　（3）底盘输出功率测试；

　　（4）校验车速表、校验里程表；

　　（5）燃油经济性测试。

1.4中国节能竞技大赛及节油车介绍

　　　Honda环保活动是以本田创始人本田宗一郎先生最初的宗旨开展，即“如何有效利用有限资源，不破坏公共环境，为子孙后代造福，所有行动要以此为准绳”。

　　　节能竞技大赛是搭载Honda 4冲程125CC摩托车发动机，通过动手制作赛车挑战节能极限的竞技赛事。该赛事人人都可以轻松参与，队员们通过创意，设计出世界上独一无二赛车参与角逐，人们不仅可以感受到“创造”与“交流”的乐趣，还可以体会到“低油耗就是环保”的理念。

本田希望通过“节能竞技大赛”，为近年来中国不断高涨的环保、节能意识的进一步提高作出贡献。2007年第1届中国节能竞技大赛由于报名火爆，参赛队伍众多，场地由原定的上海龙华机场改为上海国际赛车场。第2届Honda中国节能竞技大赛扩大了赛事规模，吸引了很多的社会普通级别车队参加。比赛在上

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内容简介：: 重庆大学硕士学位论文基于LabVIEW的摩托车底盘测功机测控系统的研发姓名：吴正东申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：段其昌20070605重庆大学硕士论文中文摘要摘要能源和环境问题已经成为世界备受关注的话题。随着机动车辆数量的日益增加和摩托车市场准入制度的推行，摩托车的节能和排放成为汽车摩托车产品性能重要指标之一，摩托车整车性能检测也就成为车辆投放到市场之前的检验关卡。底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备，采用现代电测和计算机技术，仿真模拟各种路面行驶阻力，使摩托车整车的道路试验项目以及应用工况法测量摩托车排气污染物排放量等试验都能移至室内进行，减少室外环境变化对测试的影响，能很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。本文借鉴和吸收了以往先进的研究成果，建立了底盘测功机动力学模型，分析底盘测功机路面阻力模拟加载原理。设计基于模糊控制P I D 的阻力加载智能控制系统，将模糊控制和常规P I D 调节有机的结合起来，通过模糊控制来改善控制系统的快速性和降低超调量，通过常规P I D 控制来降低控制系统的稳态误差。软件的设计结合高内聚低耦合的开发思想，基于N I 公司G U I 高级编程工具L a b V I E W 设计软件平台，针对测功机对象开发各子模块，子模块可以方便移植应用到其他的领域中。控制子模块结合M A T L A B 仿真设计软件，自行设计增量型P I D控制器和模糊控制模块，调节变频器的输入电压，控制测功机的转速和输出扭矩，实现对模拟阻力加载控制；数据采集和处理输出等子模块采用了性价比高、实用性强的间隔采样采集方式和最小二乘法等数据处理算法，采用A D O 接口实现对S Q LS E R V E R 数据库的访问，方便对数据库的管理、调用和查看；同时，根据摩托车整车性能检测标准要求，设计摩托车整车性能检测试验子模块，建立底盘测功机性能检测试验平台。基于L a b V I E W 的摩托车底盘测功机界面美观，对话性强，操作方便，能很好的对系统进行实时监控以及各性能参数的显示，同时将检测数据自动修正到标准状况下，并能以标准格式自动存盘及打印输出检测数据和性能拟合曲线。试验结果表明，测控系统能很好的满足摩托车整车性能测试要求，精度优于国家标准的要求。本课题的设计目前是针对摩托车整车性能测试的一套测控系统，预留了网络数据库接口，方便后续的基于网络的测控平台建立。在进一步完善的基础上，可将此系统广泛地应用在汽车、摩托车和传动测试行业，对测功机的自动监测具有重要的意义。关键词：底盘测功机，L A B V I E W ，模糊控制，P I D ，M A T L A B重庆大学硕士论文英文摘要A b s t r a c tE n e r g ya n de n v i r o n m e n th a v eb e c o m es h a r pi s s u eo ft h ew o r l d W i t ht h en u m b e ro fm o t o rv e h i c l e si n c r e a s i n ga n dm o t o r c y c l e sm a r k e ta c c e s s i n gf o rt h ei m p l e m e n t a t i o n ，m o t o r c y c l ee m i s s i o na n de n e r g y e f f i c i e n ta ss i g n so fm o t o r c y c l e s p e r f o r m a n c e ，t h e r e f o r ew h o l ev e h i c l e sp e r f o r m a n c et e s to fm o t o r c y c l e sh a v eb e c o m eac h e c k p o i n tb e f o r ei tw i l lb ep u ti nt h em a r k e t C h a s s i sd y n a m o m e t e r ，at e s te q u i p m e n tw i t h o u td i s a s s e m b l y , a d o p tt e c h n i c 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e ms p e e da n dr e d u c et h eo v e r s h o o t ，t h o u g hP I Dt or e d u c et h es t e a d ye r r o ro f t h es y s t e m S o f t w a r ef o l l o w st h ed e s i g np r i n c i p l eo fl o wp o l yh i g hc o u p l i n g M e a s u r e &C o n t r o ls y s t e mp l a t f o r mi sd e s i g n e db a s e do nG U Ia d v a n c e dp r o g r a m m i n gt o o l s N IL a b V I E W T h es u b - m o d u l e sw a sd e v e l o p e da i m i n ga td y n a m o m e t e ro b j e c t s ，a n dt h e yC a nb ee a s i l yt r a n s p l a n t e di n t oo t h e ra r e a s C o n t r o ls u b m o d u l ed e s i g nw i n lM A T L A Bs o f t w a r e I n c r e m e n t a lP I Dc o n t r o l l e ra n df u z z yc o n t r o lm o d u l ew e r ed e s i g n e dt oa d j u s ti n p u tv o l t a g eo ft r a n s d u c e rw h i c hc o n t r o lt h ed y n a m o m e t e rs p e e da n dt o r q u eo u t p u tt os i m u l a t er e s i s t a n c ea n da c h i e v el o a dc o n t r 0 1 D a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n go u t p u ts u b - m o d u l ea d o p tc o s t e f f e c t i v ea n dp r a c t i c a ls a m p l i n gi n t e r v a l sa c q u i s i t i o na n dl e a s t - s q u a r e sm e t h o do fd a t ap r o c e s s i n ga l g o r i t h m s T h eu s eo fA D Oi n t e r f a c et ot h eS Q LS e r v e rd a t a b a s ev i s i t sw a y st of a c i l i t a t et h em a n a g e m e n to ft h ed a t a b a s e ，c a l la n dc h e c k M e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt oM o t o r c y c l eP e r f o r m a n c eT e s ts t a n d a r d s ，M o t o r c y c l eP e r f o r m a n c et e s t i n gs u b - m o d u l ei sd e s i g nt oc o m p l e t ec h a s s i sd y n a m o m e t e rp e r f o r m a n c et e s t i n gp l a t f o r m L a b V I E W - b a s e dm o t o r c y c l ec h a s s i sd y n a m o m e t e rb e a u t i f u li n t e r f a c e ，s t r o n gd i a l o g u e ，c o n v e n i e n to p e r a t i o n ，c o m p l e t er e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e m ，s h o we n g i n ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，a n dt oa u t o m a t i c a l l yc o r r e c tt e s td a t at os t a n d a r dc o n d i t i o n s ，a n db ea b l et oe m b a r ko nas t a n d a r df o r m a ta n da u t o m a t i c a l l yp r i n to u tt e s td a t aa n dI I重庆大学硕士论文英文摘要p e r f o r m a n c ec u r v ef i t t i n g T e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o ls y s t e mc a nm e e tt h ev e r yg o o dp e r f o r m a n c em o t o r c y c l et e s tr e q u i r e m e n t s ，t h ea c c u r a c ye x c e e ds t a t es t a n d a r d s A tp r e s e n t , t h ed e s i g nw a sas e to fp e r f o r m a n c et e s tm o n i t o r i n gs y s t e mf o rm o t o r c y c l et e s t N e t w o r kd a t a b a s ei n t e r f a c ew a sr e s e r v e df o rt h ec o n v e n i e n c eo fs e t t i n gu pm o n i t o r i n gp l a t f o r mw h i c hw a sb a s e do nn e t w o r k T h i ss y s t e mC a nb ew i d e l yu s e di nc a r s ，m o t o r c y c l e sa n dd r i v et e s t i n gi n d u s t r ya f t e rf u r t h e ri m p r o v e m e n t ；i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rt h ea u t o m a t i cm o n i t o r i n gd y n a m o m e t e r K e yw o r d s ：c h a s s i sd y n a m o m e t e r , L A B V I E W , f u z z yc o n t r o l ，P I D ，M A T L A BI I I独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。一虢扫一啸7 蚴9 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庞太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密() ，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密( 、) 。( 请只在上述一个括号内打“4 ”)学位论文作者签名：寺确签字醐。1 即日导师签名：膨4 六签字日期：厶4 年石月岁日重庆大学硕士论文l 绪论l 绪论1 1 论文选题意义及课题来源国家摩托车质量监督检验中心可按国家标准( G B ) 、国际标准( I s O ) 、日本工业标准( J I S ) 、美国环保法规( E P A ) 、日本新型车试验规程( T R t A S ) 及欧洲E C E 法规和E E C 指令等进行摩托车及发动机的安全项目、环保项目、基本性能、可靠性和耐久性试验。经过改革开放二十余年的发展，我国摩托车行业走过了开创期、成长期和成熟期。目前，迅猛发展的摩托车行业，已成为我国机械产品类发展速度最快的行业之一。我国摩托车产量已连续1 2 年位居世界第一，出口数量连续5 年名列世界第一随着摩托车行业的发展，国家对这个行业的规范政策也随之不断出台。这些政策措施无疑大大提高了摩托车行业的进入门槛，强化了退出机制。同时也加剧了行业的生存竞争。目前摩托车的品质、质量已变成市场竞争制胜的法宝。根据摩托车检测相关国家标准，检测主要进行两个方面的检测：首先，体现在发动机性能方面，随着国家对环保和能源的日趋重视，我们对发动机性能提出了更高的要求。发动机试验是发动机生产、维修和研究中不可缺少的一个环节，在设计和生产过程中，许多重要的性能参数都是通过发动机试验的方法获取，利用测得的性能数据，绘制出各种特性曲线，对发动机整机运行状态与调整方向进行详细地了解，从而对改进发动机设计有重要的指导意义1 1 】。其次，在整车检测方面，室内检测多采用底盘测功机。底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备，它是通过在室内台架上摩托车模拟道路行驶工况的方法来检测摩托车的动力性，而且还可以测量多工况排放指标及油耗，同时能方便地进行摩托车的加载调试和诊断车在负载条件下出现的故障等。由于底盘测功机在试验时能通过控制试验条件，使周围环境影响减至最小，同时通过功率吸收加载装置来模拟道路行驶阻力，控制行驶状况，故能进行符合实际的复杂循环试验，因而得到广泛应用吲近2 0 年来，国内各检测中心引进了一系列发达国家的测功机，并与相关的院校和研究单位合作，测功机机械本体制造技术已经达到国际水平，但测控系统部分的研究一直相对滞后，很多试验台价的记录还存在人工记录的方式，耗时耗力还要考虑人为误差等因素，很难保证国家质量监督部门下达的质量要求。随着电子技术、传感器技术、计算机技术和控制技术的推广与应用，以前采用人工采集处理测试数据、手工绘制曲线和人工操作控制发动机及能耗装置等测试技术手段正被计算机自动测控系统所代替，测量和控制精度、可靠性、稳定性和灵活性都重庆大学硕士论文1 绪论有了很大提高。中国嘉陵工业股份有限公司( 集团) ( 以下简称嘉陵集团) 检测站S N T - 2 0 0 S I I电涡流底盘测功机是嘉陵集团海南嘉泰公司于9 4 年从日本新日本特机公司引进的一套摩托车下线检测设备，2 0 0 3 年从海南嘉泰公司搬迁到嘉陵集团公司技术中心检测站。由于现有设备存在一些缺陷，又无计算机数据处理系统，不能进行摩托车整车性能测试。因此需要设计一套底盘测功机测控系统来满足摩托车整车测试要求本文深入融合“软件即是仪器”的概念，设计基于虚拟仪器I 知V I E W 的底盘测控机自动化测试系统。针对底盘测功机摩擦力的模拟加载，设计常规P I D 控制和模糊P I D 控制相结合的控制方式，将先进的控制思想和理念引进到传统的工业行业中，满足摩托车整车性能测试要求。1 2国内外发展现状9 0 年代，国外发动机行业在市场竞争和环境保护的双重压力下，产品综合技术水平有了很大提高。一方面发动机的研制开发对测试技术提出了更高的要求；反过来，测试水平的提高又为研制开发高性能发动机提供了可靠的技术保证。因此，许多国外发动机厂商和研究机构都非常重视发展和完善各种先进的测试技术。目前，许多国外发动机研究机构和生产厂家基本上都有先进的发动机测试系统，如A V L 研制的P U M A 系列发动机试验系统可进行动态试验、整车底盘试验和道路模拟试验，既缩短了产品的开发周期，又节约了开发成本，被世界各地发动机科研和生产单位采用p l ；德国申克公司开发的试验台具有先进的D y n a m o u n tC o n t r o l 自动化系统和道路负荷模拟模块，可逼真地再现实际工况嘲。国外的汽车底盘测功机的研究和生产经历了机械式、模拟电子式、数字测控式和计算机控制式这几个阶段。德国申克公司生产的汽车底盘测功机，它自己带有的一套控制模式能实现数字控制和模拟控制转速、滑行等功能，但是对人员的素质要求较高，试验周期长，自动化程度低；它的试验数据采集部分，只对数据作低层次的处理在打印机上不加选择的输出，需辅以大量的手工处理，才能得到所需要的试验结果报告嘲。国内引进的大多是日本模拟电子式底盘测功机。1 9 8 1 年，天津公共汽车公司三厂和交通部科学研究院参考引进日本弥荣的C D M - 3 1 0 型底盘测功机，研制出汽车性能试验台1 9 9 1 年，交通部公路研究所和成都汽车保修机械厂制成D C G - IO A汽车底盘测功机，结束了我国不能生产底盘测功机的历史。华中科技大学( 原华中理工大学) 开发了一种基于P C A 8 6 微机并结合模拟调节器的直流电力底盘测功机，这种三轴六轮驱动直流电力底盘测功机( 每轴带有两个直径O 8 m 的转鼓) ，可实现单轴、双轴或三轴驱动基本上可对各种中小吨位的汽车进行道路模拟实验。控2重庆大学硕士论文l 绪论制方式灵活，既可由转鼓在某种恒定速度下反拖汽车行驶，实现传动系统摩擦损失的测量研究，又可以对汽车在不同速度情况下的道路阻力进行模拟，施加给电机而完成汽车动力性及经济性的研究 7 1 。T L - D C G - 6 0 型底盘测功机是武汉汽车工业大学、华南理工大学和广东省南海市闯拓高科技有限公司联合开发的产品。该底盘测功机的加速性能采用了电模拟方式，由测量系统对汽车加速过程中的车速、加速度实现实时检测，并由计算机依据行驶阻力的理论公式控制电涡流测功机实时生成各种行驶阻力，实现模拟加裂引。西安交通大学的交流底盘测功机的控制系统由一台下位工控机和一台R O C K W E L LP L C 来协调整个控制功能，P L C 主要实现各种逻辑切换控制功能，下位工控机主要用作道路阻力设定器的功能，实时计算得到当前应该给定的阻力大小并送至变频器。两台变频器分别用于控制冷却风机和测功机m 。D P C - 1 底盘测功机采用全数字四象限运行的直流调速电机在检测设备和工控机控制下，再现道路行驶阻力，模拟匀速、变速、爬坡各种状况的道路阻力和惯性力作用；采用机械惯量和电惯量模补偿相结合的方法，实现无级差地模拟受试车的惯性作用；采用配有能耗制动单元的变频控制器，控制风速达到风速跟踪的要求( 1 0 1 。浙江大学设计采用基于C A N 总线的摩托车底盘测功机系统，同时在硬件的设计方面采用C A N 总线作为硬件系统的数据采集、参数控制以及传输总线，单片机的程序主要用C 语言进行编写，这样有利于程序的移植和修改，同时应用模块化编程，使得程序的可读性强，修改和维护方便。上位机与下位机的通讯采用C A N转U S B 的接口，从而达到传递速度快、实时性好、连接方便的目的。上位机的控制软件则采用D e l p h i 进行编写采用电涡流测功机在检测设备和单片机的控制下再现道路行驶阻力，模拟匀速、变速、爬坡各种状况的道路阻力和惯性力作用；采用机械惯量模拟受试车的惯性作用，采用变频器控制风速，达到风速跟踪的要求f l n 。1 3 本文完成的主要工作底盘测功机主要的测试原理是设计控制系统来控制底盘测功机，通过转鼓加载阻力来模拟摩托车道路行驶状况。整车台架性能测试标准Q C T 6 0 - 9 3 要求【1 】【2 】，底盘测功机需要完成以下测试项目：车辆里程表校验、滑行检查、爬坡测试、加速性能( 包括起步加速和超越加速) 、最低车速、最大车速、燃油消耗和驱动轮输出试验等。通过对嘉陵集团技术中心检测站2 2 K W 电涡流底盘测功机测试系统课题的研究，论文主要从以下几个方面展开：3重庆大学硕士论文1 绪论第二章简单介绍了底盘测功机测试原理及种类。综合前人的研究工作和成果，结合摩托车检测系列标准，从动力学和运动学角度分析底盘测功机模拟摩擦力加载模型，为摩擦力加载控制系统设计奠定了理论基础。第三章为系统硬件中设计基于R S 2 3 2 和P C I 总线的采集和控制系统。设计高性价比的数据采集系统组建系统采集硬件平台和变频器控制系统来满足控制系统要求。第四章结合底盘测功机摩擦力加载模型，设计模糊控制和增量型常规P I D相结合控制电涡流底盘测功机励磁电流，基于M A T L A B 设计模糊控制程序，并在L a b V I E W 平台下设计控制予模块。各P I D 程序模块化，有很强的可移植性。第五章基于虚拟仪器图形化设计软件L a b V l E W ，按照摩托车整车检测标准Q c , r 6 0 9 3 ，分别设计控制子模块、数据采集子模块和试验子模块等，开发出精度较高、稳定性较好的、开发周期较短的系统集成自动化测控软件。第六章结合测控机实验对新系统进行验证。1 4 小结本章首先提出了本课题的来源及选题的意义，主要介绍了国内外底盘测功机的发展现状，以及本课题所完成的主要工作等。4重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介2 底盘测功机测试简介底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的设备，它是通过在室内台架上摩托车模拟道路行驶工况的方法来检测汽车的动力性，而且还可以测量多工况排放指标及油耗。同时能方便地进行汽车的加载调试和诊断汽车在负载条件下出现的故障等。由于摩托车底盘测功机在试验时能通过控制试验条件，使周围环境影响减至最小，同时通过功率吸收加载装置来模拟道路行驶阻力，控制行驶状况，故能进行符合实际的复杂循环试验，因而得到广泛应用。2 1 底盘测功机原理介绍摩托车在道路上运行过程中存在着运动惯性和行驶阻力，要在试验台上模拟摩托车道路运行工况，首先要解决模拟摩托车整车的运动惯性和行驶阻力问题，这样才能用台架测试汽车运行状况的动态性能。摩托车底盘测功机的基本结构如图2 1 。试验摩托车的后轮放在一个大转鼓上，用转鼓的表面代替路面，相对于车辆作旋转运动。转鼓轴端与测功机同轴相联，构成测功机一转鼓机组。试验时测功机给转鼓施加阻转矩来模拟车辆在道路行驶时的阻力。摩托车前轮用“前轮夹持器”夹住，保证车辆前后不能移动左右不会倾倒。试验车辆的正前方安放一个风机，用于冷却车辆。图2 1 底盘测功机基本结构图F i g2 1C b a s s i sd y n a m o m e t e rf u n d a m e n t a l 蚰m c n 玎c试验时车辆后轮带动转鼓一测功机旋转。测功机提供阻转矩，使车辆发动机受到的阻力等效于同等工况下在道路试验中受到的阻力：风机的风速跟踪车速，使车辆发动机( 还有传动箱、轮胎等) 的冷却条件与道路试验等效。这样车辆就可5重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介以在底盘测功机上模拟道路行驶。系统还配备了对速度、时间、距离、温度、压力、油耗等项目的测量环节，由计算机进行数据采集和控制。整个系统协调运转，驾驶员在显示器的提示下按照试验要求驾驶车辆，这样就可以在底盘测功机上进行车辆的性能试验了。例如加速性能、最高车速、燃油消耗、工况排放( 要另配排气分析仪) 等项目试验。与室外道路试验相比，在底盘测功机上进行车辆试验具有安全、高效和重复性好的优点【”】【1 4 】。汽车用底盘测功机原理相同，也是驱动轮放在转鼓上进行试验。只是转鼓宽，测功机功率大一些【。2 2 底盘测功机种类常用的测功机有电力测功机、水力测功机和磁粉测功机。这些测功机都是根据测功机作用力矩与测功机反作用力矩大小相等、方向相反的原理来测量的。2 2 1 水力测功机水力测功机是以水作为工质的一种液力测功装置，其主体为水力制动器。制动器由转子和外壳组成，外壳由滚动轴承支承，因而可以自由摆动。根据转子的结构不同，水力测功机可分为圆盘式、柱销式、叶轮式和涡流式等四种形式【1 7 1 。2 2 2 磁粉测功机磁粉测功机是根据转予和外壳内腔之间填充的磁粉微粒处于磁化状态后产生的反力矩来测功的。当外壳上的励磁线圈不通电时，磁粉呈自由状态，转子旋转时，磁粉受离心力的作用而附在转子与外壳内腔之间的间隙边缘，不传递转矩。当线圈通电时，磁粉处于磁化状态，沿径向排列互相吸引，在转子和外壳内腔之间形成磁粉链，而磁粉链中微粒间的引力则构成了制动力矩【嘲。这种测功机体积小，转矩大，在工作区域内励磁电流与转矩近似呈线性关系。当励磁电流不变时，具有等转矩特性，响应速度快，最大功率下可在任一工况点工作，放特别适合在大转矩和中、低转速工况应用。由于高温会引起磁粉烧结和磁性退化，故需采取良好的冷却措施，且不宜长期在高速状态下使用。2 2 3 电力测功机电力测功机的工作原理和电机基本相同，其转子和定子都是以磁通作为传递媒介进行工作的转子和定子之间的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以只要将其定子做成能绕其轴线自由摆动的结构，便可测定其转子的制动转矩，即定子的反力矩【嘲。电力测功机目前重要有直流电力测功机、交流电力测功机和电涡流测功机三种型式 2 0 1 2 1 X 2 2 1 。6重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介直流电力测功机直流电力测功机与一般电机主要的不同之处是定子外壳被支承在一对轴承上，并可以绕轴线自动摆动在定子外壳上固定一个力臂，它与测力机构连接，用以测定转矩。被测动力机械的输出轴与直流电力测功机的转子连接在一起旋转，此时电枢绕组切割定子绕组磁场的磁力线，在电枢绕组中产生感应电动势，即产生一个与转向相反的制动力矩，电机作发电机运行，以达到测功的目的。相反，当电枢回路有电流通过时，在磁场中会受到电磁电力作用而产生一个与转向相同的驱动力矩，这是电机作电动机运行，以达到反拖( 测量动力机械的摩擦功) 的目的。交流电力测功机常用的三相交流发电机可作为最简单的交流电力测功机。当被测动力机械直接驱动三相交流发电机时，其测得的有效功率为：P 。= 括志唧( 2 1 )式2 1 中，。c 为测得的有效功率仪w ) ；u 为交流发电机的电压( V ) ；i 为交流发电机的输出电流( A ) ；，7 为交流发电机的效率；c 0 8 伊为交流发电机的功率因数。基于和直流电力测功机同样的原因，交流电力测功机的定子外壳也应当做成可以绕转轴摆动的平衡式结构。交流电力测功机既可以按电动机运行，也可以按发电机运行。按发电机运行时，测功机发出的电能，可以消耗在负荷电阻上，在条件许可时，也可以输回供电电网加以利用。电涡流底盘测功机电涡流测功机，是基于涡流电流( 物理学上称傅科电流) 进行工作的设备。它由定子和转子两部分组成。定子部分包括定予架和装在上面的励磁线圈。定子框架周围有孔，励磁线圈装在孔内。定子框架中心部分轮毂，借助两个滚动轴承支撑在转子轴上。转子部分包括转子轴和固定在该轴上的两个转子，两个转子分别位于定子部分的两端，转子轴可以被外力带动而自由转动。转子的内侧端面与定予的断面保持很小的问隙，该间隙电磁学上称为气隙。该转子的内侧面是十分光滑的平面，涡流电流就产生在这个光滑平面上。电涡流测功机的励磁绕组通入电流时，磁通经定予、涡流环、气隙、转子构成闭合磁路当摩托车后轮带动滚筒及测功机转子旋转时，由于磁通密度发生变化使转子表面产生涡流电流，该涡流电流与磁场相互作用，产生反向制动力矩，使定子绕主轴轴线摆动。该制动力矩通过杠杆传递给压力传感器，由压力传感器给出相应的电信号，经计算处理后，可得出摩托车瞬时的动力参数。调节励磁电流大小，即可改变测功机的制动力矩，同时相应改变汽车车速，不断变化的励磁电流与车速形成闭合环，并最终实现恒速或恒力等方式下的功率测量【2 3 1 。7重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介被测动力机械输出的功率被电涡流器吸收，转换为电涡流，在涡流器的转子或者定子中转变为热能散发。因此，为使转子或定子处于正常的工作温度，必须尽快将其热量排出，迅速冷却。常用水或冷气作为介质把电涡流转化的热量排出。据此电涡流测功机分成水冷式和风冷式两类。风冷式电涡流功率吸收装置主要由转子、定子、励磁线圈、支承轴承、冷却风扇叶片、力传感器等组成，其特点是：结构简单，安装方便；冷却效率低，功率吸收装置不易长时间运行，其转子的导磁率随温度的上升而下降；因而其最大吸收功率随温度升高而减小，所以一般风冷式功率吸收装置在高转速、大负荷下工作时间不宜超过5 分钟。由于冷却风扇在工作时消耗一定的功率，所以应该将风扇所消耗的功率计入摩托车驱动轮的输出功率。风冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图2 2 所示：图2 2 风冷式电涡流功率吸收装置F i g2 2C o o l e de d d yc u r r e n tp o w e ra b s o r p t i o nd e v i c e其主要由转子、定子、励磁线圈、支承轴承、冷却风扇叶片、力传感器等组成其特点是：1 ) 结构简单，安装方便；2 ) 冷却效率低，不宜长时间运行；3 ) 冷却风扇在工作时消耗一定的功率，故应将此消耗的功率计入汽车底盘输出功率。电涡流式功率吸收装置的工作原理如图2 3 所示【2 4 】：图2 3 电涡流式功率吸收装置F i g2 3e d d yc u r r e n tp o w e ra b s o I p t i o nd e v i c e3重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介当励磁线圈通以直流电时，在转子与铁芯间隙就有磁力线通过，此间隙的磁通分布在转子齿项处的磁通密度最大，而通过齿槽处的磁通密度最小。当转子以转速n 旋转时，则在A 处的磁通就减少。由磁感应定理可知，此时在定子的涡流环内产生感应电动势，试图阻止磁通的减小，于是就有电涡流产生，电涡流方向用右手定则判断，如图2 3 中的0 0 所示。同理，B 处产生的电涡流如图2 3 所示由图2 3 可见在齿顶处的电涡流方向为一，因此用右手定则判定，此时定子受力，其方向如图所示。而在齿槽处由于磁通很小，所以受力也很小。因此总的受力F 之方向如图所示，此力便与定子处外壳相连接的力臂引入称量机构便可进行力矩测量。当测功机转子以转速n ( r m i n ) 转动，且给励磁线圈加一定的电流时，可摆动的定子外壳就产生一定的阻力矩T ( N M ) ，便得到吸收功率阻力矩P 如式2 2 ：P = 卜5 4 9 ( 七矽)佗2 、由于电涡流测功机所消耗的励磁功率很小，只需要变动数安培的励磁电流，就能有效的控制制动转矩，这样可以方便地完成自动化控制，有利于实现按预定程序运转的自动测试，同时考虑到摩托车底盘测功机的转矩比较小，以及现场安装的方便。该底盘测功机采用风冷式电涡流测功机，厂家为新日本特机公司型号为S N T - 2 0 0 S I I 电涡流底盘测功机，功率为2 2 K W ，额定扭矩为2 6 0 N 脚。2 3 电涡流底盘测功机阻力加载模型摩托车底盘测功机是应用现代电测和计算机技术，利用摩托车在路而行驶中与道路的相对运动关系。将摩托车道路行驶工况( 如：道路阻力状况、行驶惯性等)有效、等量地转移到摩托车底盘测功机上，即摩托车底盘测功机仿真模拟各项行驶阻力，使摩托车整车的道路试验项日以及应用工况法测量摩托车排气污染物排放量等试验移至室内进行的专用测试设备。摩托车在道路上行驶是摩托车相对静止的路面运动，而摩托车在底盘测功机上进行台架动力性试验是用滚轮( 亦称转鼓) 表而取代路面，并且相对于静止的摩托车做旋转运动。摩托车底盘测功机行驶阻力的模拟如何实现、精确度如何保证则是其技术关键。从其动力学入手对阻力加载模型加以分析。2 3 1 摩托车道路行驶动力学分析摩托车行驶在路面上，发动机曲轴输出扭矩，经变速传动系统传递给驱动轮。通过轮胎与地而的接触( 设摩擦力足够大，视为无滑动的纯滚动运动) 产生驱动力同时还受到各种行驶阻力。受力分析如图2 4 所示嘲9重庆大学硕士论文2 底盘铡功机测试简介图2 4 摩托车道路行驶受力分析F i g2 4M o t o r c y c l eR o a dA n a l y s i s当驱动力等于行驶阻力时，摩托车做匀速运动；当驱动力不等于( 大于或小于)行驶阻力时，摩托车做变速( 加速或减速) 运动。摩托车的驱动力模型嗍摩托车的驱动力是由发动机曲轴输出扭矩，经离合器、变速传动系统( 降速增扭作用) 传递给驱动轮足够大的驱动扭矩，其对地面产生圆周力( 切向力) ，地面由于附着作用给驱动轮一反作用力( 当附着条件即路面接触强度足够大时，其与圆周力可视为大小相等、方向相反) 即为推动摩托车前进的驱动力。E ：R ：丝：竺逊( 2 3 )rr式2 3 中：F r 一摩托车驱动力；F 仃一驱动轮对地面产生的圆周力；M 广_ 驱动轮上的驱动扭矩；r 驱动轮半径：M r 摩托车发动机曲轴输出扭矩；i I 钦传动比；i | 变速器传动比；i 2 = 次传动比；? r _ 传动变速系统总传动效率。摩托车的行驶阻力摩托车行驶时受到的各种阻力，统称为行驶阻力。1 ) 滚动阻力1 0重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介摩托车车轮弹性轮胎在路面上滚动时，来自路面与轮胎接触而之间的各种阻力，统称为滚动阻力。由于前、后轮的受力情况不同，故其滚动阻力则不同。在计算滚动阻力时，按整车的滚动阻力考虑。2 厂。朋。g( 2 4 )式2 4 中：F f 该动阻力；廿一摩托车整车基准质量+ 驾驶员质量( 7 5k g ) ；g 重力加速度；f 整车滚动摩擦阻力系数2 ) 空气阻力摩托车行驶时，在空气中运动受到空气的作用力，称为空气阻力。1瓦= 巳A P V ，2( 2 5 )二式2 5 中：F n 广空气阻力；C d 空气阻力系数；A 迎风面积；? 空气密度；h 相对速度，无风时为摩托车行驶速度；3 ) 坡度阻力摩托车沿纵向坡路上行驶时，受重力沿坡道分力的作用，坡时，坡度阻力与驱动力方向相反；下坡时，两者方向一致。F = m g s i n O式2 6 中F i 坡度阻力；? 朔向坡度角。4 ) 惯性阻力称为坡度阻力。上( 2 6 )摩托车变速行驶时，除克服上述阻力外，还需克服其本身质量变速运动的惯性力。其由两部分组成：平移质量惯性力和旋转质量惯性力将其换算到车轮上的等效惯性阻力为：= 8 - m 罟( 2 7 )式2 7 中：E 变速行驶，换算到车轮上的总惯性阻力；万质量换算系数：艿：l + 墨毕+ 墨生i ：垒：垒鱼；生：垒：生! ：!Gr 2Gr 2式2 8 中：掣摩托车加速度；讲( 2 8 )重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介L 从动轮转动惯量；L ：驱动轮转动惯量；，九发动机曲轴部件转动惯量；，：离合器、变速器、二次传动装置等旋转部件的转动惯量；叩。除一次传动外的传动效率。摩托车道路行驶方程据上述各力在x 轴上的投影，可得到摩托车的道路变速行驶方程：F t = F f F M 七F t + F i= r i n g + 三c D 饥2 + m g s i n m 尘d t + 型氆哮丛a r t 式2 9 表明了摩托车在坡道上变速行驶时的驱动力与行驶阻力的平衡关系，亦表明了摩托车的动力性能。2 3 2 底盘测功机力学分析摩托车在底盘测功机滚轮上行驶，前轮被夹紧固定，仅驱动轮和滚轮做相对旋转运动，此时车辆相对滚轮是静止的，车速为零，而滚轮表而则取代了路面。受力分析如图2 5 所示1 2 7 1 2 s 。“一纱鱼出廿之毛丘葶“巧与I图2 5 摩托车在底盘测功机上行驶受力分析F i g2 5M o t o r c y c l ec h a s s i sd y n a m o m e t e rt r a v e l i n gA n a l y s i s通过对驱动轮在滚轮上变速行驶时的受力分析，可得到摩托车在底盘测功机上的变速行驶方程：F I = F R 七F 。+ F t 七F j + F j= 最+ 驯+ 铷+ 掣地等些逝+ I R 瓦d v 亿聊式2 1 0 中：只摩托车的驱动力7重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介最底盘测功机制动力；E 底盘测功机滚轮及轴系总摩擦阻力；E 驱动轮与滚轮问的滚动摩擦阻力；，：驱动轮道路行驶的滚动阻力；E 。雩区动轮和发动机曲轴部件、离合器、变速器、二次传动装置等旋转部件的惯性力换算到车轮上的惯性阻力；E 滚轮惯性轮及轴系产生的惯性阻力；厶滚轮及轴系的转动惯量；R 滚轮半径2 3 3 底盘测功机模拟阻力加载模型在底盘测功机上模拟摩托车道路行驶状况，底盘测功机必须产生相当某车型在道路上行驶时所呈现的、与车速成函数关系的行驶阻力，即底盘测功机模拟的行驶阻力与道路行驶阻力相等【2 9 】。比较摩托车在道路上和在底盘测功机上的两行驶方程式2 9 和2 1 0 ，则两式右边应相等：F f + F M 七F ：F ? = F R + F 七F t 七F l 七F jQ 1 1 )即：1C 删+ + 埘罟：警掣学气：，= 最+ E + ( 1 + 如+ 掣丛雩峰+ 扣i d v整理得：触+ 三c D 饥2 + m g s i n 口+ 沏一害= B + E + ( 1 + F ，：+ 备害( 2 朋)由式( 2 1 3 ) ，得：最= 觚+ 吾c D 劬，2 + m g s i n O + 伽一笋一矿I R i 一一( 1 + 主) 乃：( 2 1 4 )式2 1 4 即为底盘测功机动力学基本模型方程。由上式可见，当摩托车选定后，设风速与车速相等，即v ，= v ，晶即为关于速度和加速度的方程。简化模型得：晶= 4 + 占件c 伊+ 伽一一M R ) d v d t + m g s i n 8 一只( 2 1 5 )式2 1 5 中，最是测功机驱动力，也即加载到摩托车的模拟摩擦阻力；v 是转鼓表面速度；A 为恒定阻力系数( 摩擦力) ；B 为依赖于速度的阻力系数；C 为依赖于速度平方的阻力系数( 风阻) ；m 为整车基准质量；M w l 是从动轮惯性质量；靠是滚轮等的惯性质量；g 为重力加速度；0 为坡度角；，一是测功机机械总摩擦阻力。由式2 1 5 清晰可见，为确定底盘测功机模拟摩擦力加载方程，需要先确定A 、重庆大学硕士论文2 底盘测功机测试简介B 、C 、惯性质量和机械总摩擦阻力。根据摩托车和轻便摩托车底盘测功机的设定惯性滑行法( G B T1 8 9 5 4 - 2 0 0 3 ) 标准，可以先在路面上进行滑行试验，计算A 、B 、C 初始值。在系统中直接输入系数A 、B 、C ，然后进行驱动电机拖动进行多次不同恒速点的滑行试验，使用曲线拟合技术，最终确定A 、B 、C 值，进行行驶阻力的测定。2 4 小结本章首先分析了底盘测功机的原理，介绍目前国内外使用的几种典型的底盘测功机，着重介绍了本课题所使用的电涡流底盘测功机测试和模拟阻力加载原理。分别对摩托车道路行驶和底盘测功机测试进行动力学分析，建立动力学模型，提出了底盘测功机模拟阻力加载模型1 4重庆大学硕士论文3 系统硬件设计3 系统硬件设计3 1 系统硬件基本原则对于不同的测试对象，测试系统设计的具体要求是不同的，摩托车底盘测功机试验系统有其自身的特点，在设计中应充分考虑其自身特点，并结合现场测试环境及测试人员的具体情况。根据本系统特点，在硬件设计和选型上遵循以下原则：测试精确性：采用精确而灵敏的可靠性硬件设备，提高测试系统的数据精确度，确保改造后的检测设备测试数据符合( G B ) 摩托车和轻便摩托车产品质量检查评定办法】。安全可靠：选购设备要考虑摩托车底盘测功机试验环境的具体特点，保证系统安全。考虑温度、湿度、压力、振动、噪声等对系统稳定性和可靠性的影响，要有超载量和过载保护，保证输入、输出正常工作。经济合理：在满足系统性能指标及安全可靠的前提下，在选购硬件时，应尽可能地降低价格，以便提高整个系统的性价比。计算机和采集系统是系统硬件投资中的两个主要部分，在计算机的选型中，应在满足处理速度、存储空间和可靠性的基础上，合理选用，而不是片面的追求高档次机型；在采集系统的选购上，在达到系统指定的采集速率、精度及可靠性的基础上，应合理选用数据采集卡。考虑到电力能源的最大限度的节约和控制系统的有效实现，分别采用两台变频器来调节控制风机和测功机驱动电机。3 2 硬件总体设计硬件设计采用分层设计，上层采用基于E t h e m e t 的网络架构，网路层待后期项日扩展计算机与司机助采用分屏器连接，基于P C I 总线的数据采集卡采集底层数据信号，基于R S 2 3 2 总线采集油耗仪信号。底层采集信号包括转速、扭矩、温度、压力和电流信号等两台变频器分别与驱动电机和风机相连，电流信号有电流变送器转换成0 1 0 V 标准电压信号；扭矩、转速、温度、压力传感器采集现场信号至信号调理单元，信号调理单元分别将扭矩( 应变片输入) 、转速( 计数器输入) 、压力( 电压输入) 、温度( 热电偶输入) 、电流变送器( 电压输入) 等信号转换成采集卡可识别的标准信号，信号调理单元也同时起了很好的电气信号隔离的作用。系统总体硬件结构图3 1 所示，其中虚线框内预留网络接口，待后期项目扩展。1 5重庆大学硕士论文3 系统硬件设计图3 1 系统的硬件结构图F i g3 1S y s t e mh a r d w a r es t r u c t u r e3 3 硬件选型3 3 1 计算机研华工控机：A d v a n t e e h6 1 0 ，I n t e lP I V3 0 G H zC P U ，S A N S U N G1 7 液晶显示器，1 2 0 G 硬盘，独立显卡，1 0 0 M 以太网网卡，5 1 2 MD D R 内存，通过C E 、F C C 、C C C 认证。3 3 2 数据采集单元将数据采集到计算机中，并对其进行合理的组织，需要构建一套完整的数据采集( D a t aA c q u i s i t i o n ，简称D A Q ) 系统。采用扭矩传感器、转速传感器、温度传感器和压力变送器等分别采集扭矩、转速、温度和压力等，并将这些物理量转化成电信号信号调理设备对采集到的电信号进行加工，使他们适合数据采集卡输入范围重庆大学硕士论文3 系统硬件设计数据采集卡测功机性能参数( 包括温度、压力、速度等信号) 通过各种温度传感器、压力传感器和测速仪采集，这些传感器出来的信号有脉冲、电压、电流信号。本系统采用基于P C I 总线的多功能采集卡N IP C I 6 2 2 9 来采集这些信号，P C I 6 2 2 9 多功能数据采集卡是美国国家仪器公司最新推出的M 系列多功能卡，可以采集3 2 路模拟量信号，4 8 路数字量信号，同时还带有4 路的模拟量输出和2 路的计数器输入通道。同时可以预留一些模拟输入输出接口、数字输入输出接口供系统的扩展。N I6 2 2 9 的通道功能如表3 1 所示表3 1N IP C I 6 2 2 9 通道功能表T a b3 1N IP C I 2 0 2 9c h a n n e I sf u n c t i o nt a b l e计数器，定时模拟输入模拟输出数字I O器4 A O ，8 3 3k S s ，N IP C I 6 2 2 93 2 A I , 2 5 0k S s 。1 啦4 8 D I D O ，1M H z8 0 姗z ，3 2 位l 啦信号调理单元由于传感器信号不能与采集卡输入输出电气特性一致，而且抗干扰性不好，在传感器与采集卡之间加上了信号调理单元，起到电平匹配和隔离的作用。信号调理单元信号调理盒和信号调理模块由两部分组成。S C C 是一种高性价比、低通道数的便携式的基于计算机的测量和自动化的前端信号调理系统。适用于需要对每个通道进行调理和连接的情况。S C C 系统可以调节各种模拟输入和数字脯号。系统由单双通道信号调节模块组成。放置于一个普通的屏蔽盒内，以便与任何一种E 系列或M 系列的多功能D A Q 设备连接。1 ) S C 2 3 4 5 基座S C C 模块安装在S C - 2 3 4 5 系列基座盒中，在每个具有屏蔽功能的基座内，最多可以放置2 0 个模块和电缆，并可直接连接到一个E 、M 系列的D A Q 设备上S C - 2 3 4 5 中可包含2 个级联的S C C 模块可通过使用D A Q 上的5 V D C 电源、或者外接的5 V D C 或7 - 4 2 V D C 电源，或选用交流电源来向S C C 模块供电。S C - 2 3 4 5还带有可配置的接头，用户可自行安装连接镶板来自定义S C C 系统。图3 2 为S C - 2 3 4 5 内部结构图。其中，J l J 8 为双通道模拟量输入接口，J 9 J 1 6 为单通道D U O端口，J 1 7 一J 1 8 为双通道A O 端口1 7重庆大学硕士论文3 系统硬件设计图3 2 N IS C - 2 3 4 5 信号调理盒内部结构图F i g3 2N IS C - 2 3 4 5S i g n a lC o n d i t i o n i n gB o xS t m a u r e2 ) S C C 模块S C C 模块可以调节许多类型的模拟信号，包括：热电偶信号、R T D 、加速计、应变片、隔离模拟量输入、4 - 2 0 m A 电流以及高电压输入。N I 还提供模拟电压电流输出，光隔离数字F O ，低通滤波器和F 转换模块。同时还有一个自定义模块，可用于用户自定义功能。每一个模块都包括插入式螺丝接线端子，能够轻松完成信号接线。S C C 模块介绍如表3 2 所示，可配合E 系列和基本级多功能D A Q 设备使用表3 2 S C C 模块介绍T d b3 2S C Cm o d e li n t r o d u c t i o n通道激激励模块信号类型描述增益滤波绝缘性励数值源S o 已A 1 0 32 I s o：L S 0 m V 硅4 2隔离放大0 2l o l 【I i z3 0 0 V r m sV器输入S O C S o D 42 D I4 - 1 0 0 m V应变片输1 0 01 6 k H z2 5 V入路S C C 旧叮II I S O士1 0 V隔离电压2 5 0 V r m s输出S C C 1 O ll D I士1 0 0 m V热电偶输12 l 沮z入重庆大学硕士论文3 系统硬件设计3 3 3 变频器选用R O C K W E L LA B 公司1 6 0 型变频器分别对测功机和风机进行控制。电流输出端串联电流变送器，可以将肌5 A 电流信号转化为数据卡可采集的0 - 1 0 V电压或4 - 一2 0 m A 电流值，电流变送器还可以起信号隔离作用，提高系统安全性能。3 3 4 扭矩测量对电涡流测功机来说，只要电流发生变化，转子与定子间的制动力矩就发生变化，这个制动力矩就是涡流机模拟的阻力矩( 相当于行驶阻力) 。电涡流测功器的转子与定子间的制动力矩，由摆动的定子经测力臂传给测力传感器，通过数据采集单元输入至计算机，经数据计算和处理后得到系统的一个重要参数模拟摩擦阻力。扭矩传感器测量原理：扭矩测试比较成熟的检测手段为应变电测技术。它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。采用德国H B M 公司T B I A 标准扭矩测量盘，基于H B M 的专利技术剪应力扭矩测量，采用轴向剪应力臂的测量体具有较小的尺寸和很高的刚性，可以抵御弯矩等其他负载。规格参数：额定扭矩：1 0 0 N m ，2 0 0 N m ，5 0 0 N m ，1 K N m ，2 K N m ，5 K N m ，1 0 K N m ：精度等级：0 0 5 F S ：输出：1 5 m V N ；采用扁平法兰式安装设计，方便安装及拆卸；对横向力和径向力和弯矩都具有很高的抵抗力；高允许振动幅度。本项目中测功机额定功率为2 2 K W ，额定扭矩为2 6 0 N m ，考虑到裕量，因此选用5 0 0 N m 扭矩传感器对测功机扭矩进行测量。3 3 5 转速测量常用的测速传感器有磁电式和光电式转速传感器。磁电式转速传感器结构简单，发出电脉冲信号无需配置专门的电源，且脉冲信号不因转速过高而减弱。综合考虑了检测精度和系统成本的因素，本系统采用小野测计公司I M P 9 8 1 磁电式转速传感器，它是由测速齿盘和磁头组成。由导磁材料做成的齿盘安装在测功机的转子轴上，有P 个齿：磁头安装在紧靠齿盘边缘约2 m m 处，齿盘每转过l 转就发出P 个幅值约为3 0 0 m V 的周期性正弦信号，本系统测速齿盘有1 2 0 个齿，即P = 1 2 0 。1 9重庆大学硕士论文3 系统硬件设计转速测量通常有测周法和测频法两种测量方法。其中，本文重点介绍测频法测量转速。测频法其原理：测量一定采样时问t 内测速齿盘发出的脉冲数，即测量测速齿盘发出脉冲的频率。设转轴每转l 周，测速齿盘发出的脉冲数为P ，在采样时间t 秒内测速齿盘累计发出的脉冲数为n ，则转轴的角转速：口= 黑( r r a i n )(31)Pf v、一，测功机转鼓线速度为：V = 塑堕堕( k m h ) 1 0 0 0 tXP( 3 2 )、一，由于测功机的转速在实验中的举足轻重的作用，如摩擦阻力的加载，需精确而又快速的转速，我们采用的是脉冲输入的方式。由于N I 公司多功能数据采集卡P C I - 6 2 2 9 中有8 0M H z ，3 2 位高精度的计数通道，因此对脉冲计数，能很好的保证转速采集精度。3 4 小结本章介绍了测控系统的硬件设计，根据硬件的设计基本原则，进行硬件设计的总体框架设计和硬件的选型等。重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计4 摩擦力加载控制方案分析与设计4 1 控制对象分析阻力加载是底盘测功机设备模拟道路行驶的主要组成部分。道路行驶时，摩托车需克服道路行驶阻力、风阻以及惯性阻力等。室内转鼓模拟应依据E P A 或E C E标准的阻力系数A 、B 、C 和相关量加载测功机道路模拟阻力。根据第二章摩擦力加载数学模型，建立道路模拟阻力加载控制系统。摩托车底盘测功机试验有三种控制模式【3 0 】：A S R ( a u t os p e e dr e g u l a t e ) 恒转速控制：要求转速方向不变，负荷大小和方向取决于被测的原动机( 即发动机) ，控制精度要求为静态优于O 1 ，动态优于O 5，主要用于测功机空转检查，发动机驱动力测试；A T R ( a u t ot o q u er e g u l a t e ) 恒转矩控制：要求转速方向不变，转速大小取决于原动机，控制精度要求为静态优于O 1 ，动态优于0 5 ，主要用于测功机特性检查和发动机负荷试验；A u t ( a u t ol o a dr e g u l a t e ) 自动负荷控制：要求测功机模拟发动机实际工作工况，施加模拟阻力到原动机，此运行方式是测功机最重要的控制方式。图4 1 为道路模拟控制系统原理图，它采用闭环控制，控制方式数字和模糊P D 调节器。P m 输出电压控制变频器输出电流，以控制电涡流测功机输出转矩，达到模拟阻力加载的目的【3 l l 。图4 1 道路模拟控制系统原理图F i g4 1P r i n c i p l eo f r o a da n a l o gc o n t r o ls y s t e m目前，工业过程中广泛采用P I D 控制，对具有非线性、大时滞、强耦合等特性的被控对象控制效果并不理想，虽然有最优P I D 、非线性F I D 和自适应P I D 等2 1重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计改进形式的P I D 控制，但从根本上说，由于对P I D 参数的寻优是对比例、微分、积分三种控制作用的折中以及对干扰抑制整定和目标值跟踪整定的折中，因而其整定的参数并不是最优的。也就是说，P D 控制器对不同的对象要用不同的P D参数，而且调整不方便，抗干扰能力差，超调量大。因此我们设计采用模糊控制系统对阻力加载模型进行控制。模糊控制是一种语言控制，不依赖于被控对象的数学模型，设计算法简单、易于实现，能够直接从操作者的经验归纳和优化而得到，适应能力好、抗干扰能力强、鲁棒性好。然而模糊控制也有它的局限性和不足，它的控制作用智能按档处理，是一种非线性控制，控制精度不高，存在着静态余差，一般在语言变量偏差趋于零时有振荡；而传统P I D 控制却能使控制精度大大提高，消除静态误型3 2 1 。以A L R 为例介绍控制系统设计，阻力加载控制流程如图4 2 所示：邑开始j ”，)0设定A 、B 、C 参数值0摩擦损失测试I根据采集的速度求加速度0根据速度及加速度求道路阻力F RI计算阻力偏差c ( k )图4 2阻力加载模块程序流程图F i g4 2R e s i m a n c el o a d i n gm o d u l ep r o c e s sf l o w c h a r t s重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计4 2 常规P l D 设计4 2 1 模拟P I D 控制算法P I D 控制器最早出现于2 0 世纪3 0 年代末，是现今应用最为广泛的一种自动调节器，它具有原理简单、易于实现、应用范围广等优点。P I D 作为一种最基本、最常用的控制方式在控制领域内经久不衰，是因为其控制算法内包含一些深刻本质的东西。模拟P I D 控制基本的原理框图如图4 3 所示【3 3 】圈4 3 常规模拟P I E ) 控制原理图F i g4 3G e n e r a la n a l o gF I Dc o n t r o l l e r sp r i n c i p l ec h a r tP I D 控制器是一种线性控制器，它根据设定值“t ) 和实际输出值y ( t ) 之差构成控制偏差：e ( f ) = r ( f ) 一) ，( f )( 4 1 )将偏差进行比例( P - p r o p o r t i o n ) 、积分( I - i n t e g r a l ) 、微分( D - d i f f e r e n t i a l ) 作用后，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称P I D 控制器。其控制规律为：价础( f ) + 砉弘“垮乌( 4 2 )将其写成传递函数形式为：G 妒等= K p ( 1 + 丽1 哪)( 4 3 )式中，x P 一比例系数oT r 积分时间常数；T I r 微分时间常数；P I D 控制器各个校正环节的作用如下：比例环节：即时成比例的反映控制系统的偏差信号喇，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计于积分时间常数T I ，T I 越大积分作用越弱，反之则越强。微分环节：能反映偏差信号的变化趋势( 变化速率) ，并能在偏差信号变的太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。4 2 2 数字P I D 控制算法由于微型计算机的飞速发展，计算机已被广泛引入控制系统，而微机是以数字方式传递和处理信息的，因而在这样的控制系统中有一部分信号不是时间t 的连续函数，而是一组离散的脉冲序列或数字序列，这样的系统称之为离散控制系统。在离散控制系统中广泛使用的是数字P I D 控制算法。控制规律如下【3 3 1 ：u ( k T ) = 自啦D + 等酊D + 等【t D e ( k r - r ) l ( 4 4 )式中，e ( 0 为设定值与被控值偏差，K p 为比例增益系数，啊为积分时间常数，T d 为微分时间常数l 【采样序号( k = o ，1 ，2 ) 。这里，U 是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置( 如控制阀门的开度) 一一对应，所以称之为位置型P I D 算法。由z 变换的性质：z e ( k - 1 ) 】= Z - I E ( z )( 4 5 )4 圭删】= 罢( 4 6 )式( 4 6 ) 的Z 变换式为：u = 巧甄z ) + 蜀磐+ 【甄z ) 一一鼠纠( 4 7 )由上式可得数字P I D 控制器的Z 传递函数为：蚴2 鬻时局专瑚一)( 4 8 )数字P I D 控制器原理图如图4 4 所示：图4 4 数字P I D 控制器的原理图F i g4 4N u m e r i cP I Dc o n t r o l l e r sp r i n c i p l ec h a r t重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计当控制系统中的执行器为励磁线圈、步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型P I D 控制算法。r甲“( 1 | ) = K ，【P ( _ | ) 一P ( 七一1 ) 】+ P ( 七) + 争 e ( k ) - 2 e ( k 1 ) + P ( 七一2 ) 】)1 ，1( 4 9 )利用增量型P I D 控制算法，可得到位置型P I D 控制算法的递推形式，即甜( D = u ( k 一1 ) + A u ( k )“1 0 )增量型P I D 控制流程图如4 5 所示。图4 5 增量数字P I D 算法流程图F i g4 5I n c r e m e n t a lm 西I a lP I Da l g o r i t h mf l o w c h a r t s与位置算法相比，增量型P I D 算法有如下优点：位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差，而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。为实现手动一自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计值U o ，若采用增量型算法，其输出对应于原始值的变化部分，即算式中不出现U o项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。采用增量型算法时所用的控制器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，控制器仍能保持在原位，不会对现场造成恶劣影响。4 3 模糊控制P I D4 3 1 模糊控制理论基础模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合论基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，是智能控制的一个重要分支。模糊控制建立在人工经验基础之，对于一个熟练的操作人员，往往凭借丰富的实践经验，采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程。若能将这些熟练操作员的实践经验加以总结和描述，并用语言表达出来，就会得到一种定性的、不精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化，就转化为模糊控制算法，从而形成模糊控制理论。美国加州大学的L A Z a d e h 教授首先提出表达事物模糊性的重要概念一隶属函数，从而突破了1 9 世纪末笛卡尔的经典集合理论，奠定模糊理论的基础。1 9 6 6年。E N M a r i n o s 发表模糊逻辑的研究报告，1 9 7 4 年，L A Z a d e h 发表模糊推理的研究报告，从此模糊理论成了一个热门的课题。1 9 7 4 年，英国的E H M a m d a n i 首次用模糊逻辑和模糊推理实现了世界上第一个实验性的蒸汽机控制，并取得了比传统的直接数字控制算法更好的效果，从而宣告模糊控制的诞生。1 9 8 0 年丹麦的L E H o l m b l a d 和O s t e r g a r d 在水泥窑炉采用模糊控制并取得了成功，这是第一个商业化的有实际意义的模糊控制器。模糊控制尚无统一的定义。从广义上，可将模糊控制定义为：“以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一类控制方法”，或定义为“采用模糊集合理论和模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合，模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施的一种控制方法”。到目前为止，模糊控制主要应用在动力系统控制、智能机器人和交通管理系统。近年来，模糊控制越来越多的应用于多种控制领域，如在水质控制、船舶自动驾驶、锅炉控制等方面也有广泛应用【3 3 】。模糊控制虽然是一种新的控制方式，但是它遵循一定的科学规律和法则。所以，模糊控制具有一种与之相应的机制和原理。模糊控制以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础，模拟人的近似推理和决策过程。目前，在工业上投入运行的模糊控制器，大都由一组模糊规则组成，通过一定的模糊推理机制确定控制作用。大量的工程实践表明，模糊控制主要适用于那些由于非线性和其它重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计建模复杂性引起的结构或参数未建模的系统的控制。同基于精确数学模型的控制方法相比，模糊控制在处理不精确与启发式知识、控制具有高度不确定性的复杂系统时具有明显的优越性。4 3 2 模糊控制系统的工作原理模糊控制系统的基本结构和原理如图4 6 所示，其核心部分是模糊控制器，如图中虚线框中部分所示，模糊控制器的控制规律由编制好的计算机程序实现。i模糊控制器!一一给定张h图4 6 模糊控制系统结构及原理框图F i g4 6F u z z yc o n t r o ls y s t e ms t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eb l o c kd i a g r a m其算法过程如下：计算机机经中断采样通过A D 转换获取控制量，然后将它与给定量比较得到误差信号e ，一般选误差信号e 及其变化率? e 作为模糊控制器的输入，把e ，? e 的精确量进行模糊化变成模糊量E ，? E ，模糊量用相应的模糊语言表示，得到E ，? E 的模糊语言集合的一个子集t ? 爸( 玩? 爸为模糊矢量) ，再由虿，? 爸和模糊控制规则j ( 模糊关系) 根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量茚：舒= 9 孑) 五( 4 1 1 )式中孑为一个模糊量，最后通过图4 6 中的反模糊化步骤将万进行清晰化处理，得到控制量的精确值u ，再经D A 转换为精确的模拟量送给执行机构，对被控对象进行控制。对于一个系统而言，模糊控制在控制系统中所表现的具体形式是模糊控制器。模糊控制从系统的结构角度讲，是以模糊控制器取代传统的数字控制器。这种结构和传统的控制结构完全一样从校正的眼光看，这是一种偏差校正方式。对于模糊控制来说，其核心在于模糊控制器。也就是说，模糊控制的机理是通过模糊控制器来体现的。模糊控制器的思想来自人类在生产实践中对被控对象的控制模糊控制器对被控对象的控制采用的是人类的模糊控制意念。这种模糊控制意念是以模糊控制语句来描述的。在模糊控制语句中，含有人类对环境的模糊检测和对被控对象的模糊命令。重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计以底盘测功机恒阻力控制为例，模糊控制器内部框图如图4 7 所示。模糊控制器采用双输入单输出，图中F 是给定阻力，F 赛是实测速度和扭矩后所计算的实际阻力值，输入变量为被控制量的速度偏差e = F R ，以及阻力偏差的变化率A e- - - d e d t 输出变量为控制电涡流测功机输出电压变化量A u 。模糊控制器的作用就是根据设定阻力与实际测量速度计算得到的阻力之间的偏差调节加载改变变频器电流的大小，从而控制电涡流测功机机产生阻尼的大小来控制阻力，达到恒阻力的目的图4 7 模糊控制器设计框图F i 9 4 7F u z z y c o n a o l l e r d e s i g n b l o c k d i a g r a m当A e 为正大口B ) 时，实测阻力小于给定阻力时。无论变化如何，需要尽快消除误差，应使控制量减小较快( 因为电流越大阻尼越大，在这里应该减小加载电流控制量) ，所以控制量的变化取负大( N B ) 。对一个测功机恒阻力控制系统，很容易采用如下控制意念：如果阻力偏差为正大且阻力偏差的变化率为负大，则电压变化量为负大；如果阻力偏差为正大且阻力偏差的变化率为负小，则电压变化量为负大；如果阻力偏差为正大且阻力偏差的变化率为零，则电压变化量为负大；如果阻力偏差为正大且阻力偏差的变化率为正小，则电压变化量为负大。这一系列意念就是模糊控制规则，只不过是用模糊控制语句来表达而己。这些模糊控制语句可以采用条件语句的形式化格式表示。若用N B ，N S Z O , P S ，P B 分别表示变化量的负大、负小、零、正小、正大，则可以以i f m l b 锄格式表示如下：I F e = P BA N D ? e = N BT H E N ? U = N BI F e = P BA N D ? e = N ST H E N ? u 加I F e = P B N D ? e = Z OT H E N ? u 柏I F e - P BA N D ? c = P ST H E N ? U = N B在上述语句中， N B ，N S ，Z O ，P S ，P B 分别为输入和输出的模糊量。重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计4 3 3 模糊集合的隶属函数隶属函数时模糊集合应用于实际问题的基础，正确构造隶属度函数是能否用好模糊集合的关键。在经典集合中，特征函数只能取0 和1 两值，即特征函数与 O ，1 ) 相对应；而在模糊集合中，其特征函数的取值范围从两个元素的集合扩大到在 O ，1 】区间连续取值。为了把两者区分开来，就把模糊集合的特征函数称作隶属函数。若是隶属函数的取值只有0 和1 ，那么模糊集合就缩减成经典集合。从这个意义上来说，模糊集合的隶属函数是经典集合特征函数的扩展和一般化。模糊集合与经典集合不同的是，元素与集合属于关系并不适用于模糊集合，因为在模糊集合中已没有元素的概念。如果说到元素，实际上那是指的全集合的元素，而不是指模糊集合的元素。所以从概念上严格的说，隶属度应该是全集合x 的元素x 被包含于模糊部分集合A 的程度，而不能说是X 属于模糊集合A 的程度。但在一般情况下，并不严格去区分。常用确定隶属度函数的方法主要有以下几种：模糊统计法：模糊统计是对模糊性事物的可能性程度进行统计，其统计结果即为隶属度。其基本思想是：对论域U 上的一个确定元素珊，考虑n 个有模糊集合A 属性的普通集合A + 以及元素l l o 对A 的归属次数。l l o 对A + 的归属次数l和n 的比值就是元素u 0 对模糊集合A 的隶属度：以( u 。) ：l i m 垡竺塑堕( 4 1 2 )”n专家经验法：由专家的实际经验给出模糊信息的处理算式或相应权系数来确定隶属度的方法二元排序法：通过对多个事物之间两两对比来确定某种特征下的顺序，由此来决定这些事物对该特征的隶属度函数的大致形状。典型函数法：根据问题的性质，应用一定的分析与推理，选用某些典型函数作为隶属函数。如三角形函数、梯形函数等。常用隶属度函数的图形主要有梯形、三角型、S i g m o i d 型三种隶属度函数曲线。梯形隶属度对应函数表达式为：f ( x ，a ，b ，G d ) =OX 一口b ald 一工d cO)36Cd口v I 一XX工XXv I v ld口6C重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计图4 8 ( a ) 为梯形隶属度函数曲线。三角型隶属度函数对应函数表达式为：f ( x , a , b ，c ) =0工 ax - a 口x bb - a! 二二苎b 工c0c - - 6e l = 6 ；e l s e i f e l - - 6d e l = 6 ：e l s e i f d e l = - 6d e l = - 6 ；e n d模糊推理，计算出被控对象的控制输入重庆大学硕士论文4 摩擦力加载控制方案分析与设计m = e ld e l ；s - - e v a l f i s ( i n , a )u u O ，k ) 一k u 2 + s - k i 2 + i e ；i f k = N du = 0 ；e l s eu = u u ( 1 , k - N d ) ；e n di f a b s ( u ) = u m a xu = s i g n ( u ) u m a x ；e n d控制作用于被控系统，计算系统输出k O = a l x + b + l l ：l d = a l + ( x + h + k O 2 ) + b l l ；k 2 = a l + ( x + 舻k l 2 ) + b + l l ；k 3 = a l + ( x + ”k 2 袖+ l l ；x - - x + ( k 0 + 2 + k l + 2 + k 2 + k 3 ) + h 6 ；产c + x + d + l l ；y y ( 1 , k ) - - y ；,e l = e ；e = y - R ( 1 固；d e = ( e - e 1 ) T ；i e f i - e T y y ( 1 , k ) - - 弧,e n d4 5 小结本章主要是对底盘测功机摩擦力加载控制方案进行设计，首先分析了控制对象模型，分别从常规P I D 和模糊P I D 控制两个方面进行理论介绍，针对本控制系统的特点，采用模糊控制P I D 与常规P I D 相结合的方式进行控制。并设计了控制系统设计流程和基于M a t l a b 的模糊控制程序。重庆大学硕士论文5 软件设计5 系统软件设计测控系统软件设计同时考虑软件设计理论和具体用户的需求，只考虑软件设计理论和设计原则而不考虑用户的具体需求会造成软件产品的易用性不强，严重时会导致项目失败【3 习；而只注重用户需求而忽略软件设计理论在软件设计过程中的作用，则导致软件具体实施过程中的诸多不便，同时工程实施进程也会受到影响，所得的产品也不能很好的满足用户的需求。好的软件产品会充分考虑这两方面因素，理解用户意图，合理转化用户的需求，实现理论与实际需求的统一。在本课题软件结构的设计过程中，充分考虑了传统的软件设计理论与用户具体需求的最大程度的结合与统一，考虑到软件易开发性和严谨性，也同时考虑到嘉陵集团成本控制的要求，采用开发周期短、设计简单、界面友好的开发软件V I E W ( L a b o r a t o r yV m u a lI n s t r u m e n tE n 西n c c r i n gW o r k b e n c h ) 软件。5 1 软件总体设计图5 1 测控系统总体软件框图F i g5 1S y s t e mg l o b a ls o f t w a r eb l o c kd i a g r a m重庆大学硕士论文5 软件设计软件分为测控系统软件和数据库软件两个部分，测控软件采用美国N I 公司的L a b v I E w 软件进行编程；数据库考虑到后期的系统的联网，采用网络化数据库S Q L S e r v e r 2 0 0 0 进行设计。测控系统总体软件框图如图5 1 ，主要由用户管理模块、数据采集模块、控制系统模块、系统配置模块、试验系统模块、标定和报表生成输出模块构成。在完成测控系统功能要求的同时，各模块之间力争在保持模块问耦合性弱的前提下，尽可能减少破坏单个模块的内聚，尽量做到最大化程度的高内聚低耦合，从而增强各模块的可移植性。5 2L a b V I E w 软件介绍1 9 8 6 年，美国国家仪器公司N I ( N a t i o n a lI n s m m l e n t s ) 提出“软件即是仪器”的虚拟仪器( w - v m u a lI n s t r u m e n t ) 概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河【w 。所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势，但它并不否定传统仪器的作用，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。虚拟仪器组建方案如图5 2 所示。图5 2 常见虚拟仪器组建方案F i 9 5 2 V i r m a l I n s u - t t m e n t c o m m o n f o r m p r o g r a m在这个计算机技术和网络快速发展时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物。因此在2 l 世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命重庆大学硕士论文5 软件设计L a b V I E W 是N I 推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。L 曲v m w 采用图形化编程语言G 语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样。因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习L a b E w驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用踟E W 。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。像c 或c + + 等其它计算机高级语言一样，L a b V I E W 也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、G P I B 、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。L a b V I E W 也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。L a b V I E W 的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。而且L a b V I E W 与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而L a b V I E W 采用图形化编程语言G 语言。L a b V I E W 程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器，但L a b V I E W 程序很容易改变设置和功能。因此，L a b V I E W 特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。由于【a b v I E w 能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，L a b V I E W 图形编程方式能够节省8 5 以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有R S 2 3 2 接口的仪器、V X I 总线仪器以及G P I B 仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作I ”J 。系统软件主界面图如图5 3 所示：4 0重庆大学硕士论文5 软件设计图5 3 软件主界面图F i g5 3S o f t w a r em a i ni n t e r f a c e5 3 控制系统软件模块N I 公司专门开发了L a b V I E W 控制与仿真工具包_ I 曲V I E WP I DT O O L K I T 。该工具包专门为动态系统建模、仿真和分析而开发，L a b V I E W 软件本身并不包含此工具包，需要单独购买由于项目成本控制，笔者设计了基于L A B V I E W 的常规P I D 控制系统和模糊控制系统。设计过程中，最大可能的实行模块化设计，使得P I D 模块能在其他的类似控制系统中重复使用。5 3 1 常规P I D 控制模块由于L a b V I E W 不允许将一个信号流的输出端和输入端直接相连，而反馈控制的拓扑结构恰恰是这样。因此，Ia b v m w 中如何实现反馈控制就成为设计P I D 控制设计中最困惑的问题。为解决这个问题，利用移位寄存器或本地变量将前一次循环的输出传递到下一个循环的输入中去，反馈结构简单，效率非常高。在最近发布的L a b V I E W 7 系列中，增加了一个用于循环结构中的反馈节点f e e d b a c k n o d e ) ，作用跟移位寄存器差不多，使用起来更加直观鲫。设计增量型P I D 程序图如图5 4所示 3 s 1 1 3 9 。4 l重庆大学硕士论文5 软件设计图5 A 增量型P I D 子程序图F i g5 4I n c r e m e n t a lP I Ds u b p r o g r a m5 3 2 模糊P I D 控制模块在L a b V I E W 中要实现模糊控制软件编程，可通过多种方式实现：利用C I N 节点调用外部编译好的C 或C H 程序；利用M A T L A BS c r i p t 节点编辑或调用M A T L A B 程序；利用L a b V I E W 本身的图形编程语言编程实现。本课题设计采用M A T L A BS c r i p t 节点调用M a f l a b 中的M 文件编写的模糊控制P I D 程序来达到模糊控制在L a b V I E W 中的实现 3 r l t 4 0 。L a b V I E W 提供很多外部接口，为了方便熟悉M A T L A B 的用户，L a b V I E W 提供了M A T L A BS c r i p t 节点。可以在M a f l a bS c r i p t 节点中编辑M A T L A B 程序，也可以直接调入已经存在的M a t l a b 程序，并在1 a b V I E W 环境下运行。L a b V I E W 中M a l l a bS c r i p t 设计模糊控制P I D 如图5 5 所示重庆大学硕士论文5 软件设计图5 5 模糊控制P I D 子程序图L a b V I E W 中控制子程序图如图5 6 所示。图5 6 控制子程序重庆大学硕士论文5 软件设计5 4 数据采集模块设计数据采集是L a b V I E W 的核心技术之一，也是L a b V I E W 与其他编程语言相比的优势所在。使用L a b V I E W 的D A Q 技术，可以编写出强大的D A Q 应用软件。模拟信号数据采集是L a b V I E W 的D A Q 中一个主要功能，为用户提供了功能强大，但方便快捷的模拟信号采集解决方案5 4 1 模拟量输入系统扭矩、转速、电流、温度和压力等信号都是通过数据采集卡的越端口传入计算机，由L a b V I E W 的D A Q 采集输入。模拟量输入是数据采集卡最基本的功能。一般由多路开关( M U X ) 、放大器和采样保持电路( s H ) 以及模数传感器( A D C ) 来实现。模拟量信号的采集，必须先对实际任务作估计和分类，通常有两种分类方法：按照采集数据的多少分为单点采集、波形采集以及连续采集等；按照使用通道的多少分为单通道采集和多通道采集等【3 6 】。图5 7 为L a b V I E W 中模拟信号采集采样的基本形式，可对采样通道进行一次波形采集，但实际采集过程更多是需要用到模拟量信号连续采集。如果要实现连续波形采集，不能简单在图5 7 程序中添加循环，因为这样每执行一次A I 采集，其内部都包含c o n f i g ，s t a r t 和c l e a r 这些操作，而再相邻的两次采集之间存在这些操作，信号采集便难以连续。解决连续采集问题的正确思路如图5 8 所示，把c o n f i g 、s t a r t 、c l e a r 操作放在循环之外，在执行过程中，只执行一次，循环内只做A IR e a d和必要的数据处理，较好的实现连续采集。图5 7 波形采样程序模型F i g5 7W a v es a m p l i n gp r o g r a mm o d e l图5 8 连续采样程序模型F i g5 8C o n t i n u a ls a m p l i n gp r o g r a mm o d e lN IP C I 6 2 2 9 是一块多通道数据采集卡，拥有3 2 路单端模拟量输入，但并非每个通道配置一个A D C ( 数模转换器) ，而是各通道共用一个A D C 。当对多个通道进行采样时，数据采集卡将对所有用到的通道进行采样，当采样通道切换时，多重庆大学硕士论文5 软件设计路开关要在通道间进行切换，产生了不同通道采样时刻的延迟( 简称通道延迟) ，不能进行高速率数据采集。课题中采用间隔采样方式，采样频率( s c a nr a t e ) 由专门的扫描时钟( s c a nd o c k ) 来控制，而通道切换的时间间隔则由一个专门的通道时钟( c h a n n e lc l o c k )来控制。通道时钟速率远远高于扫描时钟，通道间的间隔由采集卡的最高采样速率从来决定，很好的实现信号的同步性。模拟量输入程序如图5 9 所示。h 妇0 f z “Ia c q u i r eI图5 9 模拟量输入原程序图F i g5 9A n a l o gi n p u tp r o g r a m5 4 2 模拟量输出系统的变频器的控制信号由计算机输出数字量，通过多功能数据采集卡的A O端转换成模拟量输出模拟量输出与模拟量输入类似，亦要实现连续输出，但本课题中由于只有一路模拟量输出，因此采用单点连续输出就能很好的解决问题。原程序如图5 1 0 所示。图5 1 0 模拟量输出原程序图F i g5 1 0A n a l o go u t p u tp r o g r a m重庆大学硕士论文5 软件设计5 5 试验系统模块整车台架性能测试标准Q C T 6 0 - 9 3 要求，试验测试模块主要包括以下测试项目：车辆里程表校验模块、滑行检查模块、爬坡模块、加速性能模块、最低车速、最大车速、燃油消耗和驱动轮输出试验等模块组成【l 】【2 】。试验测试模块是为完成各个测试项目而定制的软件功能模块，在运行它之前，必须对它进行必要的系统参数配置及试验参数配置，一般情况下，这些配置是试验人员手工输入的，有些则可由数据库读出。图5 1 l 为试验测试模块软件流程图。图5 - l I 试验测试模块软件流程图F i 9 5 1 1T e s t m o d u l es o f t w a r e f l o w c h a r t罩 - L重庆大学硕士论文5 软件设计5 5 1 滑行性能设定测试初速度，可选择2 0 k m h 、3 0 k m h 、4 0 k m h 、5 0 k i n h , 默认值为4 0 k m h 。当速度等于设定值时，软件自动开始记录，数据记录中包括从始点到停止滑行的距离S 和滚轮经过5 0 m 和l O O m 的时间等。设计流程如图5 1 2 所示。图5 1 2 滑行检查流程图F i g5 1 2C o a s tc h e c kf l o w c h a r t图5 1 3 车辆里程表校核流程图F i g5 1 3 v e h i c l e o d o m e t e r c h e c k f l o w c h a r t5 5 2 车辆里程表校核窗口中可对测试记录中显示的车辆里程表读数进行调整，调整范围从1 0 0 0 m 到5 0 0 0 m 。5 0 0 0 m 为设定值，每次测试前都为此设定值。每次测试中由操作人员控制计算机，当车辆里程表实际读数达到设定值时，停止测试。每次测试数据中的记录重庆大学硕士论文5 软件设计包括：实际里程( 转鼓从开始到结束所转过的距离) ，里程表显示里程( 通过软件设定) 、修正系数和测试序号。每次测试结束后，可继续进行第二次测试，中间没有间隔时间，不用操作者重新打开窗口设计流程如图5 1 3 所示。5 5 3 车速表校核窗口中可对测试记录中的车速表显示速度进行调整，调整范围1 0 妇l ，h 到1 0 0虹l ，h ，每次测试中由操作人员控制控制柜，车速表实际读数达到设定值时，停止测试。测试数据中的记录包括：实际车速、车速表显示速度( 软件设定) 、修正系数和测试序号。设计流程如图5 1 4 所示。o pf设定车程表车速v oI提示启动摩托车，加速1采样车速Vl Y E S测试员按采样键，摩托车刹车|参璐I 判新合格，lI 输出报表J( 结束)图5 1 4 车速表校核流程图F i g5 1 4V e h i c l es p e e dc h e c kf l o w c h a r t4 8图5 1 5 爬坡测试流程图F i g5 1 5c l i m b i n gt e s tf l o w c l l a I t重庆大学硕士论文5 软件设计5 5 4 爬坡测试在界面中输入坡度值，当操作人员按确定键开始后，坡度阻力自动加载，软件自动记录车辆通过的距离，测试距离2 0 m ，达到2 0 m 后软件自动恢复在0 坡度下的阻力测试数据中的记录包括：初速度、前1 0 m 时间、后1 0 m 时间、末速度和备注窗口每次测试后如果前十米时间小于等于后十米时间，软件就在窗口上给一标记，显示此测试合格。一次测试后可马上进行第二次测试，每次测试后的测试数据可在现有窗口中修改和删除。设计流程如图5 1 5 所示。5 5 5 加速性能测试本试验分为：起步加速和超越加速，两项在同一个窗口中显示，性能测试窗口中有绘制加速曲线选项，当需要在测试中增加试验的参考价值时，选中此选项，在性能测试中自动绘制加速性能曲线，曲线的样式参考标准Q C T 6 0 9 3 ，测试完后可以和数据一同打印。设计流程如图5 1 6 所示。起步加速II 。设定两速度点V l 、V 2 加载阻力，提示摩托军1加速至V 并保持上V = V I 时开始测试IJtl 采集车速，拟l合曲线，弋参rY E 5l 输出报表j图5 1 6 加速性能测试流程图F i g5 1 6A c c e l e r a t ep e r f o r m a n c et e s tf l o w c h a r t重庆大学硕士论文5 软件设计窗口中的测试距离可设定。设定值分5 0 m 、1 0 0 m 、2 0 0 m 、4 0 0 m ，操作人确定测试开始后，按开始键，并向驾驶员发出信号，当车辆初速度大于l k m h 时，软件开始记数。窗口上实时显示车辆以行走距离和时间。一次测试后可待车速回零，可马上进行第二次测试。数据记录中应包括初速度，末速度，前1 0 0 m 通过时间，和2 0 0 m 通过时间，测试过程中软件有良好的纠错能力，不发生测试数据异常等情况。超越加速窗口中的测试距离可设定段定值分5 0 m 、1 0 0 m 、2 0 0 m 、4 0 0 m ，操作人确定测试开始后，按开始键，并向驾驶员发出信号，当车辆初速度在3 0 4 - O 5k m h 内时，软件开始记数，窗口上实时显示车辆以行走距离和时间。一次测试后，待车速到指定范围内，可马上进行第二次测试擞据记录中应包括初速度、末速度、前1 0 0 m 通过时间和2 0 0 m 通过时间，测试过程中软件有良好的纠错能力，不发生测试数据异常等情况设定距离s o = 1 0 0 3 0 0 0 ml加载阻力，提示摩托车加速至V l 并保持I开始测试1采集油耗、时闻、距离s| Y E Sr 舁思斓张、l 蔓公里i 宙秸、平均车速等，输如报表图5 1 7 燃油消耗流程图F i g5 1 7F u e lc o n s u m p t i o nf l o w c h a r t设定车速，提示档位l电机加载模拟摩擦阻力l开始测试采集发动机转速、测功机扭矩、转速；0 Y 岱计算军逯、启轮输出诅矩、功率，保存上嗡磊：Y E s图5 1 8 驱动轮输出功率流程图r i g5 1 8D r i v i n gw h e e lo u t t m tp o w e rf l o w c h a r t5 0重庆大学硕士论文5 软件设计5 5 6 燃油消耗测试距离可调整，调整范围为l O O m 3 0 0 0 m ，数据记录中包括：总油耗量、百公里油耗、测试时间、测试距离和测试过程中平均速度等，可进行连续测试。设计流程如图5 1 7 所示。5 5 7 驱动轮输出功率测试过程中，操作人员通过界面手动调节转鼓速度，每次测试时间2 0 秒，可连续测试。数据记录中包括：发动机转速、后轮输出扭矩、后轮输出功率、档位和速度等。可连续测试。软件可绘制后轮输出扭矩和功率曲线，参照Q c 厂r6 0 - 9 3 ，绘制完后可以和数据一同打印。后轮输出功率测试时，实际扭矩应该是测试扭矩值加上机械损失的值。设计流程如图5 1 8 所示。5 6 用户管理模块测试系统对用户进行分级管理，不同级别的用户具有不同的权限。测试系统的初始时用户包括两级用户：日常用户，系统管理人员。系统管理人员通过用户管理子模块可以自定义添加新用户权限和建立新用户。同一用户应只需在测控系统登录一次即可使用适用于该用户级别的系统资源。5 6 1 日常用户日常用户对应于实际的驾驶员和控制室操作人员。该级别用户权限描述如下：为进行日常测试所必须的权利。后述为我方觉得必须明确说明的部分权利，但不仅限于后述权利。删除当次测试数据。输入必须由手工输入的内容。由系统采样得来并计算的结果日常用户无权修改。进行日常测试所必须的参数设置功能。但不包括对系统所基于的硬件系统( 包括系统扩展) 的设置。为了满足日常各种类型测试所需硬件的不同，更高级别用户应能将不同的硬件配置保存，以便日常用户选择，调入，虽然似她们无权修改其内容。调入以前的测试数据，虽然他们无权修改其内容。但应允许以原数据为蓝本进行新的测试将当次测试数据存入数据库系统，或放弃本次测试数据的保存。打印输出测试数据，不论是当次的，还是以前的。日常用户所基于的操作系统用户不能是操作系统最高级别用户。5 1重庆大学硕士论文5 软件设计5 6 2 系统管理人员系统管理人员拥有上述日常用户的所有权限。同时具有以下高级权限：系统管理人员所基于的操作系统用户应是系统最高级别用户。能对所有测试数据进行修改及手工输入系统管理人员应拥有对系统的全面设定、修改、维护能力。包括对系统硬件配置的修改，除非受所基于的操作系统的限制。执行数据备份。5 7 数据处理模块设计5 7 1 最小二乘法曲线拟合摩托车整车检测一个重要的环节就是模拟摩擦阻力的加载，阻力曲线的拟合直接影响到阻力系数A 、B 、C 的设定。曲线拟合主要是用来从测量数据集中提取一组曲线参数( 或系数) 以找出数据之间的相关关系的数据表达式。相关关系可以是一个变量与另一个变量之间的关系( 即一元关系) ，或一个变量与多个变量之间的关系( 即多元关系) ，它们之间的相关关系可能是线性的，也可能是非线性的。由于测量数据与观察数据都会带有一定的误差，因此对拟合的曲线并不要求一定要通过所有的数据点，只要整体上近似的反映数据点坐标之间的函数关系就可以。论文中所采用的是较常用的一种曲线拟合法，即最小二乘法曲线拟合。曲线拟合在计算机化的测量过程中十分重要，在试验过程中，曲线拟合可以有效的消除测量噪声，填充丢失的采样点，插值和外推。在一般情况下，我们不能要求近似曲线y = f x ) 严格地通过所有数据点，亦即不能要求拟合函数在x 处的偏差( 亦称残差) 【4 1 】【4 2 】：玩= 妒( 毛) 一只0 = 1 , 2 ，m )( 5 1 )都严格地等于零。但是，为了使近似曲线尽量反映所给数据点的变化趋势，要求垮I都较小是必要的。最常用的原则是选取矿( 力，使偏差平方和最小，即曰= 【烈而) 一只】2 = m i n( 5 2 )f l l目称为最小二乘准则。按最小二乘准则选取拟合曲线的方法，称为最小二乘法曲线拟合L a b V I E W 分析模块中提供了曲线拟合( c u r v ef i t t i n g ) 模块叫，内含多种线形和非线形的曲线拟合算法，例如线形拟合、指数拟合、通用多项式拟合和非线形L e v e n b e r g - M a r q u a r d t 拟合等C u r v eF i t t i n g 模块位于F u n c t i o n s 模块 M a t h e m a t i c s 子模块 c l v eF i t t i n g 子模块中，L a b V I E W 曲线拟合模块如图5 1 9所示。滑行试验阻力拟合曲线如图5 2 0 所示。重庆大学硕士论文5 软件设计图5 1 9L a b V I E W 曲线拟合模块F i g5 1 9L a b V I E Wc I L r v cf i t t i n gm o d u l e图5 2 0 试验阻力拟合曲线F i g5 2 0R e s i s t a n c ec u r v ef i t t i n g5 7 2 软件滤波在摩托车动力性能检测中，车速和扭矩是最重要的两个数据，它们不仅本身是衡量汽车动力性能的两个重要标准，而且还是其他如功率等参数运算需要的两个重要参数。我们可以通过扭矩与车速的关系、功率与车速的关系对摩托车的动力性能进行评价，进而分析判断动力系统出现故障的部位。在一般的摩托车检测控制系统中，由于机械台架结构、传感器的非线性以及检测现场的各种干扰信号的影响等因素，导致系统采集的数据无法完全真实地反映制动力变化的过程，采集得到的制动力变化曲线出现锯齿现象，严重影响到各项指标的测试精度和评价结果的准确性。异常数据的辨识与处理1 4 3 1 4 4 1所谓异常数据是指跟踪测量数据序列中明显偏离大部分正常数据点所呈现出变化趋势的少部分数据点，它主要包括两个方面的数据，一是量级与正常数据差别很大的野值：二是虽然量级上与正常数据无明显差别，但其误差已明显超过测量范围的观测数据数据通常有以下类型：1 ) 单个野值或间断性野值( 奇异项) ；2 ) 成片野值；3 ) 重复性异常数据；4 ) 固定异常数据；5 ) 随机性异常数据：6 ) 时间记录错误；7 ) 台阶跳跃数据。由于上述前两种异常数据占系统中所有异常数据的绝大部分，且考虑到大量的滤波剔值算法可能会对整个子系统的实时性产生影响，所以本系统只对前两种野重庆大学硕士论文5 软件设计值进行辨识与处理。1 ) 判断奇异项给定一个误差极限x ，若f 时刻的采样值为x ( k r ) ，预测值为x ( k T ) ，当I x ( k r ) - x ( k r ) | 缸时，则认为此采样值是奇异项，应予以剔除，而以预测值X ( k r )取代采样值x ( k T ) 误差极限A x 应根据系统的要求和实际条件多次反复试验后确定，在这里取A x = 七r D x 5 ( 5 3 )预测值可以用一阶差分方程推算：x 。( 7 ) = “ z 一丁) + ( 工( 七r D 一“女r 一2 丁) )( 5 4 )式中，善( 灯) t 时刻的预测值；x ( k T r ) 1 时刻前一个采样点的值；工( 灯一2 T ) 1 时刻前二个采样点的值。上式表明t 时刻的采样值可以用t 1 和t 2 时刻的采样值来推算，对于满足采样定理的采样过程来说，由于采样频率总是大于物理变化的最高频率，这种方法具有足够的精度。2 ) 成片野值的剔除在连续剔除并替代两个奇异项后，应重新选择新的起始点作为x ( k T n 和x ( k r 一2 1 3 ，但是，在实际测量中，常常会发生两个或以上的点( 即成片野值) 均为干扰点的现象，这样会造成所选的初始值x ( k T n 和x ( k T 一2 7 3 本身就不是正常值，从而产生错误的预测值x ( k T ) 。因此，在连续替代两个奇异值后，对以后的点均要加以判断，看是否满足J 咄I X ( 后r ) - - X ( 打) I 缸( 5 5 )【蝇= K A X。1据整个系统的需要，取K = 3 ，如果采样值满足( 6 3 ) 式，则不剔除该点而沿用原来的数据。如果该点满足下式：I x ( k T ) - x ( 灯) l 毪( 5 6 )则认为该点是干扰点，继续用l ( 七r ) 代替x ( 玎) 一旦找到I x ( 七D f ( 灯) 1 2 A b的点，就自动选择新的起点，再次重复上述过程。如果找不到这一点，只要连续处理的点数已达6 个，便自动选择起点，再次重复上述过程。采集数据的平滑滤波处理方法从数据采集系统采集所得的数据往往叠加有噪声及干扰，这些干扰多为高频成分，根据这些数据绘制出来的图线多呈折线形状。采集数据的平滑滤波处理是数据采集工作的重要一环，其目的是减小采样序列中随机误差，改进数据的质量，提高处理精度和改善处理结果质量的有效措施。采集数据平滑处理，其实质是在时间域重庆大学硕士论文5 软件设计上构造一个低通滤波器，使得采样序列经滤波器处理削弱或消除高频误差，输出相对平滑的、更能合理地体现目标变化趋势的数据序列。常见的数据平滑处理方法有滑动中值平滑、滑动均值平滑、回归样条平滑和五点三次平滑。本系统采用五点三次平滑法，该方法是通过对五个相邻采样点作最小二乘拟合，求出平滑值与实际采样值之间的关系。它是一种最小平方曲线拟合平滑，其优点是算法简单，效果较好。五点三次平滑的计算公式为：一1J ，= j ( 6 9 + 4 卫I 一6 + 4 M 一咒)( 5 7 )一，儿= 考( 2 + 2 7 y _ I + 1 2 y o 一8 乃+ 2 3 2 )”( 5 8 )一1= 考( - 3 + 1 2 y _ l + 1 7 y o + 1 2 y I 一3 Y 2 )3 3【5 9 )一1Y J = 考( 2 Y - 2 8 ) ，- l + 1 2 + 2 7 y I + 2 乃)3( 5 1 0 )一1咒2 翥( 仉+ 4 y _ 广毗+ 锄+ 6 9 Y 2 )( 5 1 1 )式中，y 。，卫。，Y l ，Y 2 分别为( | 一2 ) L ( 后一l 沙，灯，( i + 1 ) 丁，( 七+ 2 ) r 时刻的采样值，0 ，儿。，M ，Y 2 分别为相应采样点的平滑值。5 8L a b V l 酬实现对数据库的访问系统采用S Q LS e r v e r 2 0 0 0 作为后台数据库，方便数据的存储和查看。L a b V I E W中对A D O 的调用是以A c t i v e X 对象的形式提供的【7 ”。L a b V I E W 提供了对A c t i v e X自动化对象的支持，可以与其他的程序进行交互，这其中包含了A D O 接口的各种对象。【a b w 对A c t i v e ) ( 对象的调用过程如图5 2 2 所示。首先打开A c t i v e X 自动化对象的一个引用并与数据库建立连接，然后进行对象属性的设置和获取，以及对象方法的调用，最后关闭对象的引用连接。相应的L a b V I E W 提供了对这几个步骤的支持。A c t i v e X 对象的打开和关闭是通过A u t o m a t i o nO p e n 和A u t o m a t i o nC l o s e来实现，属性的设置和获取则通过属性节点( p r o p e r t yn o d e ) 进行，而触发节点( i n v o k en o d e ) 用于对象方法的调用。L a b V I E W 环境下, A D O 对象各种属性的设置和提取都是通过属性节点来进行的，各种方法则通过触发节点的调用实现对数据库的操作。按照图5 2 2 所示的流程，以对S Q LS e r v e r 数据库的数据查询为例来说明其在【抽v 匝W 中的具体实现过程。L a b V I E W 中利用A D O 对象进行数据查询过程中，由于要对查询的结果数据进行处理，需要用到R e c o r d s e t 对象。本例中结果数据通过一个字符串来显示。图5 2 2 所示的框图程序为从表s t a f f 中查询出年龄大于等于2 3 的人员的资料。首先打开连接与数据源建立连接，执行输入的S Q L 命令，将得到重庆大学硕士论文5 软件设计的结果数据通过m r a y O u t 字符串输出，最后关闭连接 4 5 1 。图5 2 2L a b V I E W 通过A D O 访问数据库F i g5 2 2L a b V I E Wa c s sd a t a b a s ew i t hA D O从上面的例子程序中可以看出，L a b V I E W 通过A D O 访问数据库的过程中，涉及多个触发节点( i n v o k en o d O 和A u t o m a t i o n 等的使用，条理比较复杂。在底盘测功机测控软件中，需要在程序中的很多地方多次、大量访问数据库，因此有必要对上述A D O 对象进行适当的封装，使条理清楚，简化编程过程。L a b S Q L 是一个免费的数据库访问工具，该工具全面封装了A I M ) 最新版M D A C ( M i c r o s o f ld a t aa c c 髂sc o m p o n e n t s ) A c t i v e X 组件，使用十分方便。底盘测功机测控软件通过该工具访问后台数据库，具有编程方便，效率较高等优点，下面通过实例说明通过L a b S Q L 访问S Q LS e r v e r 数据库的方法。在软件运行时，需要针对测试编号进行测功机数据库定位，下面的程序模块( 图5 2 3 ) ，通过L a b S Q L 组件访问数据库中w o r k i n g M a c h i n e 表，返回当前台架上正在进行测试的发动机编号。图5 2 3 查询测功机编号r i g5 2 3G e tw o r k i n gm a c h i n e sI D重庆大学硕士论文5 软件设计图5 2 3 中，L a b S Q L 首先创建一个C o r m 对象，然后打开一个C o r m 连接，全局变量D B _ C o n nS t r i n g 向O p e nC o r m 模块提交连接字符串。左下方三个S t r i n g 模块一起构造出C o m m a n d T e x t 字符串，该字符串向S Q LE x e c u t e 模块提交S Q L 语句，布尔量T r u e 表示S Q LE x e c u t e 执行后需要返回执行结果。I r l d e xA r r a y 模块用于提取适当的返回字符串，程序图右上方程序代码对程序执行结果进行监视和判断，通过布尔量H a s E r r 返回错误，如果H a s E r r 为T r u e ，表示程序执行过程中出错，如果H a s E r r 为F a l s e ，表示程序正确执行。S Q LE x e c u t e 执行后，通过C l o s eC o r m 模块关闭已打开的连接，最后通过D e s t r o yC o r m 销毁C o r m 对象，否则将引起资源耗尽。上面例子中，是利用C o n n e c t i o nV i s 实现数据库查询，实际上，也可以通过L a b S Q L 中的R e c o r d s e tV i s 实现数据库查询功能。例如：需要查询m y D B 数据库中表m y T a b l e ，返回所有S e x = 男的所有用户基本步骤如下：建立与数据库的连接；建立与记录集( R e c o r d s e t ) 对象的连接并执行S Q L 查询；获取查询结果；断开与数据库之间的连接；销毁连接。该方法实现查询的框图程序如图5 2 4 所示。图5 2 4 利用R e c o r d s e t V i s 访问数据库F i g5 2 4U s eR e c o r d s e tv i sa c c 嘲d a t a b a s e下面对框图程序的操作步骤进行分析：建立与数据库的连接由C r e a t eC o r m 和o p e nC o r m 模块完成。首先利用C r e a t eC o r m 创建一个C o r m 对象，然后利用O p e nC o m a 建立与数据库的连接。 D S N - - m y D B 指定了数据库名称首先利用C r e a t eR e c o r d s e t 创建一个R e c o r d s e t 对象，然后利用O p e n5 7重庆大学硕士论文5 软件设计R e c o r d s e t 打开R e c o r d s e t 对象，并同时利用S Q L 查询命令进行查询。利用S Q LF e t c h 获得查询结果，并送至前面板窗1 3 中名为S Q LR e s u l t s 的表格中显示。利用C l o s eC o r m 、D e s t r o yC o n n 、C l o s eR e c o r d s e t 、D e s t r o yR e c o r d s e t 等组件关闭并销毁所建立的对象。对比上述两种访问数据库的方法发现，后者编程比前者复杂。但是，第二种方法建立在R e c o r d s e t 对象操作的基础上，在这个基础上可以实现对数据库记录的修改、添加和删除等操作。5 9 小结本章重点介绍了测控软件设计，先提出软件的总体框架，分别从控制系统软件模块、数据采集模块和试验系统予模块等对软件设计方案进行介绍，软件设计界面美观，对话性强。重庆大学硕士论文6 试验结果6 实验研究6 1 实验方法和目的在同一台底盘测功机上对同一样品用相同的方法进行多次反复测试，以检验底盘测功机的重复性6 2 实验设备设备：S N T - 2 0 0 S I I2 2 K W 底盘测功机摩托车型号：m 1 2 5 D样车发动机号：1 5 6 F M I - 2计算机：研华工控机油耗仪：华阳Y H 26 3 测试结果及分析6 3 1 滑行测试结果滑行检查后测得数据如表6 1 所示：表6 1 滑行测试结果表T a b6 1C o a s tt e s tr e s u l tt a b l e速度时间( s )功率( k V O力机械阻力误差( k p h )T a r gM e a sT a r gM e a $T a r gM e a sL o s sE r rE r r7 0 6 05 2 7 75 1 3 62 1 42 2 01 1 8 41 2 1 63O 20 1 66 0 5 07 1 3 26 9 0 51 3 4I 3 88 7 6 39 0 5 230 1 lO 1 25 0 4 01 0 0 8 59 6 2 40 7 7O 8 l6 1 9 76 4 9 43O 0 3O 0 54 0 - 3 01 5 0 6 514 0 7 60 4 00 4 34 1 4 94 4 4 03n 0 9o 2 03 0 2 02 3 8 6 22 1 3 8 7O 1 80 2 02 6 1 92 9 2 23O 0 3O 1 02 0 1 03 8 7 5 33 2 7 5 90 0 70 0 81 6 1 31 9 0 83O 0 50 2 6加载阻力系数科( 1 m h ) )惯性力( k g )目标值A = 1 0 4 3 0 0 1 21 3 = 0 0 0 0 0 0 0C = 0 0 2 5 7 0 02 2 5 0 0拟合值A = 1 3 6 1 2 0 4 2- B = - 0 0 1 7 8 6 9C - - 0 0 2 5 9 6 82 2 5 0 0检验方法与结论：目标值系数是在户外实际运行时所测得，并在测量开始作为初始值设定入计算机，拟合值系数是在实际测功机工作时，曲线拟合后的计算重庆大学硕士论文6 试验结果值。测试要求为惯量模拟输误差为士5 k g ( 或士1 ) ，滑行检查误差为1 ，测功机测试精度满足要求。6 3 2 性能测试结果性能测试结果如表6 2 所示：表6 2 性能钡I 试结果表T a b6 2p e r f o r m a n c et e s tr e s u l tt a b l e试验项加速性能( s )最大车滑行距最低稳平均油耗平均功爬坡。起步加超越加速离定车速目L 1 0 0 k m率k W速速( k m h )( m )( k m h )2 2 0 01 2 8 61 5 0 69 4 o o2 4 0 0 31 9 3 2第一次2 2 o o1 2 8 61 4 8 79 3 8 02 3 6 5 4t 9 3 72 1 1 43 8 9 9试验2 2 o o1 2 9 61 4 7 99 3 8 12 3 9 _ 3 81 9 1 42 2 0 01 2 9 81 4 8 09 4 0 22 4 5 0 71 9 3 4第二次2 2 0 01 2 9 21 4 8 l9 4 0 72 4 5 4 719 4 22 1 2 73 9 2 6试验2 2 5 01 2 8 51 4 8 29 4 1 92 3 7 5 61 9 3 22 2 5 01 2 9 91 4 8 39 4 5 62 4 4 4 71 9 3 5第三次2 2 5 01 2 6 71 4 7 69 4 6 52 4 1 5 31 9 5 22 1 2 73 9 7 8试验2 2 5 01 2 7 51 4 7 49 4 7 22 4 3 7 21 9 2 7平均值2 2 2 21 2 8 71 4 8 39 4 2 02 4 1 5 31 9 3 42 1 2 33 9 3 5- 标准偏0 2 4 80 0 9 70 0 8 7O 2 9 63 2 3 40 1 0 00 0 0 80 0 3 3差s变异系1 1 2 O 7 矗O 5 O 3 1 1 3 3 0 5 2 0 3 7 0 8 3 数检验方法与结论：多次采样，求得平均值和标准方差，变异系数- - - - s i t 。通过对其变异系数大小的判定，其值都较小，无异常波动。6 3 3 燃油消耗结果燃油消耗结果如表6 3 所示：表6 3 燃油消耗结果表T a b6 3f u e lc o l l s u m et e s tr e s u l tt a b l e标准偏变异系I 车速l m 此第一次第二次第三次平均值“l差s数重庆大学硕士论文6 试验结果1 3 6 01 3 8 11 3 8 72 51 3 6 11 3 7 81 3 7 11 3 7 5O 0 2 0 51 4 舛略1 3 6 41 3 5 31 4 2 l1 3 4 91 4 6 61 3 9 13 51 3 7 01 4 3 01 3 9 91 舯40 0 3 7 42 6 6 1 3 9 31 4 4 91 3 9 3L 6 6 01 6 9 31 6 3 94 51 6 3 41 6 4 21 6 5 31 6 5 30 0 2 1 01 2 7 1 6 5 31 6 7 71 6 2 82 2 6 72 2 4 92 ，2 4 25 52 2 3 42 2 加2 2 1 52 2 4 80 0 1 6 90 7 5 2 2 6 42 2 5 92 2 6 12 7 4 22 7 7 l2 7 7 56 52 7 8 62 7 9 32 7 9 92 7 7 90 0 2 1 60 7 8 2 8 1 02 7 8 12 7 5 33 2 8 93 2 1 73 2 1 57 53 2 4 43 2 5 03 2 2 33 2 4 l0 0 3 2 51 0 0 0 , 43 2 7 83 2 6 43 1 9 0平均值“2 1 1 42 1 2 72 1 0 92 1 1 70 7 1 3 23 3 6 9 tO 0 1 4 5 4O 0 6 3 1 20 0 4 8 5 8检验方法与结论：t 检验法，假设炉，显著水平a = O 0 5 ，查表得t 。( n - 1 )为2 1 1 0 ：如果，=大于。，。( n - 1 ) ，则认为测试值存在异常，否则认为合格；判定合格。6 3 4 驱动轮输出功率驱动轮输出功率结果如表6 4 所示：表6 A 驱动轮输出功率表T a b 6 4d r i v i n g w h e e l o u t p u t p o w e r r e s u l t t a b l e标准偏车速k m h第一次第二次第三次平均值变异系数差s1 3 71 3 81 3 73 01 3 71 3 91 3 71 3 7O 0 0 6O 4 2 1 3 81 3 91 3 76 1重庆大学硕士论文6 试验结果2 0 52 0 72 0 54 02 0 52 0 72 0 82 0 60 0 1 2O 5 6 2 0 42 0 72 0 82 8 42 9 02 9 05 02 8 52 9 l2 9 l2 8 80 0 3 51 2 0 2 8 62 9 22 9 l3 4 43 5 03 4 96 03 4 43 5 l3 5 03 4 80 0 3 2O 9 2 3 4 63 5 23 4 94 2 44 2 54 3 67 04 2 24 2 34 3 54 2 8O 0 6 71 5 5 4 2 24 2 24 3 l4 9 95 0 15 0 98 05 5 0 l5 1 05 0 30 0 5 31 0 5 5 o o5 0 35 1 55 8 55 8 75 9 89 05 8 45 8 76 0 05 9 00 0 7 01 1 9 5 8 85 8 86 0 26 3 86 3 86 5 2l 6 3 76 3 96 5 06 4 30 0 8 l1 2 6 6 4 46 4 66 5 8平均值3 8 9 93 9 2 63 9 7 83 9 2 81 7 0 44 3 3 8 t0 0 7 2 6 10 0 0 5 1 90 1 2 4 4 7检验方法与结论：t 检验法，假设，显著水平a = O 0 5 ，查表得t , - 2 1 a ( n - i )为2 1 1 0 ；如果t =判定合格。大于r l - 2 ，。( n - 1 ) ，则认为测试值存在异常，否则认为合格；6 4 小结本章针对测控系统进行试验，结果表明：测控系统精度要求合格。湍重庆大学硕士论文致谢7 结论与展望7 1 结论底盘测功机是摩托车和汽车整车室内台架检测的重要工具，本课题是在一台本体设备完好，但测控系统还只是基于手动操作，甚至部分业已损坏的测功机基础上，提出对该测控机测控系统进行改造方案。新测控系统基于先进的虚拟仪器平台，结合M A T L A B 软件设计模糊P I D 控制道路模拟阻力加载；以S Q LS e r v e r 2 0 0 0 为数据库，采用基于A D O 进行数据库的连接和调用；以N I 多功能采集卡和信号调理模块为硬件基础，设计采用性价比高的间隔采样方式和多通道连续采集系统。在完成测控系统功能要求的同时，各模块之间力争在保持模块间耦合性弱的前提下，尽量减少破坏单个模块的内聚，尽可能做到最大程度高内聚低耦合，从而增强各模块的可移植性。论文中主要完成以下工作：在前人研究工作基础上，结合摩托车系列检测标准，分析底盘测功机测试动力学模型，为控制系统设计奠定了基础。设计采用模糊控制和增量型常规P I D相结合方式来控制电涡流底盘测功机励磁电流，并在m W 平台下设计控制子模块。各P I D 程序设计采用模块化，具有很强的可移植性。集成L 丑b w 虚拟仪器技术与N IP C I 多功能数据采集卡，辅之以R S 2 3 2和P C I 等总线，组建系统采集硬件平台，开发出精度较高、稳定性较好的系统集成自动化产品，且系统开发周期较短。按照摩托车整车检测标准Q C T 6 0 - 9 3 ，设计了基于L a b V I E W 平台的试验测试子模块，自动化程度较高，界面美观，对话性强。系统采用网络化数据库S Q LS e r v e r 2 0 0 0 ，设计使用L a b V I E W 的A D O 接口实现对数据库访问，降低了软件总体成本，编程方便，效率较高。实验结果表明，本文所设计的测控系统成功提高了发动机台架试验的精确度和自动化水平，同时也提高了测试人员的工作效率，降低了测试周期，保证摩托车整车测试的质量。7 2 展望随着国家对摩托车检测的要求日趋完善，下一步工作主要从以下几个方面展开：为了解决测试数据的各分级用户的网络查看和最大程度的数据共享，测控系统的网络化势在必行本系统预留数据库网络接口，下一步所需要进行的工作是基于N E T 开发网络界面，实现测试数据的网络共享；重庆大学硕士论文致谢测控系统中采用的是基于模糊P I D 的控制系统，可以在进一步的工作中，提出更高级的智能控制来对测控系统进行控制，并分析其优越性，实现更精确的控制；设计风机跟随系统来完成风速的可变调节；建立测功机系统一体化可裁剪式测控平台，各子试验模块自由添加裁剪，方便运用并推广到汽车发动机和整车检测领域，以及通机、电机等功率检测领域。重庆大学硕士论文致谢致谢本论文是在导师段其昌教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究方向的确定到论文的撰写，得到了导师耐心的指导。三年来，导师在学习、生活方面给予本人无尽的关怀，为本文创造了一个优越的学习和工作环境，使本文研究得以顺利完成。导师渊博的知识、严谨的治学风格、诲人不倦的师德，不仅在学业上给予了启迪，而且在生活上对学生关怀备至；不仅指导我们如何做学问，而且教导我们如何做人在此，谨向段老师致以深深的感谢和崇高的敬意。感谢R o c k w e l l 实验室的所有老师，他们在平时的学习和研究过程中给了我无私的帮助与教导，使得论文的选题事半功倍，也使得论文的撰写更加顺利。感谢实验室的所有同学，正是他们中肯的意见与建议才使得本论文得以圆满的完成，也使得我的研究生生活充满活力。最后，感谢养育我的父母及亲人，多年来他们对我始终如一的支持是我克服困难、不断进取的动力。吴正东2 0 0 7 年5 月重庆大学硕士论文参考文献参考文献 1 3中国标准出版社第三编辑室摩托车国家标准汇编发动机卷中国标准出版社，2 0 0 6年1 2 月 2 】中国标准出版社第三编辑室摩托车国家标准汇编整车卷中国标准出版社，2 0 0 6 年1 2 月 3 陈柏年汽车底盘测功机国家计量检定规程简介交通标准化，1 9 9 4 ，( 0 1 ) 4 3V a l e t t e 见G a s n i e r 也A na u t o m a t i cd r i v es y s t e mf o rc h a s s i sd y n a m o m e t e rv e h i c l et e s t i n g I n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u mO l lA u t o m o t i v eT e c h n o l o g ya n dA u t o m a t i o n ，1 9 8 5 ，P1 3 9 5 1 ，v 0 1 1 5 K a l k s t e i nJ L S i m u l a t i n gi n e r t i aa n dg e a rb o xp e r f o r m a n c ef o ra u t o m o t i v et e s t i n g S e n s o r s ，v1 4 , n4 ，A p t ，1 9 9 7 ，P5 2 - 5 3 6 M e y e r , K l a u s 。C o o l i n gr e q u i r e m e n t sf o re d d yc u r r e n td y n a m o m e t e r s 。D i e s e l 忍珊”s ，N o r 拍砌e r i c a n , v5 4 ，n8 。A u g ，1 9 8 8 ，P1 2 1 3C 7 陈东雷底盘测功机控制系统的开发汽车工程，1 9 9 8 年2 0 卷3 期 8 邓楚南汽车底盘测功机加速性能试验的原理与方法武汉汽车工业大学学报，1 9 9 7 0 5 9 姜庆明摩托车交流底盘测功机电控系统的设计与实现小型内燃机与摩托车，2 0 0 4 4【l O 】严峻D P c - 1 型摩托车底盘测功机通过鉴定小型内燃机，1 9 9 9 年0 5 期 1 1 吴锋基于C A N 总线的摩托车底盘测功机控制系统研制浙江大学学报( 工学版) ，2 0 0 4年4 月。第3 8 卷第4 期 1 2 中国汽车工业总公司O c T6 0 - 9 3 ，摩托车整车性能台架试验方法，1 9 9 4 - 0 1 - 0 1c 1 3 徐志敏，汽车底盘测功机的原理及检测中国测试技术，2 0 0 4 年5 月，3 0 卷3 期【1 4 G i e t e l i n kO l a f D e v e l o p m e n to fa d v a n c e dd r i v e ra s s i s t a n c es y s t e m sw i t hv e h i c l eh a r d w a r ei n - t h e - l o o ps i m u l a t i o n s V e h i c l eS y s t e mD y n a m i c s , v4 4 ，n7 ，J u l1 ，2 0 0 6 ，p5 8 9 - 5 9 0 1 5 】B r e z o n i c kM i k e P o w e rt e s tu n v e i l sn e wT r a n s i tC h a s s i sD y n a m o m e t e r sS o u r c e ：D i e s e lP r o g r e s sN o r t hA m e r i c a nF A i t i o n ，v6 8 ，n1 0 ，O c t o b e r ，2 0 0 2 ，P “一4 5 1 6 】K i m , S a n g - K w o mA n a l y s i sa n dc o n t r o lo ff u e lc e l lh y b r i dv e h i c l e P r o c e e d i n g so f4 t hI n t e r n a t i o n a lA S 赶C o n f e r e n c eo nF u e lC e l lS c i e n c e ，E n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，F U E L C E L L 2 0 0 6 ，2 0 0 6 , S pn 7 】吴启生水力测功器技术引进项目吸收消化情况及今后设想车用发动机，1 9 8 8 年，第0 5期 1 8 H a b i b ikC h a r a c t e r i z a t i o no fp a r t i c u l a t el e a di nv e h i c l ee x h a u s te x p e r i m e n tt e c h n i q u e & E n v i r o nS c iT e e h n o l ，v4 ，n3 ，M a r ，1 9 7 0 ，P2 3 9 - 5 3重庆大学硕士论文参考文献 1 9 P l i n tl L 丸S o m el i m i t a t i o n so ft h ec h a s s i sd y n a m o m e t e ri nv e h i c l es i m u l a t i o n J o u r n a lo f u t o m o b i l eE n g i n e e r i n g , v2 1 5 ，n3 ，2 0 0 1 ，p4 3 1 4 3 7 2 0 3S c i m i d t b a n e r ，C o n t r o lo fc a re n g i n ea n dc h a s s i sd y n a m o m e t e ri na c c o r d a n c ew i t has t i p u l a t e dd r i v i n gs c h e d u l ef o re x h a u s te m i s s i o nt e s t s A m e r i c a nS o c i e t yf o rT e s t i n ga n dM a t e r i a l s ，B o o ko fA S T MS t a n d a r d s ，1 9 7 4 ，1 8 p 2 l 】左铭旺多功能汽车底盘测功机工业仪表与自动化装置，2 0 0 1 年第0 6 期【2 2 陈东雷底盘测功机控制系统的开发汽车工程，1 9 9 8 年第0 3 期【2 3 B a u m , E c k h a r d E d d yc u r r e n t sa n de l e c t r i c a ls u r f a c ec h a r g e s E l e c t r o n i cN e t w o r k s 。D e v i c e sa n dF i e l d s ，v1 6 ，n3 ，M a y J u n e ，2 0 0 3 ，P1 9 9 - 2 1 8 2 4 张晓光电涡流制动器的工作原理科技信息，总第9 期，P 2 0 “2 3 2 5 陈文润摩托车底盘测功机动力学原理机械设计，2 0 0 1 年2 月 2 6 D eM o l i n aC A p p l i c a t i o no faf i n i t ee l e m e n tc o d ei nt h ea n a l y s i so fm o t o r c y c l er o a db e h a v i o r C o m p u t e r sa n dS t r u c t u r e s ，v3 1 ，n5 ，1 9 8 9 ，P7 8 9 7 9 4 2 7 2W e i d e l e 尢R e s e a r c hO l lt h ep o w e rt r a n s f e ro fm o t o r c y c l et y r e so nr e a l r o a ds u r f a c e s P r o c e e d i n g s S o c i e t yo f u t o m o t i r eE n g i n e e r s ，1 9 9 0 ，P7 1 5 - 7 2 0【2 8 V i j a y k u m a r S i m u l a t i o no fr o a dv e h i c l eo ne n g i n et e s tb e d ，P r o c e e d i n g so ft h e2 0 0 5F a l lT e c h n i c a lC o n f e r e n c eo ft h eA s 班I n t e r n a lC o m b u s t i o nE n g i n eD i v i s i o n 2 0 0 5 P4 8 5 - 4 8 9 2 9 宫建军摩托车道路行驶阻力的测试与设定摩托车技术，2 0 0 2 年7 月 3 0 姚锡凡，周锋，邓楚南汽车底盘测功机的计算机辅助测试与控制系统【硕士论文吉林大学，2 0 0 6 年 3 1 王文扬汽车底盘测功机测试与控制系统的研究华南理工大学学报( 自然科学版) ，1 9 9 7年第l O 期 3 2 韩峻峰模糊控制技术重庆大学出版社，2 0 0 3 年5 月 3 3 涂植英，何均正自动控制原理重庆大学出版社，2 0 0 0 年8 月 3 4 李国勇智能控制及其M A T L A B 实现电子工业出版社，2 0 0 5 年5 月 3 5 费宗铭软件复用的机器支撑计算机学报，1 9 9 4 第7 期 3 6 侯国屏等L a b V I E W 7 1 编程与虚拟仪器设计清华大学出版社，2 0 0 5 年2 月第一版 3 7 杨乐平等L a b V I E W 高级程序设计清华大学出版社，2 0 0 3 年4 月 3 8 C r o w eJ A u t o m a t e dP Ic o n t r o l l e rt u n i n gu s i n gap h a s el o c k e dl o o pi d e n t i f i e rm o d u l e I E C O NP r o c e e d i n g s ( I n d u s t r i a lE l e c t r o n i c sC o n f e r e n c e ) ，v 2 ，2 0 0 0 。P1 4 6 3 1 4 6 8 3 9 S h uH u 乱D e v e l o p m e n ta n ds i m u l a t i o no fP I Dn e u r a ln e t w o r k sc o n t r o l l e rb a s e do nL a b V I 朋，X i t o n gF a n g z h e nX u e b a o ，v 1 8 ，n l O ，O c t o b e r ，2 0 0 6 ，P2 9 1 8 - 2 9 2 0 4 0 】J e r o m e L a b V I E Wb a s e di n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r sf o rs p e e dr e g u l a t i o no fe l e c t r i c重庆大学硕士论文参考文献m o t o r P r o c e e d i n g so ft h eI E E EI n s t r u m e n t a t i

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