（载运工具运用工程专业论文）基于机电混合模拟技术的汽车abs试验台架的设计和开发.pdf

摘要 本课题针对目前教学和科研用a b s 试验台存在的不足，应用机电混合模拟理论，设 计了新型a b s 试验台。 根据机电混合模拟理论，应用相似规则，通过对汽车道路制动过程和试验台系统的动 力学分析，建立了汽车运动惯量和道路制动力的台架电模拟数学模型。 以s 鲫鼬a 2 0 0 0 g s i 为研究对象，设计并制作了以计算机浏控为核心的a b s 试验台， 该试验台主要由汽车运动惯置和车轮制动力机电模拟系统和汽车车速机电模拟系统两部 分组成。系统硬件主要由台架、工业控制计算机、数据采集板、直流电动机、磁粉离合器、 减速器、轮速和车速传感器及s a r i t a i l a 2 0 0 0 g s i 制动系统组成。系统软件主要主控模块、 数据采集模块、工况控制模块和数据存储模块以及数据读取模块等模块组成。 系统的测试和控制程序应用v i s u a lc + + 和i 加v i e w 软件工具开发，其中用t 抽v i e w 开发系统的测试和控制主程序，分别用s u a lc + 和c 语言开发了动态链接庠，用于 实现数据采集卡的驱动。 以模拟测试a b s 工作状态下汽车车速和轮速变化为目标，开发了系统的测试和控制 程序。汽车车速机电模拟系统以汽车运动惯董和整车速度模拟为目标，是一带。p d 控制 器的直流电机闭环调速控制系统；汽车车轮制动力机电模拟系统以车轮制动力特性模拟为 目标，是一开环磁粉离合器传递力矩控翩系统。 系统调试后进行了试验，初步试验结果表睨本设计和开发的系统能满足各种道路条件 ( 不同9 ) a b s 工作状态下汽车车速和轮速变化的模拟测试。 还有待进一步研究和解决的问题： 签于l a b v i e w 6 ，1 以上版本中已可以使用面向对象的编程方法，使用消息机制来响应 事件，程序运行效率更高，在以后的改进研究中可使用该方法。 应探讨前馈补偿、模糊控制、预测控制等先进的控错8 方法在该系统上应用的可能。 现行系统测试结果的处理和分析功能不强，有待进一步开发。系统电器元件应进行集 成化设计，以降低成本，提高系统可靠性。 关键词：汽车a b s 试验台、计算机测控系统、机电混合模拟技术、咖、l a b 订e w d e s i 驴蚰de x p l o i t a 廿o n o fv e h i c i e sa b sb e d s t e a d 协t s y s t e mb 勰e d o n h y b r i d s i m 山n o n 乳d m i q 呲 a b s t r a c t h lt h i ss t i l d y ，ia p p l i e dh y 晡ds i m u l a 曲n t e c h n i q u et 0d e s i g nn e wt y p eo fa b st e s t i n g s y s t e m t 0d e a lw i mt h ed e & i e n c yo fm ea b s t e s t i i l gs y s t e i 璐w t l i c h a r eu s e d 斯t e a c 圭l i n g 锄d r e s e a r c h i 婶i p l i e dh y 嘣ds i m u l 8 t i o nt l l e o r ya n ds i m i l i n 埘【em l et oc o n s t n l c tm 柚m o d e lo fv e “c l e l o c o 删v ei l l e m a 缸db 瑚d c i r 培f o r c eo fr o a db y 锄a l y s i 8o fp r o c e s 8b r 8 l d n go nt 圭l er o a da n d t e s 血l gs y s t e m w i t l ld 蜘a m i cm e c h a n i c s it o o ks a n t a i l a 20 0 1 0 g s if o ro b i e c tt od e s i 匦趴d 瑚k ea b sb e d s t e a dt c s ts y s t e mw h o s e m a i l lt i l s ki st om e 鹪u r ea i l dc 0 咖l ，a n dt h i st e s ts y s t e mi sm a i l l l yc o m p o s e db ys y s 伦mw h i c h i st 0s i m i l l 丑t cv e h i c l el o c 0 加d t i v ei i l e n i a 趾db i _ a ：k i i l gf o r c e h a r d w a 化o fs y s t e mi sm a i n l y c o r n p o s e db yb e d 啦a d ，m d l l s t r i a lc o m p u t e r ，d a t aa c q u i s 试0 nb o a r d 。曲船tc u r r c m 砌驴e t i c 铲a i nc l u t c h ，r e d u c e r s e 璐o r sa n d s a i l t 锄a 2 0 0 0 l g s ib r a h n gs y s t e m s y s t e ms m w 盯e i sm a i n l y c o i n p o db yc o n t m lm o d u l e ，d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e ，c o n m t i o nc o n 口0 1m o d u l e ，d a t as t o r a g e m o d u l ea n dd a t ar e a dn l o d u l e 1 k s y s t e mt ot e s ta n dc o n 仃o l i sd e v e l o p e db y s u a l c + + a i l dl 曲v i e w e h c e d u r et 0 t e s ta i l dc o n t m ld e v e l o p e db vl a b v i e wi sd r i v e nb yd l ld e v e l o p e db yv i s u a lc + + 柚dc l a n g i l a g e w bd e v e l o pp r o 铲a mt ot e s ta n dc o n t r o l ，a i m e da ts i m m 出n ga n dt e s t i n gv e _ m c l ew o r k c o n d i t i o n t h es v s t c mt os i i m l i a t ev e h j c l ec a r e e ri sa i l e dt os i m u l a t ev e h i d el o c o m o d v ei n e m a a n dv e h i c l es p e e d ，w h i c hi sc l o s e dl o o pa i l ds p e e da l 嘧a b l cs y s t e m s y s t e mt os i i i 】m l a t ev e l l i c l e w h l b d i 【i n gf b r c e i sao ”n 1 0 0 pf b r c ed e l i v e 血g c o 曲ls y s t e m w bh a v et e s t sa f c 盯d e b u g g i i l g e l e l c n t a r yr e s u no fe x p c r i m ti n d i c a t e sm a ts y s t e m w h i c hh 蕊b e d e s i g i l e d 趾dd e v e l o p e dc a i lw o r ku n d e re v e r yr o a dc o n d i n o n sw h e na b s l h b l e mw i l lb er e s e a r c h e da n dr e s o h ，e d ： c o 璐池血g t h a tf a c i n go b j e c t p m g r a m l i n gi n 劬o d c a i lb eu s e di nl 如v i e wu pv e r s i o n 6 1 w es h o u l du s e m e s s a 萨n l e c h 粕i 曼mr e s p o n s e 棚豳a n dp r o g r a m w i l lw o r km o r e e f f i c i e n y w jc a n u s et h i s 删油o di r ii m p r o v i i 喀r e s e a r c h w bs h o u l dd i s c u s s 也ep o s s i b i l i t yt oa p p l yf o r i n e r 舭d b a c k ，f i l z z yc o n 们l ，f o r e c 勰tc o n t r o l o n 也e s y s t e m 1 k e x i s t i n gs y s t c mc a nn o td e a la n da i l a l y z et l l ed a t aw e u a 1 1 di tn e e dt ob ed e v e l o p e d i n o r e n 圮s y s t e me l e c t r i c i t yn e e dt ob ed e s i g nw h o l l yt 0d e c r e a c o s ta n d i n c r e a s es y s t e m r e l i a b i 陋 k e yw o r d s ：v e h j c l ea b sb e d s t e a d t e s t s y s t e m 、a c q i l i s m o n a n dc 0 曲ls y s t e m 、 m c c h a i l i s m e l e c 们n i c sh y 嘶ds i m u l a t i o n 血e o r y 、p ：d 、l a b v i e w 2 致谢 6 0 6 7 1 车论文是在导师闳永军戡授的愚心指导下兜成的。本人在袁读硕士学位期间辱师始 终都i 圩我着j 乜的指导和严格的要求。为研究生学业的顺利兜成倾注了大量的心血。粤师 潮博的学术知识，严谨的治学态度和良好的敬业精神使蠹深受启迪。并使我终生爱益。在 论文衄炽阶藏导师提出了许多宝贵的修改意见。值此成文之琳证向导师表示深深的羲 意和粕它的感谢l 在研究生阶段的学习中得到了汽遣教研组以豆汽遣试验宣各位老师的关心和帮助。在 此表示衷j 乜的感谢。 感谢甘曩h 赴老拥阳e 系兢调试过程始予的帮助。 感谢h 书朝j 峨r 的师傅在台尊h 畏删作垃稿l 1 中出的劳动。 感谢何旭平同学在论文兜或垃程中培予的协助和支持。 感谢母枕南京林业大学对我接近七年的培养。枧恳母枕明天会更好i 最后感谢我的象人一以来对俄的支持和理解。 懂此向所有毒抽果题司凹巴和论文兜成期间关j 乜、帮助琏鼗的人们表示诚r 的删。意l 施觳 2 0 0 4 年6 月 第一章前言 1 1 课题研究的目的和意义 汽车防抱死制动系统( a n t i i o c kb r a k i n gs y s t e m ，简称a b s ) 是在传统的制 动系统基础上采用电子控制技术防止车轮在制动时抱死的一种机电一体化系统。 传统的汽车制动系统是在紧急制动和湿滑路面上制动时在大多数情况下往往会 发生车轮抱死现象。根据汽车制动理论和试验得知，汽车地面制动力受车轮与地 面附着力的制约，车轮与地面间的附着系数矿与制动轮滑移率s 的关系如图1 1 所示。显然，在车轮抱死时，纵向附着系数并非最大，特别是，其侧向附着系数 几乎为零。因此，制动时车轮抱死不仅会造成车轮轮胎的局部严重磨损，而且前 轮抱死会使车辆丧失转向能力，后轮抱死易使车辆丧失方向稳定性。尤其在潮湿、 泥泞、冰雪等低附着系数路面或高速行驶时制动，一旦车轮抱死，汽车就会发生 侧滑、甩尾或方向失控，造成车辆倾覆甚至车毁人亡的恶性事故。据统计资料表 明，这类事故的发生占整个交通事故的1 0 ，不论在我国还是世界其他国家， 都严重地危害着广大人民生命财产的安全。a b s 装置主要通过控制制动轮的瞬 时角加速度和减速度将汽车车轮的滑移率s 控制在1 5 一2 5 ( 图1 1 中阴影部 分) ，保证轮胎与路面间有最大的纵向附着系数，且基本稳定，而侧向附着系数 也较大，它能有效提高汽车制动的方向稳定性、方向操纵性，并缩短制动距离， 因此现在a b s 装置已经成为很多汽车的基本配置。 a b s 装置在我国也已得到推广普及，但具有自主知识产权的产品很少，a b s 装置的研究和开发是目前我国汽车研究开发中的热点。在a b s 装置的研究和开 发过程中，必然要进行各类试验，试验的基本方法有实车道路试验和试验台模拟 l 图1 - l 附着系数妒与滑移率s 的关系曲线 试验两种，由于实车道路试验存在成本高、周期长和受气候制约大等不足，汽车 台架试验与通常的道路试验相比具有试验速度快、精度高、费用低、数据稳定、 可比性好等优点。为了保证试验条件与实际工况的一致性，现有汽车a b s 试验 台都用滚筒来模拟道路，用大质量飞轮( 组) 模拟汽车运动惯量，存在体积大( 单 滚筒试验台滚筒直径达1 5 m 2 m ) ，对不同类型汽车进行试验时，系统惯量调整 困难，尤其不能做到惯量无级调速，导致了试验的复杂性并造成试验误差。 另外，随着a b s 大量使用，在汽车构造，汽车维修教学中，为加深a b s 结 构和工作原理的深刻理解也需要大量a b s 试验台。国内目前的a b s 的教学设备 有两类：一类是完全基于计算机软件技术的a b s 仿真软件系统，由于它缺少实 物系统，实际上仅仅是生动的多媒体教学。另一类是有实物构成的试验台，由于 受驱动电机功率限制和试验台模拟惯量不足的影响，这类设备普遍存在紧急制动 时制动轮容易抱死的缺陷，不能真实反映a b s 工作过程。 本课题研究了基于机电混合模拟技术的a b s 试验台，本a b s 试验台装用 黝矗托丹口2 0 口d g 甜上a b s 实物，应用计算机控制技术对磁粉离合器传递力短的控 制实现路面对车轮的制动作用力和汽车运动惯量的模拟；通过电动机调速控制实 现汽车行驶速度的模拟。本试验台根据目前实际使用的a b s 装置，以控制制动 轮的瞬对角加速度和减速度参数为主的本质，使用混合模拟技术，即通过机电硬 件部分的设计和软件控制相结合的方法，大胆取消了滚筒装置，飞轮仅模拟一小 部分惯量，体积小；被测车辆的运动惯量、车轮与地面的附着系数矿等参数可在 线调整，模拟精确，操作方便，可提高试验精度。 该系统研制成功后，可完全满足a b s 教学的需要，也可作为相关科研和开 发的辅助试验设备。机电混合模拟技术也可在汽车其他部件的试验台上使用，如 汽车发动机动态试验台和同步器试验台等。 1 2 国内外的研究现状 汽车a b s 试验台有科研型和教学型两类。 科研型a b s 试验台普遍使用滚筒支承车轮来模拟道路，用大质量飞轮( 组) 模拟汽车运动惯量。根据支承一个车轮的滚筒数不同，科研型a b s 试验台分为双 滚筒式和单滚筒式两类。 1 一轮速传感器；2 一从动滚筒；3 一测量指示屏；4 一电动机；5 一转矩传感器； 6 一称重传感器；7 一主动滚筒；8 一测速滚轮；9 一传动链 图1 2实车性能参数测试的a b s 试验台 侧重实车性能参数测试的a b s 试验台一般为双滚筒式，其典型结构如图1 2 所示。 1 一制动总泵及a b s ；2 一制动管路油压传感器；3 一车轮；4 一轮速传感器1 ；5 一扭矩 传感器；6 一微机及其外围设备；7 一载荷传感器；8 一转速传感器2 ；9 一滚筒；1 0 一 弹性联轴节；儿一电机 图1 3a b s 双滚筒测试试验台 侧重开发用a b s 试验台有双滚筒式和单滚筒式两种形式。图1 3 所示为四川 工业学院研制的汽车a b s 双滚筒式试验台。该试验台能对汽车a b s 进行前期试验， 该试验台能测试的参数包括：汽车制动过程中滑动率的变化、制动扭矩的变化、 制动管路压力的变化以及车轮的载荷。江苏大学研制的a b s 试验台为单滚筒式试 验台，结构简图如图1 4 所示。该试验台台体整体采用龙门支架结构，丝杆螺母 加载机构可根据不同的车型调整车轮的垂直载荷和高度，车轮角速度传感器不断 地读入车轮的角速度信号，并计算车轮的角加速度、滑移率和制动距离，轴上贴 应变片测量制动器制动扭矩，管路压力传感器测量制动管路中的压力。 图1 4 防抱死制动系统转鼓试验台示意图 4 滚筒式a b s 试验台普遍体积大( 单滚筒试验台滚筒直径达1 。5 m 一2 m ) 。成 本高；基于飞轮装置的汽车惯量模拟系统对不同类型汽车进行试验时，调整困难， 尤其不能做到惯量无级调整，导致了试验的复杂性并造成试验误差；另外由于轮 胎与滚筒的接触面变形情况与轮胎与平坦道路的接触面变形情况存在较大的差 异，而汽车轮胎与路面之间的峰值附着系数实质是车轮与路面之间最大静摩擦系 数，因为在2o 左右时，轮胎与路面之间并没有真正的滑动，滑移率不等于零 完全是由于弹性轮胎受力变形产生的，因此在滚筒式a b s 试验台测得的轮胎滑移 率误差较大。 目前用于教学的a b s 实验设备有两类：一类是完全基于计算机软件技术的 a b s 仿真软件系统，如德国、美国、以色列等国的汽车电子控制系统教学仿真系 统。另一类是有实物构成的试验台，如图1 一s 所示为南京理工大学研制的a b s 教学试验台。该类产品虽然形似汽车实际制动系( 如有四个车轮、有某一车型的 全套制动系部件等) ，但由于没考虑汽车运动惯量模拟，驱动电机功率不足，因 此在做紧急制动试验时，制动轮容易抱死。不能真实反映汽车制动过程，不能真 实反映a b s 工作过程。 图1 5a b s 教学试验台 本课题正是采用机电混合模拟的方法来设计a b s 试验台。机电混合模拟是随 计算机控制技术发展而发展起来的新技术，该技术在汽车工程中正在得到推广应 用。 国外在汽车台架试验系统，特别是发动机动态试验台，已普遍使用机电模拟 技术，在一些先进的动态试验台上，采用完全电模拟的方式，用数学模型代替实 际的汽车。 国内，东南大学研制的同步器试验系统中使用了混合模拟技术，构成了现代 化的同步器试验系统。在该系统中使用了一部分机械惯量，同时采用惯量电模拟 技术对电机调速系统进行恰当的补偿控制，不仅系统结构简单，操作方便，而且 通过控制系统在线调整控制参数，可以精确实现机械惯量的模拟控制，从而提高 了试验精度。 清华大学将机械惯量电模拟的方法用于汽车传动系试验台和发动机动态试 验台，分别如图1 6 、1 7 所示。汽车传动系试验台如图1 6 所示，其车辆实际 惯性和试验台模拟惯性( 主要由惯性飞轮组模拟) 的差异由电涡流测功器的控制 来补偿，最终达到惯性力韵准确模拟。 鬟确帆 謦霎毫鑫嚣俺蹙仅屯蜀躐聃能 量挂飞地组 图1 6应用机械惯量电模拟的汽车传动系试验台 发动机动态试验台，如图1 7 所示。试验台通过加载装置可模拟发动机在实 际运行过程中的多种负载状态，无需装车就可对发动机的动态动力性，经济性和 排放特性进行全面测试，是进行发动机和整车测试，研究，开发的一种经济而高 效的手段。 图1 7 应用机械惯量电模拟的发动机动态试验台 1 3 论文的主要研究内容及研究方法 1 3 1 设计目标 本课题的主要设计目标是模拟的车速和轮速的变化情况要符合汽车实际制 动过程，能显示制动过程中车轮速度和加减速度、汽车速度和加减速度、制动系 油压变化情况此外，还要求结构简单、体积小、整体经济性好、操作简单、各种 参数易观察。 需要说明的是：鉴于以滑移率控制为主的a b s 必须装备汽车速度测量装置， 成本较高，目前实用的a b s 都是以车轮角加、减速度为主要控制参数，滑移率仅 是辅助控制参数；另外，由于滚筒曲率的影响，汽车在滚筒式试验台上的滑移率 与汽车在平坦道路上的滑移率也有不小差别，所以本试验台设计目标中没有包括 车轮滑移率的测量。就一般教学和科研而言，可满足要求。 1 3 2 主要研究内容 1 、系统简介 ( 1 ) 系统组成简介 本课题设计的a b s 试验台如图1 。8 所示。它是一以计算机为核心的基于机 电混合模拟技术的测控系统。本a b s 试验台上的制动器、液压制动系和a b s 均 为n f 口n n 2 d o d g s ，车上的实物，直流电动机和减速器构成试验台的驱动部分， 用惯性飞轮模拟部分汽车惯量，应用计算机控制技术对磁粉离合器传递力矩的控 制实现路面对车轮的制动作用力和汽车运动惯量的模拟，通过电动机调速控制实 现汽车行驶速度的模拟，该系统的核心是磁粉离合器控制系统和电动机自动控制 系统。 ( 2 ) 系统工作过程简介 制动试验开始前，制动踏板松开，制动器不工作，计算机控制的调速电机经 磁粉离合器拖动车轮，按设定的车速运转。制动试验开始，踩制动踏板，车轮开 始减速运动。计算机采集车速和轮速传感器信号，经计算得车轮速度、减速度和 制动力，并按在相同制动力下汽车道路行驶过程中车轮减速度为目标，由磁粉离 合器控制执行元件调节磁粉离合器的传递扭矩。再根据制动力确定汽车行驶速度 目标值，调节调速电动机的给定转速，由电动机控制系统的执行元件来控制电动 机，从而使得电动机的输出转速能符合实际车速变化情况。 图l - 8a b s 试验台简图 l 一台架支座；2 直流电动机；3 霍尔传感器；4 联轴节；5 一磁粉离合器；6 联轴器；7 轴承；8 飞轮；9 一轴承；1 0 联轴节；1 1 一减速器；1 2 联轴节；1 3 轴承； 1 4 制动盘；1 5 一液压调节器；1 6 制动总泵；1 7 踏板；1 8 e c u ；1 9 光电码盘；2 0 可控硅整流调压模块；2 1 数据采集板；2 2 工业控制计算机；2 3 可控硅整流调压 模块 2 、主要研究内容 本论文主要研究内容如下： ( 1 ) 研究制动力电模拟的原理和方案 ( 2 ) 研究机械惯量电模拟的原理和方案 ( 3 ) 系统整体的设计及各部分的选型 ( 4 ) 系统测控软件的设计 ( 5 ) 系统调试和试验 1 3 3 关键技术 本课题的关键技术是 1 、汽车地面制动力、车轮运动的混合模拟技术。本课题研究了通过对磁粉 离合器传递扭矩的控锻模拟地面对轮子作用及惯量电模拟的理论依据和实施方 法。 2 、汽车运动速度的混合模拟技术。本课题研究了通过应用调速电机随动( 跟 踪) 控制技术实现惯量电模拟的理论依据和实施方法。 3 、本课题采用l a b v i e w 和v c + + 联合开发了数据采集卡的驱动并使用 l a b v i e w 设计了整个系统的测控软件。 1 3 4 主要研究方法 本课题中运用理论力学中动力学分析的方法对系统的运动规律和受力情况 进行了分析，为本课题中混合模拟技术的运用奠定了理论基础，并且为后面系统 的各部件的选型提供了理论依据。 以电机学为依据进行电机功率，额定电压，励磁方法，及调速方法等的选择。 以电机拖动系统理论为基础进行拖动系统的设计。结合自动控制理论和电力拖动 系统设计的方法进行闭环控制系统的设计。用测控技术的思想来对整个系统进行 设计。 根据材料力学和机械设计的方法和理论进行机械系统的设计。 使用l a b v i e w 和v c + + 开发系统测控软件。 1 0 第二章a b s 试验台的工作原理和方案 2 。l a b s 试验台电模拟原理 2 1 1 汽车制动工作原理 图2 1 所示为制动系工作原理示意图，汽车制动时，驾驶员踩制动踏板1 ， 不旋转的制动蹄l o 就对旋转着的制动鼓8 作用一个制动力矩m 一，同时路面对车 轮产生一个向后的作用力，即制动力n 。制动力凡由车轮通过车桥和悬架传给 车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。阻碍汽车运动的制动力n 不仅取决于 制动力矩m 一，还受限于轮胎与路面间的附着条件。制动力愈大，则汽车减速度 愈大。 图2 1制动系工作原理示意图 2 1 2 路面对车轮制动作用电模拟的机理研究 ( 1 ) 汽车道路制动过程分析 8 汽车道路制动受力分析 汽车在平整的路面上制动行驶时，汽车所受的总的阻力为： f = r + r + f f ( 2 1 ) 式中：卜一汽车受到的总的阻力 r 一一汽车受到的地蕊制动力 n 汽车受到的风阻 n 汽车受到的坡度阻力 在汽车正常制动行驶时，n 和p 在，中占的比例非常小。以出口a n d 2 d d o g 盯 为例，其基本参数为： = 1 8 9 m 2 ，c d = o 4 2 5 ，1 1 4 0 k g 。 若取y = 5 0 k i i i ，h ( 本课题中模拟的最高速) ，则最大的空气阻力： 昂= 错= 9 5 ( n l 若取，= 0 0 2 ，则车轮受到的滚动阻力： 只= _ 7 7 9 ，= 1 1 4 0 9 8xo 0 2 = 2 23 ( n ) 而若取伊= 0 7 ，则地面对车的最大的制动力： 晟g 妒= 78 2 0 n 。 可见空气阻力和滚动阻力相对于地面制动力小得多，可忽略不计，所以 f r 。 b 汽车道路制动运动分析 a l n h l 图2 2 汽车制动受力图 如图2 2 所示，质量为m 的汽车在车速为y 时刻制动，前后轮制动器分别 1 2 产生制动阻力矩m ，和肘“前后轮制动力为f z ，和n 2 。假设前后车轮制动时未 抱死，即凡- l o o o 挣i f n d e f a f x w i n h 一 秤e r r o ri n c l u d e s t d a f x h b e f o r ei n c l u d i n gt h i sf i l ef o rp c h 枯e n d i f 群i n c l u d e “r e s o u r c e h ”，m a i ns y m b o l s ，c s y s 2 1 a p p ，s e ec h e k o n g h 。c p pf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h i sc l a s s l l c l a s sc c h e k o n g 。h a p p ：p u b l i cc w i n a p p ( p u b l i c ： c c h e k o n g a p p 0 ； d e c l a r e m e s sa g e m a p ( ) l ； ，m i c r o s o f tv i s u a lc + + w n li n s e r t8 d d i t i o d a ld e c 】a r a t i o si m m e d j 乩e l yb e f o r et b e p r e v i o u sl i n e # e n d i f 3 、在模块定义文件c h e k o n g d e f ，用以输出d l l 文件中的函数，其格式如下： c h e k o n g d e f ：d e c l a r e st h cm o d u l ep a r a m e t e r sf o rt h ed l l l i b r a r y “c h e k o n g ” d e s c r 口t 1 0 n测控动态链接库 e x p o r t s 采集函数装饰名l 1 控制函数装饰名2 2 ；e x p l i c i te x p o r t sc a ng oh e r e 4 、编译生成c o n g z h i d l l 文件 上述文件编写好后，就可以在p r o j e c t 中选择b u i l dp o r t d l l 子项运行后，如 没有错误，则可以生成需要的动态链接库文件c h e k o n g d l l ，供l a b v i e w 在采集和 控制时调用。 其中采集子程序简述如下： # i n c l u d e “s t d a f x _ h ” # i n c l u d e “s y s 21 h ” 舟i n c l u d e “d o s h 桴i n c l u d e “s t d i o h ” 静i n c l u d e “c o n i o h ” 舟i n c l u d e “m a t h h ” l | 晦 n o a tp a s c a le x p o r t a d c a u i ( i n tc h n o ，i n ta d d l y ) ( i n ti ，j ，a d ： n o a ta d v ： _ i n p ( 6 4 6 ) ： 一o u t p ( 6 4 0 ，0 ) 一o u t p ( 6 41 ， c h n o ) ； f o r ( 江o ；i a d d l y ；i + + ) f o r ( j = 0 j 5 ；j + + ) ( _ i n p ( 6 4 2 ) ； d o ( ；) w h i l e ( ! ( _ i n p ( 6 4 0 ) o x 4 0 ) ) ； a d u 】= 一i n p ( 6 4 3 ) + ( ( 一i n p ( 6 4 4 ) o x f ) 8 ) ； a d v d 】= ( n o a t ) ( ( ( f l o a t ) a d 【j 】2 0 4 7 ) 幸2 0 ，4 0 9 6 ) | | 酶 r e t u r na d v “赂 应用该驱动所设计的车速及轮速数据采集和电动机及磁粉离合器控制用的c l f 节点如图4 8 所示。 图4 8 采集及控制节点图 4 3 3 工况控制模块的设计 1 、测控软件的编制 利用l a b v i e w 强大的测控功能，可以使用采集卡实现试验过程中数据的采 集，经过计算机的分析判断后，通过采集卡输出控制信号给两个可控硅控制模块， 经过可控硅模块整流后将变化的直流电送给电动机和磁粉离合器，从而对电动机 和磁粉离合器实现控制。 ( 1 ) 对电动机的控制 对电动机采用闭环控制的控制方法。将目标转速和反馈转速之差，作为偏差 量，再由p i d 来整定得到电动机的控制量。 图4 9 目标转速的计算 1 ) 反馈转速的获得。 反馈转速通过数据采集板的1 号a ，d 口，经c l f 节点计算得到。 2 ) 电动机控制量的计算。 一般认为在以晶闸管为执行器或在控制精度要求较高的系统中，可采用位置 式p i d 控制算法。因此在开发过程中，开发了位置式p i d 控制算法。但是使用 图4 ，1 0 电动机控制量的计算 中发现控制效果很不理想。因此考虑选用增量式p i d 控制算法，但是使用中发现 该算法有不足之处：溢出的影响大，转速很容易失去控锯，有静态误差，函此在 5 7 程序设计中，对电动机的控制量用两个c a s e 结构做了最大和最小值限幅。 ( 2 ) 对磁粉离合器的控制 图4 1 1 磁粉离合器的控制量 表4 1 节点低位值与磁粉离合器控制电压关系 参数节点低8 位值磁粉离合器控制输出扭矩 。权电压 1 、 0 o0 0 0 0 25 00 61 0 4 2 36 0 1 3 2 2 5 8 4 7 02 44 1 6 8 58 03 66 2 5 2 69 05 。29 0 3 1 71 0 06 81 1 8 1 0 81 1 0 8 61 4 9 3 6 91 2 01 0 51 8 2 3 6 1 01 3 01 2 72 2 0 5 7 l l1 4 0 1 4 42 5 0 0 0 由第三章推出来的j l f 曹的计算公式得到m 曹的计算程序。但是由试验过程中 的数据发现，磁粉离合器的控制节点，高位只需7 就可以了，要实现对磁粉离合 器的控制，必须对低位进行控制。由试验得到节点低位和磁粉离合器控制电压的 数据如表4 1 所示。设磁粉离合器的控制电压为u 蠢，磁粉离合器的控制节点的 低位为x ，则得到两者的关系， u 学= 0 0 0 0 8 x “2 o o 0 0 8 x 2 2 8 61 4 3 4 数据存储模块 考虑到在程序执行过程中如果实时显示数据，将消耗一部分系统时间，影响 控制的效率。因此在程序执行过程中，需要将一些重要数据记录下来，以便作计 算和分析用，在本课题中采用了两种方法来尝试。一种方法是用数组工具和读写 工具结合编程来实现，如图4 一1 2 所示。另一种方法是使用数据套结工具来缩程。 如图4 1 3 所示。 图4 1 2 数据存储的第一种方法 4 3 5 数据读取模块的设计 图4 1 3 数据存储的第二种方法 在本系统运行过程中，为了保证控制效率，不实时显示数据，而是将数据保 存下来。在试验之后通过数据读取模块读出，然后进行分析。 因此，在设计中使用了文件输入输出工具中的从文件读特性工具，从保存数 据的文件中读出，然后用自己开发的解压缩子程序将数据解出以便显示工具可以 显示。 图4 1 4 数据读取模块程序框图及所用的f 皿ei ，o 工具 5 1 程序调试 第五章系统调试及试验结果 系统程序开发后，必须进行调试，本系统调试主要任务是进行p i d 环节的参 数整定。 由于程序包括起动程序和制动程序，对应的运动特性和要求不同，所以需要 对两个程序分别进行调试。 起动程序调试的主要目标是静态误差小，具有良好的稳定性；制动程序调试 的主要目标是响应速度快，具有良好的跟踪性能。根据确定的控制周期，通过比 例系数、积分时间常数、微分时间常数多种组合形式的调试，确定的p i d 环节的 参数结果见图5 - 1 ，起动程序：女，= 4 3 。墨= 2 0 q ，乙= 0 0 5 。铡动程序七，= 5 0 ，l = 3 0 0 ， 瓦= 1 7 5 如图5 一l 所示为一个控制系统的面板，系统运行时，分为系统起动模式和试 验模式( 即制动模式) 。在图中，把按扭往上拨就选择起动模式，往下拨就是选 择试验模式。系统起动模式即把系统加速到设定的转速的模式。试验模式即开始 进行制动试验的模式。 在试验时，首先要激活程序。然后进入起动模式，在图5 1 所示的界面上把 切换按钮拨到起动模式位置。这时根据选定的初速度，在图5 1 中的界面上的目 标值框内输入想要设定的制动初速度，系统就会将车速调整到设定的车速。这时， 当速度已调整刭所要设定的初速度，如果要进入制动模式，在图5 - 1 所示的界面 上，把切换按钮往下拨到制动模式。这时踩制动踏板就开始进行制动试验了。试 验时，如果要测试不同附着系数时的状况，只要在程序框图中的附着系数设置值 图5 1 试验程序控制前面板 框内输入所要禊4 试的附着系数即可。 5 2 试验方案设计 系统程序调试后，进行了初步试验，设计的试验方案如表5 1 所示。 表5 1 试验方案 5 3 试验结果 制动初速度 附着系数 ( k m ，h ) 5 00 7o 50 3 4 0o 7o 5o 3 2 5o 70 50 3 部分试验结果如图5 2 至图5 7 所示，试验结果表明本系统基本满足不同制 动初速度下各种道路条件( 不同妒) 如s 工作时汽车车速和轮速变化的模拟测试。 3 0 2 0 1 0 o 2 0 4o 6o 81 01 21 4l61 8 2 0 图5 2 制动初速度5 0 k 州h ，附着系数0 7 图5 3 制动初速度5 0 k m ，h ，附着系数o 3 5 0 o 2 0 4 0 6 o 8l 0 1 21 4 1 61 82 o 图5 - 4 制动初速度4 0 k m ，h ，附着系数o 5 0 20 4 o 6 0 8 1 o1 21 4i 61 82 o2 22 t2 l6 图5 5 制动初速度4 0 k m ，h ，附着系数o 3 图5 - 6 制动初速度2 5 k m ，h ，附着系数o 7 图5 - 7 制动初速度2 5 k m ，h ，附着系数0 3 结论 本课题针对目前教学和科研用a b s 试验台存在的不足，应用机电混合模拟理 论，设计了新型a b s 试验台。 论文阶段主要研究内容及取得的阶段性成果： 根据机电混合模拟理论，应用相似规则，通过对汽车道路制动过程和试验台 系统的动力学分析，建立了汽车运动惯量和道路制动力的台架电模拟数学模型。 以s a n t a n a 2 0 0 0 g s i 为研究对象，设计并制作了以计算机测控为核心的a b s 试验台，该试验台主要由汽车运动惯量和车轮制动力机电模拟系统和汽车车速机 电模拟系统两部分组成。系统硬件主要由台架、工业控制计算机、数据采集板、 直流电动机、磁粉商合器、减速器、轮速和车速传感器及s a n t a n a 2 0o o g s i 制动 系统组成。系统软件主要主控模块、数据采集模块、工况控制模块和数据存储 模块以及数据读取模块等模块组成。 系统的测试和控制程序应用v i s u a lc + + 和l a b v i e w 软件工具开发，其中用 i j a b v i e w 开发系统的测试和控制主程序，分别用v i s u a lc + + 和c 语言开发了动态 链接库，用于实现数据采集卡的驱动。 以模拟测试a b s 工作状态下汽车车速和轮速变化为目标，开发了系统的测试 和控制程序。汽车车速机电模拟系统以汽车运动惯量和整车速度模拟为目标，是 一带p i d 控制器的直流电机闭环调速控制系统；汽车车轮制动力机电模拟系统以 车轮制动力特性模拟为目标，是一开环磁粉离合器传递力矩控制系统。 系统调试后进行了试验，初步试验结果表明本设计和开发的系统能满足各种 道路条件( 不同妒) a b s 工作状态下汽车车速和轮速变化的模拟测试。 还有待进一步研究和解决的问题： 本课题的程序设计中采用的是传统的类似c 语言的面向过程的编程方法， 而目前l a b v i e w 6 1 以上版本中已可以面向对象的编程方法，使用消息机制来响 应事件，程序运行效率更高，在以后的改进研究中可使用该方法。 6 6 现系统仅能模拟测试a b s 工作状态下汽车车速和轮速变化情况，为实现制动 全过程的模拟和测试，在以后的改进研究中，在电机调速控制系统中应探讨前馈 补偿、模糊控制、预测控制等控制方法在该系统上应用的可能，在磁粉离合器传 递力矩控制系统中应进行闭环控制和开环控制的对比研究。以进一步提高控毹质 量。起动模式与铡动模式的切换应由轮速信号自动控制。 现行系统测试结果的处理和分析功能不强，有待进一步开发。系统电器元件 应进行集成化设计，以降低成本，提高系统可靠性。 参考文献 1 n a t i o n a li n s t r u m e n tc o r p o r a t i o n l a b v i e wu s c rm a n u a l j a n u a r yl9 9 8e d i t i o p a r tn u m b e r 3 2 0 9 9 9 b 0l 2 n a t i o n a li n s t r u m e n t c o r p o r a t i o n l a b v i e w u s u e rm a n u a l j u l y 2 0 0 0 e d i t i o n p a r tn u m b c r 3 2 0 9 9 9 b 0 1 3 n a t i o n a li n s t r u m e n tc o r p o r 8 t i o n u s i n ge x t e m a lc o d ei n l a b v i e w j i l l y 2 0 0 0 e d i t i o n p a r tn u m b e r 3 2 0 9 9 9 b 0 1 4 g a r ywj o h n s o n m c g r a w - h i l l l a b v i e w m a t tn a w r o c k i l a b v i e wa d v a n c e d p r o g r a m m i n g c r cp r e s sb o c a r a t o nn e wy o r kl o n d o nt b k y o ，2 0 0 1 5 j i mb a k e r h o wt oc a l lw i n 3 2 d y n a m i c l i n k l i b r a r i e s ( d l l s ) f r o m l a b v i e w n a t i o n a li n s t r u m e n t sa p p l i c a t i o nn o t e0 8 8 w w w n i c o m 6 n a t i o n a li n s t m m e n t sc o r p o r a t i o n a c t i v e xa n dl a b v i e w w w w n i c o m 7 n a t i o n a li n s t r u m e n t