基于电惯量模拟的制动试验台研究与拓展.docx

西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）外文资料翻译基于电惯量模拟的制动试验台研究与拓展邹旭东，王丰原，孙纲青岛理工大学 汽车与交通学院中国青岛，266520zxd1020_年 级:2012级学 号:20121128姓 名:赵 蕾专 业:测控技术与仪器指导老师:陈春俊2016年06月本科毕业设计（论文）外文资料翻译2摘 要该论文根据制动试验台结构的软硬件要求，介绍了整体规划和相关设备的主要参数选择方法，提供了控制电惯量变化的方法。作者已经基于电惯量模拟技术建立了汽车制动试验台，并已完成了模拟试验和结果分析。分析结果表明模拟制动过程和实际偏差很小，电气惯性可以模拟机械惯量。应用电惯量模拟技术可以简化原本复杂的传统机械惯量试验台结构。惯性试验台这以前是复杂的，可以增大测量范围和试验台的测量精度，提供制动性能测试和实验教学工具和平台。关键词：制动试验台；电惯量模拟；虚拟仪器；过程监测第II页目 录一、引言1二、试验台总体方案2三、确定试验台主要参数5四、电惯量转矩控制方式7五、试验对比与结论8参考文献9一、引言随着用户对汽车制动性能需求的不断增加，制动器制造商需要对制动器进行各种质量检测和性能评估。台架试验是制动性能测试中不可缺少的环节，它也是判断制动器是否满足需求的最重要测试之一。因此，十分有必要研究一个具有良好的仿真性能和高自动化程度的制动试验台以用于实际工程。以往，制动台测试系统使用机械惯量来模拟制动过程，即用大惯量飞轮来模拟汽车转化的惯量，用小惯量飞轮模拟汽车旋转部件的转动惯量。使用高成本零件的大惯量飞轮，其制造成本通常很高。不仅安装不方便，而且惯性调整不连续2。基于这一点，提出了电惯量模拟机械惯量的汽车制动测试系统设计理念，也就是说，根据某些控制算法控制电机的输出转矩和速度以模拟机械惯量，即“电惯量”代替“机械惯量”3。通过这种方式，可使占用空间更少，成本更低，且调试方便，可以进行连续调整。为了探究基于电惯量模拟技术的制动试验台的特点，青岛理工大学汽车与交通实验中心的电惯量模拟技术应用科建立了汽车制动试验台。第9页二、试验台总体方案试验台相关设备的参数选择不仅要满足汽车制动系统的参数和结构需要，还需参照国内外制动测试标准。试验台用到的所有传感器的精度都在设计精度范围内。考虑到降低成本和用电负荷，将最高仿真制动速度设为40公里/小时。试验台的软硬件设计的注意事项如下：功能完整性。为了验证电惯量模拟机械惯量的效果、分析特点、更好地发挥作用。为了验证电惯量模拟机械惯量的效果，除了测试性能，还应该有分析和处理仿真特征的功能。可扩展性。电惯量试验台应满足制动性能测试。 另外，在设计试验台的接口时，应多保留以便日后扩大系统功能。 安全。由于制动试验采用了工业高电压，使安全问题格外重要，所以组件的稳定性，可靠性和安全性必须非常好。易于操作。首先，试验台的结构应使被测制动器便于改变。其次，必须有一些方便的软件接口和硬件接口，以及详细的说明。按照上述要求和分析，确定了电惯量制动试验台的总体方案，包括软件系统和硬件系统。A.硬件系统由三部分组成：信号采集，包括扭矩及转速传感器，温度传感器，制动器油压传感器，数据采集卡和工控机。电惯量模拟，其中包括直流电机，可控硅直流电机调速器，测速发电机。直流电动机用来模拟电力驱动，以提供速度，并模拟减速过程。转换器有一个全自动高速接口，用户可以通过电脑返回的输入D/A信号调节电机速度。制动系统，全部是ABS。图1.制动试验台结构示意图如图1所示，直流电动机一端连接测速发电机，另一端通过弹性联轴器连接力矩及转速传感器。扭矩和转速传感器通过联轴器与轴相耦合。轮胎安装在试验台的外端。可控硅直流调速器的电位器终端通过2芯信号线与数据采集PCI 2006的D / A通道接口相连。测速传感器的信号端子与转换器的速度反馈终端相连。转换器接380V交流电， 转换成400V直流电供给直流电机。ABS安装在试验台的下方，压力传感器连接主泵和制动闸。转矩和转速传感器的信号端子和压力传感器通过5芯的信号线与数据采集卡PCI2006的D / A通道接口相连接，信号线保护端接地。B.软件系统由两部分组成： 用户界面这主要包括几个模块：功能菜单，显示仪器，数据采集和实时显示，如图2所示。图2.软件系统功能结构用户可以向测试系统导入限制条件；通过报警信号灯和图形数据集合观察测试期间设备现时运行情况。测试数据可以从保存的数据中分析。后台应用程序此功能包含控制信号的输出，信号采集，数据处理和算法控制。 信号采集功能是在测试期间通过用户接口和处理信号获得外部条件，包括模拟信号，数字滤波，开关信号的采集和处理。数据处理功能包括测试数据处理，测试数据存储等。算法控制包含转矩计算，压力分析和转速控制。三、确定试验台主要参数主要参数需要通过计算直流电动机的功率和扭矩转速传感器测量范围来确定。其它传感器，比如温度传感器和压力传感器，可由提供的参考数据来选择。例如，用于测量管路液压的压力传感器的测量范围可以参照制动器行业标准来选择。首先，用一辆状态良好的汽车在平坦的路面进行一次道路制动试验，测试参数如表1所示。然后，根据能量守恒定律，可以计算制动转矩和直流电动机的功率。应当指出的是，制动初速度很小，所以空气阻力和滚动阻力也很小，则可以假定汽车的全部动能转化为由制动衬片引起的摩擦热能。（1）前轮制动的平均制动力为：（2）平均制动力矩T为：（3）因此，直流电动机的额定功率P为：（4）在40km/h的初始速度下制动，直流电动机的主轴转速n应为：（5）检验直流马达的功率：（6）因此，直流电动机的额定功率为，扭矩为。四、电惯量转矩控制方式系统的控制策略是通过从双闭环速度控制端口输入控制电压给直流电机，系统基于给定的指导数据达到自适应控制。能够很好地响应系统的漂移扰动，所以很适合基于电惯量模拟地制动试验台。应用实时采集反馈转速和扭矩，系统可以得到电动机的转速和在当前t时刻的制动力矩，并且可以计算出此刻的制动减速度。在此之后，制动减速度作为指导减速度，利用当前转速，系统可以计算出下一时刻 应达到的转速，即导向转速。最后，系统会将转速传递给可控硅直流调速器，实现转速和扭矩的调节。应当指出的是，的值应适当，过大或过小都会影响模拟效果。根据下式计算出角减速度：（7）式中 角减速度（rad/s2），是根据实时反馈计算得到；实时反馈扭矩（Nm）；模拟的汽车惯量（kg.m2）。相邻时刻的角速度有：（8）式中 i时刻的角速度（rad/s2）；i+1相邻时刻的角速度（rad/s2）;控制周期（S）。五、试验对比与结论为了验证模拟精度，在相同输入条件下，对电惯量和机械惯量得到的实验结果进行了对比分析。首先，设置系统的初始条件。然后模拟实际制动过程得到模拟试验结果。在对数坐标系中绘制模拟测试结果曲线和参照测试结果，获得了如图3所示的3种曲线。图3中，n1，M1和P1分别为通过收集机械惯性制动试验获得的转速，制动扭矩和油管压力，n2，M2和P2分别为电惯量制动测试获得的对应的数据。图3.对数坐标系中的数据比较曲线从图中可以看出，上面的两条制动转矩曲线吻合较好，中间两条转速曲线有着不同程度的重合，下面的两条制动管压力曲线也重合得更好。曲线的总体趋势和分析结果表明模拟制动过程和实际制动过程之间的差距能够满足试验台的要求，转矩变量的控制算法能够满足机械惯量的模拟要求。通过应用计算机控制技术来控制电机转速和扭矩，试验台能够实现模拟汽车的动惯量和速度。参考文献1 詹姆斯K，汤普森，亚伦马克斯，“制动功率测试的Denis Rhode惯量模拟”，SAE国际，2002.10。2 加里约翰逊W，麦格劳 - 希尔，马特 纳瓦落地，“Labview高级编程”，CRC press Boca Raton纽约东京伦敦，2001年。3 StegawskiMA.SchaumannR，“基于本科实验室环境的新式虚拟仪器的应用研究和生产”，IEEE气体