制动器试验台的控制方法探究 - 图文-

1、2010年第3期福建电脑制动器试验台的控制方法探究郭恒杰,张晓静,王彬(河南师范大学计算机与信息技术学院河南新乡453007【摘要】:采用微分方程模型及相关的物理学知识对制动器试验台的控制方法进行分析与研究,本文考虑到模拟过程中出现的影响试验结果的多种因素,一步步改进模型使误差减小到最小。对检测机动车辆装配质量,改善制动器性能做出了重要贡献。该方法还可用于其他机动车辆的研究,该理论应用于车辆制动性能的研究的方法是科学的、有效的。【关键词】:制动器试验台等效惯量微分方程误差补偿1.引言汽车的制动性能是确保车辆行驶安全和提升车辆行驶动力性的决定因素之一。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发

2、生侧滑等情况有关,制动器是制动系统中直接作用并制约汽车运动的一个关键装置,其性能的优劣直接影响到整车的安全性能1。进行制动器实验,检测其装配质量及其综合性能,成为改善制动器制动性能不可或缺的一部分2。因此,研制一种模拟性能好、试验精度高的制动器综合性能试验台十分必要。制动器试验台就是测定和分析制动器性能和质量的实验装置。2.数学建模为了检测制动器的综合性能,需要在各种不同情况下进行大量路试。但是,车辆设计阶段无法路试,只能在专门的制动器试验台进行模拟试验。模拟试验的原则是试验台上制动器的制动过程与路试车辆上制动器的制动过程尽可能一致3。一般假设试验台采用的电动机的驱动电流与其产生的扭矩成正比,

3、且试验台工作时主轴的瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量。计算机控制方法是:把整个制动时间离散化为许多小的时间段,然后根据前面时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩,设计出本时段驱动电流的值,这个过程逐次进行,直至完成制动4。3.研究方法3.1已知电动机的驱动电流I(t与其产生的扭矩M(t成正比,及其比例系数为K,可以求得电动机产生的扭矩,进而求得其驱动电流。补偿惯量是由电动机提供的,其对应的能量记为Ek,此能量为电动机驱动电流所做的功,对此可以求制动器的速度v(t关于时间的偏导,a(t为制动器的角加速度。根据功率和扭矩之间的关系,由所给的电动机驱动电流I (t与电动机产生的扭矩M(t之间的比例关

4、系以及物理学知识,最终建立电动机驱动电流依赖于可观测的数学模型,即:由能量守恒定律可得在整个制动过程中制动器产生的扭矩做的功与路试对应的消耗能量。根据可观测量主轴的瞬时转速我们可以对所分的各时间段内制动力矩所做的功求和,所求得的结果可近似为对应路试所消耗的能量。假设所取的时间间隔为,则有:其中由电动机驱动电流产生的扭矩之间的比例关系,得出电动机驱动电流依赖于可观测变量瞬时转速n(t的微分方程模型如下:代入数据可求得I=174.85A和-262.24A3.2由转动惯量与能量的关系式,计算出路试制动过程中损失的动能。再运用附表中给各时刻的数据,利用求和的方法可求试验台模拟过程中损失的能量,两者之差

5、即为能量误差,能量误差小,则可说明试验台此种控制制动方法较合理;反之亦然5。利用动能公式,由转动惯量求出初动能及末动能,初末动能之差为整个路试中过程能量损失:求和得到试验台上模拟制动过程的能量消耗:则利用MALAB编程计算得:=5.47%此相对误差值大于标准误差,说明该计算机控制方法得到的数据未能较好的模拟实际路试制动过程,有待于进一步改进。3.3由于制动器性能的复杂性,很难对模型进行全面完整的评价。在此考虑以下两种情况以来减少误差:一、制动器飞轮的角加速是定值。时间很短可认为是连续的,则有:显然这种方法在时间间隔很小的情况下,可以取得很好的效果,在完全理想的状况下误差可以减小到零。但这样会大

6、大增加计算机处理数据的时间,不利于计算机的控制实现。二、制动器飞轮的角加速度改变量是定值。角加速度不稳定,因此在下一时间段补偿前一时间段产生的误差会大大减小能量误差,是实验台上的制动模拟过程更符合实际路试。由此可得出改进后的驱动电流I i+1公式:改进后的相对能量误差为:和改进前的比较,可以得出改进后的误差更小了。进而减小了能量损失。4.结束语随着我国汽车工业和技术的快速发展,无(下转第111页662010年第3期福建电脑 (上接第69页!(上接第66页!疑给车辆制动器的性能质量和控制方式提出了更新更高的要求,该制动器系统试验台的研究,为进行制动器的基础研究和性能测试提供了有利的技术手段,对确

7、保汽车、摩托车、制动系统正常可靠工作至关重要,可满足企业准确、快速、有效的对制动器各种综合性能检测的需要,具有广泛的应用前景。参考文献:1杨耀峰,吴春英.西北轻工业学院学报.第三卷.第13期.1995.9.2王玉群.林向阳.汽车电子机械制动器的发展研究.2009.9.3韩忠庚.数学建模方法及其应用.北京:高等教育出版社,2005.6.4姜启元,谢金星,叶俊.数学模型.北京:高等教育出版社,2003.7.5严导淦.物理学.北京:高等教育出版社,2006.12码格式,XML(eXtensible Markup Language是一种具有数据描述功能,高度结构化及可验证的语言.在XML 文件中,使用

8、标记来描述数据,或配合属性来辅助描述数据,因此,XML 特别适合用于作为对象或标准的描述语言.XML 可以借助验证规则(DTD Document Type Define 或XML Schema来规范一个XML 的文件内容和结构,所以XML 特别适合于作为多种应用的数据交换格式.X3D 采用XML 编码具有以下的优势:可移植性:VRML 本质上是一种标记语言,VRML97的结构和符号是基于Open Inventor 的场景语法的,大多数网络应用几乎不支持VRML97语法.而XML 目前已成为互连网上应用最广泛的标记语言,采用XML 标记语言有助于获得其它网络应用的支持,在不同的应用中方便的移植.

9、页面整合性:在开发Web 页面时,基于XML 页面整合的系统,场景内容和执行都变得简单.易于和下一代的网络技术整合:W3C 联盟(World Wide Web Consortium的成员付出了巨大努力去发展XML.XML 获得了Netscape Communicator 和Internet Explorer 等浏览器的广泛支持.X3D 需要能和下一代的网络技术紧密结合,而XML 正好是下一代的网络技术的趋势.目前,X3D 的开发工具还不丰富。对于浏览采用X3D 描述的三维虚拟场景,Yumetech 发布了一个Java 开放源代码版本Xj3D ,其目的之一是为X3D 搭建了一个交流与测试的平台.

10、Xj3D 正在进行的工作是将VRML/X3D 应用到Java3D 中,这意味着可以采用Java3D 编写X3D 的浏览工具.目前Xj3D 最大的问题在于渲染的优化.三、结束语简单来说,VRML 的外部控制简单,文件容量小,很适合做虚拟漫游方面的软件。Java3D 编程复杂,功能强大,并可导入VRML 节点,适合做实时的复杂变换的三维图像软件。X3D 采用XML 编码,易于其他网络技术整合,适合建立基于XML 的三维场景数据库。三者的相互结合应用是目前较好的Web3D 的实现方案。参考文献:1刘怡,张洪定.虚拟现实VRML 程序设计M.天津:南开大学出版社,2007,1.2赛博科技工作室.VRM

11、L 与Java 编程技术M.北京:人民邮电出版社,2002,13李笑涛,唐士亮.利用Web3D 技术开发基于Web 的虚拟试验环境j.北京广播电视大学学报,2007,1后根据采样频率和信号的放大倍数对数据进行适当的处理,最后就在面板上显示出来。定时地重复上面的过程就能够定时地更新显示的波形,从而实时显示信号的波形。应用程序中主循环程序是核心内容,它主要是检查事件标志,然后进入对应的子程序进行进一步处理。本系统主要用到端点2的输入与输出两个功能,利用端点2的输入传输采集到的数据,利用端点2的输出让单片机接受计算机的命令,例如启动采样,改变采样平率等。主循环程序的流程图如图7所示。最后开发出具有多

12、功能综合测量应用软件界面如图8所示。图8应用软件界面5、结语本设计是在C +Builder 的应用软件开发环境下,由PDIUSBD12的USB 接口芯片组成的USB 接口电路及FPGA 控制的数据采集系统做成的虚拟数字示波器。该系统能实现对信号幅度在0.1V 到25V 、频率在DC 到1Mhz 的信号进行测量并显示出波形。本设计研究的虚拟数字示波器具有普通示波器的显示信号波形的功能,而且具有普通示波器所不具有的存储和回放信号的波形、频谱分析等功能。通过对应用软件进行操作,可对信号波形进行左右拉伸、上下拉伸、左右移动和上下移动。还可以对信号进行频谱分析,存储和显示信号的波形,调节信号的采样频率。

13、实验结果表明本设计方案是可行的,并具有较好的应用前景。参考文献:1薛新红.虚拟仪器技术的发展现状和前景展望J.现代测量与实验室管理,2006,(4:8-12.2周群,王旭辉,张志刚.虚拟仪器的现状与发展趋势J.邯郸师专学报,2004,(3:29-32.3荆学东,徐滨士,王成涛,等.虚拟仪器技术及其应用J.陕西科技大学学报,2007,25(3:2-8.4叶文生,王思华.基于虚拟仪器技术的USB 接口仪器通信软件设计J.电子技术应用,2006,10:86-885洪志全,洪学海.现代计算机接口技术M.北京:电子工业出版社,2002.6马明建.数据采集与处理技术M.西安:西安交通大学出版社,2006.7周立功.PDIUSBD12USB 固件编