張繼生

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院 學(xué)工部，吉林 長春 130052)

基于LabVIEW仿真設(shè)計(jì)汽車制動速度控制系統(tǒng)

張繼生

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院 學(xué)工部，吉林 長春 130052)

汽車制動過程速度控制是安全設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。在深入研究制動過程動力學(xué)模型基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮LabVIEW靈活、開放、形象、直觀、易操作等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套汽車制動器速度控制仿真系統(tǒng)，為汽車制動器速度控制提供了一條新的途徑。

汽車制動器；速度控制；LabVIEW；仿真設(shè)計(jì)

汽車制動性能好壞對汽車品質(zhì)、市場競爭力、使用壽命等都有重要影響。汽車時(shí)常因出現(xiàn)“急動”或“猛推沖擊”等現(xiàn)象而導(dǎo)致機(jī)件損壞，并引發(fā)安全事故，因此，汽車制動過程中速度控制已引起了國內(nèi)外專家學(xué)者以及工程技術(shù)人員的關(guān)注。鑒于汽車制動器現(xiàn)場調(diào)試?yán)щy、風(fēng)險(xiǎn)大、維修成本高的特點(diǎn)，本文采用LabVIEW軟件仿真模擬汽車制動速度控制，通過理論建模與仿真設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，為制動器性能檢測與驗(yàn)證提供了一個(gè)安全、可靠、高效的仿真系統(tǒng)。

1仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程框圖如圖1所示。

2速度控制理論模型的構(gòu)建

本系統(tǒng)采用電動機(jī)驅(qū)動電流控制制動速度原理，通過對驅(qū)動電流的控制間接實(shí)現(xiàn)控制汽車制動速度的目的。

制動器一般由安裝了飛輪組的主軸、驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)、底座、施加制動的輔助裝置以及測量和控制系統(tǒng)等組成。工作時(shí)，電動機(jī)帶動主軸和飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到與設(shè)定的車速相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速后電動機(jī)斷電同時(shí)施加制動，當(dāng)滿足設(shè)定的結(jié)束條件時(shí)就稱為完成一次制動。

設(shè)飛輪的厚度為h，密度為ρ，內(nèi)半徑為r0，外半徑為r1。 連續(xù)分布剛體轉(zhuǎn)動慣量

(1)

剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程

(2)

故理想剎車情況下制動力矩

(3)

設(shè)機(jī)械慣量是J0，則在制動情況下，

(4)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程框圖

其中Md為電動機(jī)驅(qū)動電流產(chǎn)生的扭矩。

則(4)-(3)得

(5)

本文對于驅(qū)動電流控制方法，采用前一個(gè)時(shí)間(k-1)段的制動扭矩來控制本時(shí)間(k)段的電流，即

(6)

(k=2,3,……,n-1,n,其中n由制動終止時(shí)間決定，初始狀態(tài)下I1=0)。

首先，對于機(jī)械慣量J0，同樣由剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程(4)可推得：

(7)

再將(5)代入到(7)中可得：

(8)

整理得kT時(shí)刻的主軸角速度ωk：

(9)

上式即為汽車制動時(shí)角速度計(jì)算模型，也是本文仿真設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

3汽車制動器速度控制軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LabVIEW 8.6軟件作為NI公司的代表性產(chǎn)品，采用圖形化程序語言——G語言編程，與各種硬件功能板卡相結(jié)合共同構(gòu)建功能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“軟硬件”有機(jī)結(jié)合，利用豐富的“外部修飾控件”，快速地構(gòu)造出各種復(fù)雜的靜態(tài)、動態(tài)畫面，完成多種測控功能。

本文充分發(fā)揮軟件功能，將汽車制動速度控制模型編制成相應(yīng)控制程序，得到圖2所示的仿真控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況，隨時(shí)更改設(shè)計(jì)參數(shù)來進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，有數(shù)值結(jié)果和曲線圖等多種顯示方式，更加直觀快捷的觀察測試結(jié)果。

圖2 汽車制動器速度控制仿真系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)施及操作步驟見圖3所示。

圖3 仿真系統(tǒng)的控制及操作流程圖

4結(jié)語

本文通過對汽車制動中速度控制系統(tǒng)的理論建模，將數(shù)學(xué)模型與虛擬儀器技術(shù)巧妙結(jié)合，充分發(fā)揮LabVIEW軟件強(qiáng)大的自定義功能，完善的操作顯示環(huán)境，設(shè)計(jì)了“汽車制動器速度控制仿真系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與機(jī)械工程技術(shù)的融合，可獨(dú)立進(jìn)行一系列制動器模擬測試。

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[責(zé)任編輯戰(zhàn)銳]

AutomobileBrakingSpeedControlSystemBasedonLabVIEWSimulation

ZHANG Ji-shen

(StudentAffairsOffice,JilinTeachersInstituteofEngineeringandTechnology,ChangchunJilin130052,China)

In the automobile braking process, speed control is the key to the design of safety. This paper, on the basis of in-depth study of the dynamic model in braking process, gives full play to the characteristics of LabVIEW being flexible, open, image, audio-visual, easy to operate, designs a set of automobile braking speed control simulation system, and provides a new way for the automotive brake speed control.

automobile brake; speed control; LabVIEW; simulation design

2013-12-11

張繼生(1973-)，男，吉林磐石人，吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)工部助理研究員，工學(xué)碩士，主要從事汽車制動可靠性研究。

U472.9

A

1009-9042(2014)03-0078-03