(1.北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院 先進(jìn)制造技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2.浙江亞太機(jī)電股份有限公司，浙江 杭州 311203)

近年來，卡鉗集成式電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用愈加廣泛[1]，相關(guān)的性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。卡鉗集成式電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)卡鉗部分主要由支架和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的絲桿螺母副組成；電子駐車制動(dòng)(EPB)部分主要由直流電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)組成[2]。EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)以卡鉗集成式電子駐車系統(tǒng)為研究對(duì)象，在符合實(shí)車運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，主要對(duì)卡鉗、電動(dòng)機(jī)部分做耐久試驗(yàn)[3]。在耐久試驗(yàn)過程中采集電流、電壓、液壓、力等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為對(duì)卡鉗集成式電子駐車系統(tǒng)性能分析的依據(jù)。圖1為EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)工作流程圖。

為保證車輛正常行車制動(dòng)，摩擦片與制動(dòng)盤之間有一定間隙[4]。駐車時(shí)，EPB帶動(dòng)卡鉗的推力螺母先向前運(yùn)動(dòng)克服間隙后才能使摩擦片與制動(dòng)盤接觸，最終摩擦片壓緊制動(dòng)盤產(chǎn)生壓緊力,在克服間隙過程中采集的電機(jī)電流數(shù)據(jù)稱為駐車空轉(zhuǎn)電流；釋放時(shí)，EPB帶動(dòng)卡鉗的推力螺母向后運(yùn)動(dòng)，使摩擦片脫離制動(dòng)盤恢復(fù)間隙狀態(tài)，在恢復(fù)間隙過程中采集的電流數(shù)據(jù)稱為釋放空轉(zhuǎn)電流[5]。

算術(shù)平均數(shù)是統(tǒng)計(jì)學(xué)中最基本、最常用的平均指標(biāo)，也稱為均值[6]。空轉(zhuǎn)電流算術(shù)平均數(shù)是評(píng)定EPB電動(dòng)機(jī)合格與否及EPB質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

圖1 EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)工作流程圖

1 估算空轉(zhuǎn)電流均值

設(shè)有一組數(shù)據(jù)為x1,x2,…，xn，則這組數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單算術(shù)平均數(shù)為

(1)

式中，μ為簡(jiǎn)單算術(shù)平均數(shù)；x為數(shù)值序列；n為x的元素個(gè)數(shù)。

LabVIEW均值模塊如圖2所示,均值模塊可實(shí)現(xiàn)式(1)的計(jì)算效果。元素個(gè)數(shù)即空轉(zhuǎn)電流開始時(shí)間與空轉(zhuǎn)電流結(jié)束時(shí)間差值，元素和即空轉(zhuǎn)電流開始時(shí)間與空轉(zhuǎn)電流結(jié)束時(shí)間之間所有電流值的和，元素和與元素個(gè)數(shù)比值即為空轉(zhuǎn)電流均值。從空轉(zhuǎn)電流最值著手，找到電流初值和終值。

圖2 LabVIEW均值模塊

1.1 確定空轉(zhuǎn)電流初值和終值

在EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)采集的100000組x1,…，xm…，xn電流數(shù)據(jù)中，假設(shè)第1組電流數(shù)據(jù)中xm元素為空轉(zhuǎn)電流初值或終值，且對(duì)應(yīng)時(shí)間為tm；第2組電流數(shù)據(jù)中第tm個(gè)的元素可能不是xm，且在第2組數(shù)據(jù)中，tm對(duì)應(yīng)的電流值可能不是空轉(zhuǎn)電流初值或終值。因此，對(duì)于批量處理數(shù)據(jù)而言，傳統(tǒng)求均值的方式單純以某一固定時(shí)間點(diǎn)索引電流數(shù)據(jù)作為空轉(zhuǎn)電流初值或終值，不具有可行性。所以，如何確定空轉(zhuǎn)電流初值和終值成為求空轉(zhuǎn)電流均值的難點(diǎn)。為解決這一難題，采用“點(diǎn)積法”。截取駐車空轉(zhuǎn)電流所在的時(shí)間段如圖3所示。

圖3 EPB駐車空轉(zhuǎn)電流所在數(shù)據(jù)段舉例

首先使用LabVIEW數(shù)組最大值與最小值模塊找到駐車空轉(zhuǎn)電流所在數(shù)據(jù)段最小值Imin，即確定最小值點(diǎn)。如式(2)所示，由駐車空轉(zhuǎn)電流最小值與常數(shù)相乘，乘積作為初值B1和終值E1。圖3中，b1為駐車空轉(zhuǎn)電流初值B1在電流數(shù)據(jù)圖上對(duì)應(yīng)的位置，e1為駐車空轉(zhuǎn)電流終值E1在電流數(shù)據(jù)圖上對(duì)應(yīng)的位置。

B1=E1=C×Imin

(2)

式中，B1為電流起點(diǎn)值；E1為電流終點(diǎn)值；Imin為空轉(zhuǎn)電流最小值；C為變量，駐車電流求解中可取1.01、1.02、1.1等大于1的值，在整定中C的選定不唯一， 只需達(dá)到理想結(jié)果就可以選定[7]。

對(duì)于確定釋放空轉(zhuǎn)電流的初值和終值，如圖4所示，首先找到釋放空轉(zhuǎn)電流最大值Imax，即確定最大值點(diǎn)。如式(3)所示，由最大值與常數(shù)相乘，乘積作為釋放空轉(zhuǎn)電流初值B2和終值E2。圖4中b2為釋放空轉(zhuǎn)電流初值B2在電流數(shù)據(jù)圖中對(duì)應(yīng)的位置，e2為釋放空轉(zhuǎn)電流終值E2在電流數(shù)據(jù)圖中對(duì)應(yīng)的位置。

B2=E2=C×Imax

(3)

式中，B2為電流初值；E2為電流終值；Imax為空轉(zhuǎn)電流最大值；C為變量，可取0.8、0.9、0.95等小于1的值，選定原則如前所述。

EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)批量處理過程中，存在空轉(zhuǎn)電流突變?yōu)?的情況，“點(diǎn)積法”同樣適用。由于空轉(zhuǎn)電流突變?yōu)?過程中數(shù)據(jù)量較少，因此一般選取電流曲線與時(shí)間軸交點(diǎn)處電流值0為空轉(zhuǎn)電流終值。圖5為駐車空轉(zhuǎn)電流所在數(shù)據(jù)段，初值B3在電流曲線上對(duì)應(yīng)位置為b3，終值E3在電流曲線對(duì)應(yīng)位置為e3。圖6為釋放空轉(zhuǎn)電流所在數(shù)據(jù)段，初值B4在電流曲線對(duì)應(yīng)位置為b4，終值E4在電流曲線對(duì)應(yīng)位置為e4。

圖4 EPB釋放空轉(zhuǎn)電流所在數(shù)據(jù)段舉例

圖5 EPB駐車空轉(zhuǎn)電流數(shù)據(jù)截取圖特例

圖6 EPB釋放空轉(zhuǎn)電流數(shù)據(jù)截取圖特例

1.2 確定空轉(zhuǎn)電流初值和終值對(duì)應(yīng)的時(shí)間

索引值在數(shù)組中對(duì)應(yīng)的時(shí)間，在LabVIEW中應(yīng)用以閾值插值一維數(shù)組模塊。通過空轉(zhuǎn)電流初值和終值找到這兩個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

圖7為以閾值插值一維數(shù)組模塊圖。圖8為以閾值插值一維數(shù)組模塊在具體程序中應(yīng)用舉例。

表1為應(yīng)用以閾值插值一維數(shù)組模塊輸出結(jié)果及說明。閾值y是使用“點(diǎn)積法”求得的空轉(zhuǎn)電流初值和終值。

表1 以閾值插值一維數(shù)組模塊輸出結(jié)果

通過此模塊可得到空轉(zhuǎn)電流初值和終值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。對(duì)于數(shù)組非降序排列部分需要取負(fù)，之后便可繼續(xù)使用以閾值插值一維數(shù)組模塊處理。

2 估算駐車空轉(zhuǎn)電流均值程序框圖

圖9為EPB耐久試驗(yàn)臺(tái)采集的一組電流數(shù)據(jù)圖。依據(jù)前述“點(diǎn)積分”思想，應(yīng)用LabVIEW編程。圖10為估算駐車空轉(zhuǎn)電流均值程序框圖。表2為程序運(yùn)行結(jié)果匯總。

圖9 一組電流數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖

圖10 估算駐車空轉(zhuǎn)電流均值程序框圖

CImin/AB/AE/AtB/mstE/msI/A1.051.2991.3641.36487810791.365

3 結(jié)束語

本文系統(tǒng)分析了估算空轉(zhuǎn)電流均值的算法， 概括了“點(diǎn)積法”的基本框架，并選擇了一種索引空轉(zhuǎn)電流初值和終值對(duì)應(yīng)時(shí)間的方法。與其他求均值方法相比，基于LabVIEW估算均值的方法有以下優(yōu)點(diǎn)：① 在理論研究和實(shí)際應(yīng)用中整個(gè)算法都比較成熟；② 計(jì)算效率高，為批量處理數(shù)據(jù)開闊了思路，計(jì)算精度滿足數(shù)據(jù)分析的要求；③ 通用性好，大數(shù)據(jù)初值B和終值E浮動(dòng)范圍大，“點(diǎn)積法”從數(shù)據(jù)最值點(diǎn)Imin和Imax著手，由最值點(diǎn)Imin和Imax確定數(shù)據(jù)段的初值B和終值E，克服了傳統(tǒng)求均值方法在大數(shù)據(jù)中難以直接確定數(shù)據(jù)初值B和終值E的問題。