基于LabVIEW仿真设计汽车制动速度控制系统
2014-09-14张继生
张继生
(吉林工程技术师范学院 学工部,吉林 长春 130052)
基于LabVIEW仿真设计汽车制动速度控制系统
张继生
(吉林工程技术师范学院 学工部,吉林 长春 130052)
汽车制动过程速度控制是安全设计中的关键问题。在深入研究制动过程动力学模型基础上,充分发挥LabVIEW灵活、开放、形象、直观、易操作等特点,设计了一套汽车制动器速度控制仿真系统,为汽车制动器速度控制提供了一条新的途径。
汽车制动器;速度控制;LabVIEW;仿真设计
汽车制动性能好坏对汽车品质、市场竞争力、使用寿命等都有重要影响。汽车时常因出现“急动”或“猛推冲击”等现象而导致机件损坏,并引发安全事故,因此,汽车制动过程中速度控制已引起了国内外专家学者以及工程技术人员的关注。鉴于汽车制动器现场调试困难、风险大、维修成本高的特点,本文采用LabVIEW软件仿真模拟汽车制动速度控制,通过理论建模与仿真设计相结合的方法,为制动器性能检测与验证提供了一个安全、可靠、高效的仿真系统。
1仿真系统总体设计方案
系统总体设计流程框图如图1所示。
2速度控制理论模型的构建
本系统采用电动机驱动电流控制制动速度原理,通过对驱动电流的控制间接实现控制汽车制动速度的目的。
制动器一般由安装了飞轮组的主轴、驱动主轴旋转的电动机、底座、施加制动的辅助装置以及测量和控制系统等组成。工作时,电动机带动主轴和飞轮旋转,达到与设定的车速相当的转速后电动机断电同时施加制动,当满足设定的结束条件时就称为完成一次制动。
设飞轮的厚度为h,密度为ρ,内半径为r0,外半径为r1。 连续分布刚体转动惯量
(1)
刚体定轴转动微分方程
(2)
故理想刹车情况下制动力矩
(3)
设机械惯量是J0,则在制动情况下,
(4)
图1 系统总体设计流程框图
其中Md为电动机驱动电流产生的扭矩。
则(4)-(3)得
(5)
本文对于驱动电流控制方法,采用前一个时间(k-1)段的制动扭矩来控制本时间(k)段的电流,即
(6)
(k=2,3,……,n-1,n,其中n由制动终止时间决定,初始状态下I1=0)。
首先,对于机械惯量J0,同样由刚体定轴转动微分方程(4)可推得:
(7)
再将(5)代入到(7)中可得:
(8)
整理得kT时刻的主轴角速度ωk:
(9)
上式即为汽车制动时角速度计算模型,也是本文仿真设计的理论基础。
3汽车制动器速度控制软件系统设计
LabVIEW 8.6软件作为NI公司的代表性产品,采用图形化程序语言——G语言编程,与各种硬件功能板卡相结合共同构建功能系统,实现“软硬件”有机结合,利用丰富的“外部修饰控件”,快速地构造出各种复杂的静态、动态画面,完成多种测控功能。
本文充分发挥软件功能,将汽车制动速度控制模型编制成相应控制程序,得到图2所示的仿真控制系统。该系统可以根据实际情况,随时更改设计参数来进行模拟和验证,有数值结果和曲线图等多种显示方式,更加直观快捷的观察测试结果。
图2 汽车制动器速度控制仿真系统
该系统实施及操作步骤见图3所示。
图3 仿真系统的控制及操作流程图
4结语
本文通过对汽车制动中速度控制系统的理论建模,将数学模型与虚拟仪器技术巧妙结合,充分发挥LabVIEW软件强大的自定义功能,完善的操作显示环境,设计了“汽车制动器速度控制仿真系统”,实现计算机控制技术与机械工程技术的融合,可独立进行一系列制动器模拟测试。
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[责任编辑战锐]
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
张继生(1973-),男,吉林磐石人,吉林工程技术师范学院学工部助理研究员,工学硕士,主要从事汽车制动可靠性研究。
U472.9
A
1009-9042(2014)03-0078-03