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汽车脚踏板操纵机构总成试验台设计及其关键技术研究

作　者: 杨文伟
导　师: 冯培恩；王维锐
学　校: 浙江大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 踏板操纵机构 ISNPID 故障检测虚拟仪器 LabVIEW
分类号: U467.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 64次
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内容摘要

本文以汽车脚踏板操纵机构总成性能试验台为研究对象,对试验台机械系统进行了创新性设计,并对基于虚拟仪器技术的电气控制系统和基于脚踏板制动系统的踏板力伺服控制策略展开了深入研究,主要研究内容有以下几个方面：在与企业沟通的基础上,结合汽车踏板装置性能要求及台架试验方法汽车行业标准QC/T788-2007和真空助力器检测要求汽车行业标准QC/T307-1999,设计了高度集成化的新型汽车脚踏板操纵机构总成性能试验台,该试验台能对汽车脚踏板及其真空助力器、制动总泵、制动分泵等多个零部件的主要性能进行检测。且具有四自由度运动系统,方便试验台作动头与不同型号尺寸待测踏板的校对工作。试验台关键零部件的疲劳寿命借助ANSYS有限元软件进行分析验证和优化,并通过实验验证了实验台方案的可靠性。设计了考虑人机工程的基于LabVIEW虚拟仪器技术的控制系统,包括硬件电路设计和上下位控制器的软件系统研发。充分利用模块化的设计方法,将试验台分为九个项目检测模块外加一个作动头调整模块,使每次检测时操作界面友好直观、简洁以方便用户的学习使用。挖掘LabVIEW图形化编程语言的优势实现了试验数据的实时显示和存储,并使各检测项目能生成规范的检测报告供打印或存储。此外考虑试验台误操作、传感器过载等意外情况,设置故障提示区,实现了试验台故障监控和报警功能,便于操作人员及时发现和排除故障。研究制动踏板力伺服加载的控制策略。从力加载的角度出发,分析汽车制动踏板、真空助力器、制动总泵、制动分泵在一定规律制动踏板力作用下的相关特性。针对试验台加载系统位移大、测试对象复杂多变、干扰大等特点,将人工免疫控制器集成到单神经元PID (SNPID)构成免疫单神经元PID (ISNPID)控制器,用于系统力伺服加载的控制。仿真和试验均表明,ISNPID大大提高了系统的鲁棒性,在一定程度上解决了系统响应速度与鲁棒性及控制精度间的矛盾。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题的背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 工业控制算法应用研究现状  16-18
    1.3.1 自适应控制  16-17
    1.3.2 最优控制  17
    1.3.3 智能控制  17-18
  1.4 课题的主要研究内容  18-20
第二章试验台功能构成及机械系统设计  20-32
  2.1 试验台功能诉求  20-21
  2.2 试验台与踏板总成的四自由度运动模块设计  21-24
  2.3 试验台装夹模块设计  24-25
  2.4 试验台伺服加载模块设计  25-27
    2.4.1 伺服加载方式选择  25-26
    2.4.2 电动伺服加载系统选型  26-27
    2.4.3 电动伺服加载模块机械设计  27
  2.5 试验台支架设计  27-28
  2.6 试验台关键部件有限元分析  28-30
  2.7 小结  30-32
第三章试验台硬件电路设计  32-38
  3.1 试验台电气控制系统框架  32-33
  3.2 试验台数据采集系统硬件设计  33-37
    3.2.1 系统上下位机控制器的选择  33-35
    3.2.2 系统传感器及其转换模块选型  35-36
    3.2.3 系统总体硬件电路设计  36-37
  3.3 小结  37-38
第四章基于虚拟仪器技术的计算机控制系统设计  38-56
  4.1 虚拟仪器技术及LabVIEW简介  38-39
  4.2 基于LabVIEW的高速数据采集系统  39-40
  4.3 控制系统数据处理  40-44
    4.3.1 控制系统与下位PLC通信模块设计  41
    4.3.2 控制系统数据图形化显示设计  41-42
    4.3.3 控制系统数据存储及子VI间通讯设计  42-43
    4.3.4 控制系统检测结果存储打印模块设计  43-44
  4.4 控制系统模块设计及其应用实例  44-55
    4.4.1 行程检测模块  45-46
    4.4.2 踏板力检测模块  46-47
    4.4.3 输出力检测模块  47-48
    4.4.4 时间检测模块  48-49
    4.4.5 总泵检测模块  49-50
    4.4.6 分泵检测模块  50-51
    4.4.7 耐久检测模块  51-52
    4.4.8 紧急加载模块  52-53
    4.4.9 伺服加载模块  53-54
    4.4.10 动作头调整模块  54-55
  4.5 小结  55-56
第五章试验台加载伺服控制策略研究  56-74
  5.1 加载工况分析  56-57
  5.2 试验台伺服加载系统建模  57-62
    5.2.1 试验台伺服加载系统物理建模  58-61
    5.2.2 加载系统SIMULINK仿真建模  61-62
  5.3 伺服加载控制器设计  62-66
    5.3.1 单神经元自适应PID控制器  63-64
    5.3.2 免疫控制器设计  64-66
    5.3.3 免疫单神经元PID控制器  66
  5.4 控制器仿真分析  66-70
  5.5 控制器实验验证  70-72
  5.6 小结  72-74
第六章总结与展望  74-77
  6.1 研究工作总结  74-75
  6.2 进一步的研究展望  75-77
参考文献  77-83
攻读硕士学位期间发表的专利及项目科研情况  83

汽车脚踏板操纵机构总成试验台设计及其关键技术研究

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