CN105067282A - 自卸车牵引制动性能测试系统 - Google Patents

Abstract

一种自卸车牵引制动性能测试系统，其特征在于：包括用于采集自卸车车轮电机电流和转速的采集装置，和用于计算电机牵引和制动力、速度的计算模块；采用电流模型进行计算，需要对电机在dq坐标系下进行建模，通过电流得到转子磁链在d、q轴上的分量，再结合电机参数算出电机转矩；通过采集原有速度传感器信号得到电机转速n推算出自卸车的速度。能够通过简单且成本低的自卸车牵引制动性能测试系统，实时数据监控自卸车牵引制动性能，保障驾驶的安全和方便维修。

Description

自卸车牵引制动性能测试系统

技术领域

本发明涉及自卸车测试系统，尤其是针对自卸车牵引和制动性能的测试系统。

背景技术

目前，自卸车主要应用于露天矿山、水电工地、港口等作业现场的中短途物料运输，并能够使用在如泥潭、波浪路面，上下坡道等恶劣的作业环境中，适用于狭小的装载和卸载空间以及有急转弯的路面环境下作业。由于自卸车的载重量较大，因此自卸车的电动轮需要可靠的牵引和制动性能才能保障自卸车的安全驾驶。所以需要对自卸车的牵引和制动性能进行测试以保障安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自卸车牵引制动性能测试系统，可实时数据监控自卸车牵引制动性能，保障驾驶的安全和方便维修。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自卸车牵引制动性能测试系统，包括用于采集自卸车车轮电机电流和转速的采集装置，和用于就算电机牵引和制动力、速度的计算模块；

采用电流模型进行计算，需要对电机在dq坐标系下进行建模，通过电流得到转子磁链在d、q轴上的分量，再结合电机参数算出电机转矩，具体测量信号为电机的电流信号i_a、i_b、i_c具体过程如下：

电机三相电流在d、q轴上的分量：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

磁链-电流方程：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sd}\\ {\mathrm{\ψ}}_{sq}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rd}\\ {\mathrm{\ψ}}_{rq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{L}_s& 0& L_m& 0\\ 0& L_s& 0& L_m\\ L_m& 0& L_r& 0\\ 0& L_m& 0& L_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\\ i_{rd}\\ i_{rq}\end{array}\right]$

转矩方程：

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}(i_{sq}{\mathrm{\ψ}}_{rd}-i_{sd}{\mathrm{\ψ}}_{rq})$

因此可以得到电机的牵引和制动力：

$\begin{array}{cc}F=\frac{2N\·T_e\·{\mathrm{\μ}}_c\·{\mathrm{\η}}_c}{1000D},& B=\frac{2N\·T_e\·{\mathrm{\μ}}_c}{1000D\·{\mathrm{\η}}_c}\end{array}$

因此，自卸车的牵引和制动力分别用下公式表示：

其中，L_s为定子自感，L_r为转子自感，L_m为定子与转子间互感；T_e为牵引电机转矩，D为计算滚动圆直径m，N为牵引电机数量，μ_c为行星齿轮传动比，η_c为行星齿轮传动效率，i为电机个数；

通过采集原有速度传感器信号得到电机转速n推算出自卸车的速度为：

$V=\frac{60\·\mathrm{\π}\·D\·n}{1000\·{\mathrm{\μ}}_c}$

因此自卸车的速度为

作为改进，所述采集装置包括电流传感器、电流信号调制模块、速度传感器、速度信号调制模块和控制器；电流传感器通过电流信号调制模块与控制连接，速度传感器通过速度信号调制模块与控制连。

作为改进，电机的电流和速度信号送入控制器行数据处理和记录，绘制出自卸车的牵引和制动曲线。

作为改进，所述电流传感器为闭环霍尔电流传感器。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

能够通过自卸车牵引制动性能测试系统，实时数据监控自卸车牵引制动性能，保障驾驶的安全和方便维修。

附图说明

图1为本发明系统硬件框架图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

一种自卸车牵引制动性能测试系统，包括用于采集自卸车车轮电机电流和转速的采集装置，和用于就算电机牵引和制动力、速度的计算模块。

如图1所示，所述采集装置包括采集单元和控制器，自卸车的每个电动轮的电机均配置一个采集单元，从而可以实时对自卸车的每个轮子进行监测。采集单元包括电流传感器、电流信号调制模块、速度传感器、速度信号调制模块和控制器。电流传感器通过电流信号调制模块与控制器连接，速度传感器通过速度信号调制模块与控制器连，从而完成对电机的三相电流和转速的信号采集。

控制器为dSAPCE，这是迄今为止所有单板系统中功能最强大、I/O最丰富的开发系统。为了不给开发带来任何限制，dSAPCE使用了PowerPC处理器来进行浮点运算(400MHz)。对于新型控制器的开发而言，dSPACE的单板方案是功能强大而又可以信赖的工具。单板方案提供了控制器方案设计及代码生成和下载所需的一切，使调试更加方便易行。

MicroLabBox是dSPACE设计开发的适应于实验室环境使用的高性能紧凑型低成本系统，可以帮助用户方便快速地建立起自己的控制、测试以及测量环境以验证控制策略的实用性。MicroLabBox搭载高性能的处理器核心，可提供约100个不同类型的IO接口，且处理器对IO资源具备低延迟的高速控制交互性能，实时性强，适用于各类机电控制系统的研发应用，包括：运动控制、机器人控制、医疗工程以及新型能源应用。MicroLabBox板卡的输入接口只能承受-10～10V的电压，所以需要一个电流信号调制电路，主要为一个分压电阻。速度传感器传过来的信号为一个脉冲信号，需要一个调制电路把信号转换为MicroLabBox能够接收的信号，这个调制电路需要根据具体的速度传感器来设计速度信号调制电路。

电流采样采用宇波的闭环霍尔电流传感器，为了满足60-300吨的测试要求，选择CHB-1000S模块，参数如下：

测量频率：0～100KHz

测量范围：1-1500A

输出电流：200mA

精度：0.2％～1％

响应时间：<1μS

线性度：0.1％

无测量插入损耗

测量AC,DC及脉冲电流

原边电流与副边输出信号高度隔离。

整个系统需要24V直流供电电源一个，采用蓄电池形式供电，选用USASUNTEK公司的UD60-12型号电池。

采用电流模型进行计算，需要对电机在dq坐标系下进行建模，通过电流得到转子磁链在d、q轴上的分量，再结合电机参数算出电机转矩，具体测量信号为电机的电流信号i_a、i_b、i_c具体过程如下：

电机三相电流在d、q轴上的分量：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

磁链-电流方程：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&psi;}}_{sd}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{sq}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rd}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{L}_s& 0& L_m& 0\\ 0& L_s& 0& L_m\\ L_m& 0& L_r& 0\\ 0& L_m& 0& L_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\\ i_{rd}\\ i_{rq}\end{array}\right]$

转矩方程：

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}(i_{sq}{\mathrm{\&psi;}}_{rd}-i_{sd}{\mathrm{\&psi;}}_{rq})$

因此可以得到电机的牵引和制动力：

$\begin{array}{cc}F=\frac{2N\&CenterDot;T_e\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_c}{1000D},& B=\frac{2N\&CenterDot;T_e\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c}{1000D\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_c}\end{array}$

因此，自卸车的牵引和制动力分别用下公式表示：

其中，L_s为定子自感，L_r为转子自感，L_m为定子与转子间互感；T_e为牵引电机转矩，D为计算滚动圆直径m，N为牵引电机数量，μ_c为行星齿轮传动比，η_c为行星齿轮传动效率，i为电机个数；

通过采集原有速度传感器信号得到电机转速n推算出自卸车的速度为：

$v=\frac{60\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;D\&CenterDot;n}{1000\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c}$

因此自卸车的速度为

最后，电机的电流和速度信号送入控制器行数据处理和记录，绘制出自卸车的牵引和制动曲线。

Claims (4)

1.一种自卸车牵引制动性能测试系统，其特征在于：包括用于采集自卸车车轮电机电流和转速的采集装置，和用于计算电机牵引和制动力、速度的计算模块；

采用电流模型进行计算，需要对电机在dq坐标系下进行建模，通过电流得到转子磁链在d、q轴上的分量，再结合电机参数算出电机转矩，具体测量信号为电机的电流信号i_a、i_b、i_c具体过程如下：

电机三相电流在d、q轴上的分量：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

磁链-电流方程：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&psi;}}_{sd}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{sq}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rd}\\ {\mathrm{\&psi;}}_{rq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{L}_s& 0& L_m& 0\\ 0& L_s& 0& L_m\\ L_m& 0& L_r& 0\\ 0& L_m& 0& L_r\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sd}\\ i_{sq}\\ i_{rd}\\ i_{rq}\end{array}\right]$

转矩方程：

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}(i_{sq}{\mathrm{\&psi;}}_{rd}-i_{sd}{\mathrm{\&psi;}}_{rq})$

因此可以得到电机的牵引和制动力：

$\begin{array}{cc}F=\frac{2N\&CenterDot;T_e\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c.{\mathrm{\&eta;}}_c}{1000D},& B=\frac{2N\&CenterDot;T_e\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c}{1000D\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_c}\end{array}$

因此，自卸车的牵引和制动力分别用下公式表示：

其中，L_s为定子自感，L_r为转子自感，L_m为定子与转子间互感；T_e为牵引电机转矩，D为计算滚动圆直径m，N为牵引电机数量，μ_c为行星齿轮传动比，η_c为行星齿轮传动效率，i为电机个数；

通过采集原有速度传感器信号得到电机转速n推算出自卸车的速度为：

$V=\frac{60\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;D\&CenterDot;n}{1000\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_c}$

因此自卸车的速度为

2.根据权利要求1所述的一种自卸车牵引制动性能测试系统，其特征在于：

所述采集装置包括电流传感器、电流信号调制模块、速度传感器、速度信号调制模块和控制器；电流传感器通过电流信号调制模块与控制连接，速度传感器通过速度信号调制模块与控制连接。

3.根据权利要求2所述的一种自卸车牵引制动性能测试系统，其特征在于：

电机的电流和速度信号送入控制器行数据处理和记录，绘制出自卸车的牵引和制动曲线。

4.根据权利要求2所述的一种自卸车牵引制动性能测试系统，其特征在于：

所述电流传感器为闭环霍尔电流传感器。