CN105910833B - 一种气压制动过程测试系统及误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压制动过程测试系统及误差校正方法，包括：制动踏板传感器，其安装在制动踏板上，用于监测制动踏板开关信号；制动气压传感器组，其连接各车轮的制动装置，用于监测各车轮制动装置的制动气压；以及数据采集器，其连接所述制动踏板传感器和制动气压传感器组，用于采集制动踏板开关信号和各车轮的制动气压；当制动踏板传感器采集到制动踏板开关信号，其触发所述数据采集器同步采集所述制动气压传感器组监测的制动气压；数据处理器，包括时间处理模块，所述时间处理模块用于监测各车轮的制动时间；其中，所述数据处理器连接所述数据采集器，其接收制动气压数据并输出。本发明的测试系统性能可靠，测量精度高，使用方便等优点。

Description

一种气压制动过程测试系统及误差校正方法

技术领域

本发明涉及气压制动过程测试系统。更具体地说，本发明涉及一种汽车列车气压制动过程测试系统和误差校正方法。

背景技术

随着重型汽车列车成为当前商品运输的主要载体，同时国内正在大力推广甩挂运输模式，重型汽车列车的行驶安全性也越来越受到重视。重型汽车列车满载总质量大、车体长，因此行驶安全性中最重要的是制动稳定性。重型汽车列车的制动系统包含牵引车制动系统和挂车制动系统两部分，二者耦合作用复杂，其中最重要的是轴间制动响应时间、制动力分配。如果挂车制动响应时间偏长，制动滞后于牵引车，挂车给牵引车很大的向前的推力，如果路面湿滑，易产生列车折叠或侧翻。国内一些用户将牵引车的前桥制动解除，降低牵引车的制动力，补偿由于挂车制动响应时间较长而产生的制动滞后问题，由于牵引车和挂车制动不同步，在制动时易产生列车甩尾现象。因此整车设计需要控制制动协调性和制动响应时间，整车出厂前也要进行相应的制动协调性和制动响应时间的测量和调整(GB12676中有明确规定)。但目前国内没有相应的测量制动协调性和制动响应时间的成套的设备，测量过程中不能准确记录制动气室气压变化过程，对于国家标准(GB 12676)中的试验方法无法准确把握，测量起来费时费力，测量结果也无法保证，不能给重型汽车列车型式认证、整车设计、制动性能技术研究、出厂检验等工作提供依据。通常采用压力传感器测量制动气室内的压力，但是压力传感器因为温度而产生误差对精度具有一定影响，一般情况下对误差进行校正，但是也存在校正效果不好等缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种气压制动过程测试系统，利用制动踏板传感器采集制动踏板开关信号，并触发数据采集器同步采集制动气压传感器组监测的制动气压，记录各车轮制动气室压力随时间变化过程，用来测量重型汽车及重型汽车列车各车轮制动协调性和制动响应时间。

本发明还有一个目的是提供一种气压制动过程测试系统的误差校正方法，利用压力校正公式对测试系统的温度漂移所产生的误差进行补偿，利用模糊控制器得到压力校正公式中的温度校正系数λ，以提高测量精度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种气压制动过程测试系统，包括：

制动踏板传感器，其安装在制动踏板上，用于监测制动踏板开关信号；

制动气压传感器组，其连接各车轮的制动装置，用于监测各车轮制动装置的制动气压；以及

数据采集器，其连接所述制动踏板传感器和制动气压传感器组，用于采集制动踏板开关信号和各车轮的制动气压；当制动踏板传感器采集到制动踏板开关信号，其触发所述数据采集器同步采集所述制动气压传感器组监测的制动气压；

数据处理器，包括时间处理模块，所述时间处理模块用于监测各车轮的制动时间；

其中，所述数据处理器连接所述数据采集器，其接收制动气压数据并输出。

优选的是，所述制动装置包括制动气室和制动气传输管路，所述制动气压传感器组安装在制动气室内或制动气室传输管路上。

优选的是，所述制动气压传感器组还包括：总制动气压传感器，其连接气源装置，用于监测气源装置的总制动气压。

优选的是，所述制动气压传感器组为石英薄膜压力传感器。

优选的是，所述测试系统还包括模糊控制器，其中数据采集器还包括CAN总线，所述数据采集器用CAN总线实现数据采集器之间和与模糊控制器之间的数据同步。

本发明的目的还通过一种气压制动过程测试系统的误差校正方法来实现，包括：

步骤1、制动踏板传感器监测到制动踏板开关信号，其触发所述数据采集器同步采集制动气压传感器组监测的前轮制动气室气压和后轮制动气室气压，并以触发点为原点，输出制动时间；

步骤2、数据处理器接收信号采集器采集的气压和时间数据，利用压力校正公式校正，得到校正气压P_T：

其中，P为数据采集器采集的前轮制动气室气压或后轮制动气室气压；λ为温度校正系数；U为惠更斯全桥应变测量电路的供桥电压；E为压力传感器内弹性应变材料的弹性模量；△T为温度环境T与传感器应用的理想温度差值。

优选的是，所述步骤2中温度校正系数λ用模糊控制法得到：

模糊控制器采集温度信号和前轮制动气室气压和后轮制动气室气压，分别将环境温度和环境温度T与理想温度的偏差输入模糊控制模型，所述模糊控制模型中环境温度、温度偏差分为7个等级；

模糊控制器输出温度校正系数λ，输出分为7个等级。

优选的是，模糊控制规则为：

当温度偏差e小于零，温度校正系数不大于零，且环境温度T越小，温度校正系数λ的取值越小；

当温度偏差e大于零，温度校正系数为小于零，且环境温度T越大，温度校正系数λ的取值越大。

优选的是，环境温度T的论域为[5,45]，温度偏差e的论域为[-20，20]，输出温度校正系数λ的论域为[-4，4]，其中，环境温度T、温度偏差e和温度校正系数λ的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

优选的是，所述环境温度T、温度偏差e和温度校正系数λ的隶属度函数采用三角形隶属函数。

本发明至少包括以下有益效果：本测试装置性能可靠，测量精度高，使用方便，可以精确测辆国家标准(GB 12676)中规定的所有相关参数。2、减小气压制动过程中测试的误差，通过误差校正方法中的模糊控制器输出温度校正系数，将实测压力的精度提高了0.02％-0.2％，使制动过程测试系统更准确的反应汽车列车制动过程的性能。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的气压制动过程测试系统结构示意图。

图2是本发明的模糊控制器输入环境温度的隶属度函数图。

图3是本发明的模糊控制器输入温度偏差的隶属度函数图。。

图4是本发明的模糊控制器输出温度校正系数的隶属度函数图。。

图5是本发明的气压制动过程测试系统测试的压力与时间关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，气压制动过程测试系统包括：制动踏板传感器1、制动气压传感器2、数据采集器3和数据处理器4。制动踏板传感器1为制动触发开关，安装在制动踏板上，用于监测制动踏板开关信号，并产生数据采集器的触发信号。制动气压传感器组包括多个制动气压传感器2，制动气压传感器2连接前轮制动气室、后轮制动气室和挂车制动气室，用于监测各车轮制动气室的制动气压。

数据采集器3，其连接所述制动踏板传感器1和多个制动气压传感器2，用于采集制动踏板开关信号和各车轮的制动气压；数据采集器3将从制动气压传感器2接入的信号经过放大、滤波等信号调理单元和16bit A/D的转换，并实现了通道间绝对时间同步采样。所述数据采集器3的具体结构和工作原理为：采用16通道模拟输入，测量制动气压传感器2的压力信号，单通道最高采样率100kHz,带宽48kHz(-3dB)；每通道具有独立16bit A/D，动态范围宽；对每个通道可进行低通、高通、带通、带阻滤波，截至频率从2Hz到5kHz，按照1-2-5分档；系统精度<0.1％；本机所有通道精确同步采样，并与其他数采器通过CAN总线连接，可保证不同数采器所有通道时间精确同步；CAN总线的节点，包括CAN High Speed 1MBaud(ISO11898)和CAN Low Speed 128KBaud(ISO 11519)，支持CAN2.0a/CAN2.0b标准，可以直接连接CANSAS采集模块，CAN传感器或者CAN总线的设备；工作环境温度标称-10～+55℃，相对湿度80％。

数据处理器4，包括时间处理模块，所述时间处理模块用于监测各车轮的制动时间；其中，所述数据处理器4连接数据采集器3，数据处理器4接收制动气压数据并进行处理。数据处理器4具体结构和工作原理为：自动显示所测数据，可以实时手动/自动调整显示比例或重新定义视窗而不影响正在进行的测量。显示类型：标准(Y/t)、堆叠Y轴、单值、表格、柱状图、还有各种三维图(例：瀑布图、云图等)。利用系统内建的高性能DSP，可以进行多种实时分析，包括基本数学计算(积分、微分、绝对值等)、滤波、FFT、逻辑、比较、数据压缩、统计(最大值、最小值、移动平均、RMS等)、三相功率计算、应变花计算等等。报告生成器可任意插入波形、图片、表格、文字。具备100种以上功能，如：FFT、数字滤波、实时压缩记录、阶次分析、疲劳分析(雨流法)等；配备机载存储卡，可以选择机载存储，或PC存储，或两者同时存储。每通道均可单独设定存储方式与位置。

本发明的制动系统的工作原理为：当制动踏板传感器1采集到制动踏板开关信号，其触发所述数据采集器3同步采集所述制动气压传感器2监测前轮、后轮和挂车的气压，同时，时间处理模块以触发点为时间原点进行计时，数据处理器4接收数据采集器3采集的气压数据并进行处理后输出各车轮制动气压变化曲线。

在另一实施例中，制动装置包括制动气室和制动气传输管路，所述制动气压传感器2安装在制动气室内或制动气室传输管路上，能够实时监测气压变化。

在另一实施例中，所述制动气压传感器组还包括总制动气压传感器，总制动气压传感器连接气源装置，如图1所示，气源装置为储气筒，用于监测储气筒的总制动气压。

在另一实施例中，所述制动气压传感器2为石英薄膜压力传感器，传感器为一体化集成电路，输出国际通行的1～5VDC电压信号，压力测量范围宽(-0.1～10MPa)，总的影响时间1毫秒。全不锈钢柱形结构，体积小、重量轻、高频响、安装方便。

在另一实施例中，所述测试系统还包括模糊控制器，其中数据采集器还包括CAN总线，所述数据采集器用CAN总线实现数据采集器和与模糊控制器之间的数据同步。

本发明还提供了一种气压制动过程测试系统的误差校正方法，对压力传感器由于温度引起的测量误差进行校正，在实测压力值P的基础上，利用压力校正公式计算校正压力P_T，其中，温度校正系数λ无法确定具体数值，在此，采用模糊控制器确定其具体取值。模糊控制器以环境温度和环境温度T与理想温度的偏差作为控制器输入量，以温度校正系数λ作为控制器输出量，输入量经模糊化和模糊推理后得到对应的控制器输出量，模糊控制器根据输出值用压力校正公式确定校正压力P_T。

步骤1、制动踏板传感器1监测到制动踏板开关信号，其触发所述数据采集器3同步采集制动气压传感器2监测的前轮制动气室气压和后轮制动气室气压，并以触发点为原点，输出制动时间；

步骤2、数据处理器4接收信号采集器采集的气压和时间数据，利用压力校正公式校正，得到校正气压P_T：

其中，P为数据采集器采集的前轮制动气室气压或后轮制动气室气压，单位为伏；λ为温度校正系数，无因次；U为惠更斯全桥应变测量电路的供桥电压，单位为伏；E为压力传感器内弹性应变材料的弹性模量，β为弹性模量E的温度系数，无因次；△T为温度环境T与传感器应用的理想温度差值，单位为摄氏度。

其中，温度校正系数λ为温度T和弹性应变材料的函数，无法确定具体数值，在此，采用模糊控制方法确定其具体取值。

模糊控制方法：

1、信号处理层

通过压力传感器测量t时刻的实测压力值P，用温度传感器测量环境温度T，环境温度温度环境T与传感器应用的理想温度的温度偏差e：

其中，温度偏差e的单位为摄氏度。

2、模糊化：

在无控制时，环境温度T范围为[5,45]，温度偏差e为[-20，20]，设定量化因子都为1，因此其论域分别为[5,45]和[-20，20]；输出量温度校正系数λ的模糊论域为[-4，4]。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，最终将环境温度T分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；将温度偏差e分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；温度校正系数λ分为7个等级，分别为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；隶属度函数均采用三角形隶属函数，详见图2-4。模糊控制规则为：

当温度偏差e小于零，温度校正系数λ为不大于零，且环境温度T越小，温度校正系数λ的取值越小；

当温度偏差e大于零，温度校正系数λ为不小于零，且环境温度T越大，温度校正系数λ的取值越大；具体的模糊控制规则详见表一：

3、根据模糊控制表输出温度校正系数λ，数据处理器根据输出温度校正系数λ和公式(1)计算校正压力。

步骤3、数据处理器输出校正压力和时间的曲线。

模糊控制器将校正压力P_T反馈至数据处理器，数据处理器以制动触发开关信号产生时刻为原点，以时间为横坐标以制动气室的校正压力P_T为纵坐标画出各制动气室的气压变化的曲线，如图5所示，曲线用不同线型及通道编号标注出对应的气压压力变送器编号。直接在曲线图中读取任一点的时间和制动气室气压值，测量结果存储在机载存储卡或PC存储中，在PC上进一步进行分析，也可打印测试结果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种气压制动过程测试系统的误差校正方法，其特征在于，包括：

步骤1、制动踏板传感器监测到制动踏板开关信号，其触发数据采集器同步采集制动气压传感器组监测的前轮制动气室气压和后轮制动气室气压，并以触发点为原点，输出制动时间；

步骤2、数据处理器接收信号采集器采集的气压和时间数据，利用压力校正公式校正，得到校正气压P_T：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>P</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;lambda;</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>U</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>E</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，P为数据采集器采集的前轮制动气室气压或后轮制动气室气压；λ为温度校正系数；U为惠更斯全桥应变测量电路的供桥电压；E为压力传感器内弹性应变材料的弹性模量；β为弹性模量E的温度系数，△T为温度环境T与传感器应用的理想温度差值。

2.如权利要求1所述的气压制动过程测试系统的误差校正方法，其特征在于，所述步骤2中温度校正系数λ用模糊控制法得到：

模糊控制器采集温度信号和前轮制动气室气压和后轮制动气室气压，分别将环境温度和环境温度T与理想温度的偏差输入模糊控制器，所述模糊控制器中环境温度、温度偏差分为7个等级；

模糊控制器输出温度校正系数λ，输出分为7个等级。

3.如权利要求2所述的气压制动过程测试系统的误差校正方法，其特征在于，模糊控制规则为：

当温度偏差e小于零，温度校正系数不大于零，且环境温度T越小，温度校正系数λ的取值越小；

当温度偏差e大于零，温度校正系数为小于零，且环境温度T越大，温度校正系数λ的取值越大。

4.如权利要求3所述的气压制动过程测试系统的误差校正方法，其特征在于，环境温度T的论域为[5,45]，温度偏差e的论域为[-20，20]，输出温度校正系数λ的论域为[-4，4]，其中，环境温度T、温度偏差e和温度校正系数λ的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

5.如权利要求4所述的气压制动过程测试系统的误差校正方法，其特征在于，所述环境温度T、温度偏差e和温度校正系数λ的隶属度函数采用三角形隶属函数。