基于LabVIEWc值

(1.北京工業(yè)大學 機械工程與應用電子技術學院 先進制造技術北京市重點實驗室，北京 100124；2.浙江亞太機電股份有限公司，浙江 杭州 311203)

近年來，卡鉗集成式電子駐車制動系統(tǒng)在汽車上的應用愈加廣泛[1]，相關的性能檢測試驗臺應運而生?？ㄣQ集成式電子駐車制動系統(tǒng)卡鉗部分主要由支架和將旋轉運動轉換為直線運動的絲桿螺母副組成；電子駐車制動(EPB)部分主要由直流電動機和減速機構組成[2]。EPB耐久試驗臺以卡鉗集成式電子駐車系統(tǒng)為研究對象，在符合實車運轉情況下，主要對卡鉗、電動機部分做耐久試驗[3]。在耐久試驗過程中采集電流、電壓、液壓、力等試驗數(shù)據(jù)，作為對卡鉗集成式電子駐車系統(tǒng)性能分析的依據(jù)。圖1為EPB耐久試驗臺工作流程圖。

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

算術平均數(shù)是統(tǒng)計學中最基本、最常用的平均指標，也稱為均值[6]。空轉電流算術平均數(shù)是評定EPB電動機合格與否及EPB質量的一項重要指標。

圖1 EPB耐久試驗臺工作流程圖

1 估算空轉電流均值

設有一組數(shù)據(jù)為x1,x2,…，xn，則這組數(shù)據(jù)的簡單算術平均數(shù)為

(1)

式中，μ為簡單算術平均數(shù)；x為數(shù)值序列；n為x的元素個數(shù)。

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

圖2 LabVIEW均值模塊

1.1 確定空轉電流初值和終值

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

圖3 EPB駐車空轉電流所在數(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電流所在數(shù)據(jù)段最小值Imin，即確定最小值點。如式(2)所示，由駐車空轉電流最小值與常數(shù)相乘，乘積作為初值B1和終值E1。圖3中，b1為駐車空轉電流初值B1在電流數(shù)據(jù)圖上對應的位置，e1為駐車空轉電流終值E1在電流數(shù)據(jù)圖上對應的位置。

B1=E1=C×Imin

(2)

式中，B1為電流起點值；E1為電流終點值；Imin為空轉電流最小值；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， 只需達到理想結果就可以選定[7]。

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

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

圖4 EPB釋放空轉電流所在數(shù)據(jù)段舉例

圖5 EPB駐車空轉電流數(shù)據(jù)截取圖特例

圖6 EPB釋放空轉電流數(shù)據(jù)截取圖特例

1.2 確定空轉電流初值和終值對應的時間

索引值在數(shù)組中對應的時間，在LabVIEW中應用以閾值插值一維數(shù)組模塊。通過空轉電流初值和終值找到這兩個參數(shù)對應的時間。

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用舉例。

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

表1 以閾值插值一維數(shù)組模塊輸出結果

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

2 估算駐車空轉電流均值程序框圖

圖9為EPB耐久試驗臺采集的一組電流數(shù)據(jù)圖。依據(jù)前述“點積分”思想，應用LabVIEW編程。圖10為估算駐車空轉電流均值程序框圖。表2為程序運行結果匯總。

圖9 一組電流數(shù)據(jù)散點圖

圖10 估算駐車空轉電流均值程序框圖

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

3 結束語

本文系統(tǒng)分析了估算空轉電流均值的算法， 概括了“點積法”的基本框架，并選擇了一種索引空轉電流初值和終值對應時間的方法。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：① 在理論研究和實際應用中整個算法都比較成熟；② 計算效率高，為批量處理數(shù)據(jù)開闊了思路，計算精度滿足數(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浮動范圍大，“點積法”從數(shù)據(jù)最值點Imin和Imax著手，由最值點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。