汽車氣壓abs/asr關鍵部件檢測及控制開發實驗臺的製作方法

2023-05-11 02:20:06

專利名稱：汽車氣壓abs/asr關鍵部件檢測及控制開發實驗臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車氣壓ABS/ASR系統關鍵部件檢測和車輛制動防滑及驅動防滑控制功能開發的試驗裝置，尤其是涉及一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺。
背景技術：
目前，現有技術中已經有多種關於ABS/ASR系統的實驗臺的裝置，但針對液壓系統的較多，而專門針對氣壓ABS/ASR系統而發明的實驗臺較少。並且，現行的ABS/ASR測試及開發實驗臺主要分為兩大類第一類為基於實車的ABS/ASR性能測試，通過將實車的驅動輪放置到實驗臺上來達到測試目的，這種實驗臺不僅很易受時間、場地、車輛等條件的限制，且通常不具有單項故障的檢測功能；第二大類為基於動力學模型的仿真測量實驗臺，這種實驗臺主要針對控制單元的開發。其中，西安正昌電子有限公司的「一種多通道ABS防抱死系統的綜合調試臺」，專利申請號為200720032652. 9。該專利主要用於ABS系統的檢測及調試。中國農業大學的「一種汽車ABS/EBD綜合試驗系統」，專利申請號為 201010115131. 6。該實驗臺採用轉鼓形式，主要是測試實車的ABS/EBD性能，是一種動態測試實驗臺。蘇州凌創電子系統有限公司的「一種防抱死制動系統控制模塊功能檢測設備」，專利申請號為201010283729. 6。該專利主要用來檢測ABS系統控制模塊功能，且檢測時需依
賴實車。吉林大學的「主動防滑集成控制系統的硬體在迴路試驗臺」，專利申請號為 200610017223. 4。該專利主要是重型載貨汽車的主動防滑系統的控制策略的開發研究和試驗，不涉及關鍵部件的檢測。北京理工大學和吉林大學非礦技術裝備研究院申請的「基於制動器慣性試驗的汽車ABS/ASR裝置實驗臺」，專利申請號為200410046010. 5。該專利是一種單輪的ABS/ASR控制性能動態測試實驗臺。長安大學的「一種可變附著係數的室內車輛ABS試驗臺」，專利申請號為 200710019075. 4。該專利是一種ABS系統性能動態測試實驗臺，通過改變扭矩控制器控制電流來改變試驗臺的附著係數。北侖夏冰電子有限公司的「多功能汽車檢測儀及汽車ABS、ASR性能測試方法」，申請專利號是201110032298. O。該專利是在汽車檢測儀上增加了 ABS和ASR的檢測功能。目前還沒有一種既融合了ABS/ASR故障檢測功能和控制單元的開發功能，同時是專門針對氣壓ABS/ASR系統開發的適於應用的實驗臺。

發明內容
本發明的目的在於提供一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，可用於測試氣壓ABS防抱死制動系統、ASR驅動防滑系統的關鍵部件的檢測，同時可利用所搭建的商用車動力學模型，進行閉環仿真測試，可用於開發ABS/ASR的控制單元，並可以根據需要檢測企業自主開發的控制單元的控制策略，滿足企業及相關研究機構的需求。為了實現上述目的，本發明是按如下技術方案實現的一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，包括機械系統、制動輪缸模擬系統、人機互動系統、信號控制系統、信號採集系統及輪速模擬電路系統。所述的機械系統包括基礎框架、氣室、閥體固定機構、氣源、儲氣筒、操作臺、踏板支架及制動總閥。基礎框架為角鋼焊接而成的框架結構。所述的制動輪缸模擬系統包括氣室固定架、氣室彈簧推塊、導向筒、彈簧組成。當制動踏板踩下時，儲氣筒內壓縮空氣經制動踏板，繼動閥、ABS調節器進入氣室，推動氣室推桿伸出，固定在氣室推桿端部的氣室彈簧推塊向前移動，壓在彈簧上，導致彈簧的變形，從而產生變形力，形成氣室的變形阻力，這樣就能模擬實際車輛制動時，制動鉗與制動盤接觸形成的靜態制動力。所述的人機互動系統包括控制電腦、自主開發的交互界面及信號控制系統。該交互界面用Labview語言進行開發，可以設定要運行的工況，顯示當前檢測的項目及檢測結果，繪製曲線。信號控制系統採用的是xPCTarget。xPCTarget與控制電腦之間通過TCP/IP 協議進行通訊，控制電腦將建立好的Matlab/Simulink模型，通過RTW和VC++編譯器編譯為一個可執行文件並下載到xPCTarget目標機中，目標機運用該應用程式，通過I/O通道與信號採集系統進行數據交換，最終實現硬體在環的實時仿真測試。所述的信號採集系統包括輪速傳感器故障模擬和電磁閥故障模擬模塊。所述的輪速傳感器故障模擬模塊由主控晶片和電子開關組成，需要DC12V供電。每個輪速模擬系統產生4路信號，實驗臺包含4個輪速模擬系統共計產生16路信號，通過電子開關進行選擇， 使每個車輪產生的4個信號只有I個通過。目標機有I路電壓信號送至故障模擬模塊的主控晶片，進而通過主控晶片對電子開關進行控制。輪速傳感器向E⑶傳送4路經過選擇的輪速信號。所述的電磁閥故障模擬模塊由主控晶片和電子開關組成，需要DC12V和DC24V 供電。在故障模擬模塊內設置高電平、低電平和懸空的形式，來模擬電磁閥對電源短路、對地短路和斷路的故障。控制電腦有I路電壓信號送至故障模擬模塊的主控晶片，進而通過主控晶片對電子開關進行控制。所述的輪速模擬系統包括電機、電機控制器、電機固定支架、齒圈、齒圈連接件、輪速傳感器及ABS控制單元組成。齒圈通過連接件固定在電機的軸端上。電機安裝在固定支架上，固定支架安裝在基礎框架上。固定支架上有5個孔，3個直孔，2個斜孔。孔內裝有輪速傳感器，3個直孔內的傳感器距離齒圈表面的距離由近到遠，分別模擬傳感器信號正常， 信號較弱及無信號。2個斜孔的傾斜角度分別為5度和10度，孔內安裝有傳感器，用來模擬傳感器偏置的情況下傳感器信號的狀態。控制電腦將電機轉速指令通過網線發送到信號控制系統，信號控制系統將該指令送到電機控制器，控制電機轉動。電機由輪速傳感器測量獲取輪速，輪速傳感器產生的信號經信號採集系統送到待測試的ECU。本發明的有益效果在於I、本發明所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺能夠對氣壓 ABS/ASR系統中的電磁閥、ECU控制器及傳感器的安裝進行檢測；
2、本發明所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺能夠修改檢測程序中的故障碼，從而適應各種ECU的檢測；2、本發明所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺能夠進行控制策略的檢測與開發和試驗驗證。


圖I是本發明的系統結構示意圖。圖2是本發明的制動輪缸模擬系統結構示意圖。圖3是本發明的輪速模擬系統結構示意圖。圖中1.ABS閥，2.前橋繼動閥，3.儲氣筒I ,4.氣源，5.制動總閥，6.儲氣筒II， 7.後橋繼動閥，8.三通，9.儲氣筒III，10. ASR閥，11. ABS閥，12.後橋制動氣室，13.輪速模擬電路系統，14.輪速傳感器，15.電機，16.壓力傳感器，17. ABS閥，18.壓力傳感器，19.輪速模擬電路系統，20.電機，21.輪速傳感器，22.後橋制動氣室，23.控制單元，24.信號採集系統，25.故障設置模塊，26.車輛動力學模塊，27.界面，28.前橋制動氣室，29.輪速傳感器，30.電機，31.輪速模擬電路系統，32.壓力傳感器，33.壓力傳感器，34.電機，35.輪速模擬電路系統，36.輪速傳感器，37.前橋制動氣室，38. ABS閥，39.電機固定支架，40.齒圈，41.齒圈連接件，42.氣室彈簧推塊，43.彈簧，44.導向筒，45.氣室固定架。
具體實施例方式下面結合附圖來詳細說明本發明的具體實施方式
。參考圖1，一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，由機械系統、 制動輪缸模擬系統、人機互動系統(具有故障設置模塊25、車輛動力學26、界面27)、信號控制系統、信號採集系統24及輪速模擬電路系統組成。其中，各車輪上均設置有輪速模擬電路系統，在附圖I中分別為13、19、31、35。所述的機械系統包括基礎框架、如後橋制動氣室(其中後橋制動氣室12、22，如橋制動氣室28、37)、閥體固定機構、氣源4、儲氣筒、操作臺、踏板支架、制動總閥5 ;所述的制動輪缸模擬系統包括氣室固定架45、氣室彈簧推塊42、導向筒44、彈簧(43);所述的人機互動系統包括控制電腦、自主開發的交互界面27及信號控制系統；所述的信號採集系統24包括輪速傳感器故障模擬和電磁閥故障模擬模塊；所述的輪速模擬系統包括電機15、電機控制器、電機固定支架39、齒圈40、齒圈連接件41、輪速傳感器及ABS控制單元23。所述儲氣筒可以為多個儲氣筒，在附圖I中儲氣筒I、儲氣筒II、儲氣筒III分別為3、6、9所述基礎框架為角鋼焊接而成的框架結構。所述機械系統中存在5條氣壓制動控制迴路，第一條迴路由氣源4開始，經儲氣筒 I (見圖中3)、前橋繼動閥2分別連接到前輪的ABS電磁閥(見圖中1、38)並最終連接到兩個相同的前橋制動氣室(見圖中28、37);第2條氣路由儲氣筒I (見圖中3)經制動總閥(5)連接到前橋繼動閥2;第3條氣路由氣源4開始，經儲氣筒II (見圖中36)、後橋繼動閥7分別連接到後輪的ABS電磁閥(見圖中11、17)並最終連接到兩個相同的後橋制動氣室(見圖中12、22);第4條氣路由儲氣筒II (見圖中36)經制動總閥5、三通8連接到後橋繼動閥7 ;第5條氣路由儲氣筒III (見圖中9)經ASR閥10連接到三通8。
6
前後橋制動氣室(見圖中28、37、12、22)埠處都串接有氣壓壓力傳感器(見圖中16、18、32、33)，工作電壓為5V，測量範圍為O IMPa0具體參考圖2，所述的制動輪缸模擬系統包括氣室固定架45、氣室彈簧推塊42、導向筒44、彈簧43。當制動總閥5被踩下時，儲氣筒3、6內壓縮空氣經制動總閥5、前後橋繼動閥(見圖中2、7)、前後輪ABS閥(見圖中1、11、17、38)分別進入前後橋制動氣室(見圖中12、22、28、37)，推動氣室推桿伸出，固定在氣室推桿端部的氣室彈簧推塊42向前移動， 壓在彈簧43上，導致彈簧的變形，從而產生變形力，形成氣室的變形阻力，從而模擬實際車輛制動時制動鉗與制動盤接觸形成的靜態制動力。所述實驗臺採用了四套制動輪缸模擬系統來分別模擬汽車的4個車輪制動狀態。所述的人機互動系統包括控制電腦、自主開發的交互界面27及信號控制系統。該交互界面可採用用Labview語言進行開發，可以設定要運行的工況，顯示當前檢測的項目及檢測結果，繪製曲線。信號控制系統採用的是xPCTarget。xPCTarget與控制電腦之間通過TCP/IP協議進行通訊，控制電腦將建立好的Matlab/Simulink模型，通過RTW和VC++編譯器編譯為一個可執行文件並下載到xPCTarget目標機中，目標機運用該應用程式，通過 I/O通道與信號採集系統進行數據交換，最終實現硬體在環的實時仿真測試。所述的信號採集系統24包括輪速傳感器故障模擬和電磁閥故障模擬模塊。所述的輪速傳感器故障模擬模塊由主控晶片和電子開關組成，需要DC12V供電。每個輪速模擬系統產生4路信號，實驗臺包含4個輪速模擬系統共計產生16路信號，通過電子開關進行選擇，使每個車輪產生的4個信號只有I個通過。目標機有I路電壓信號送至故障模擬模塊的主控晶片，進而通過主控晶片對電子開關進行控制。輪速傳感器向E⑶傳送4路經過選擇的輪速信號。所述的電磁閥故障模擬模塊由主控晶片和電子開關組成，需要DC12V和 DC24V供電。在故障模擬模塊內設置高電平、低電平和懸空的形式，來模擬電磁閥對電源短路、對地短路和斷路的故障。控制電腦有I路電壓信號送至故障模擬模塊的主控晶片，進而通過主控晶片對電子開關進行控制。參考圖3，所述的輪速模擬系統包括電機15、電機控制器、電機固定支架39、齒圈 40、齒圈連接件41、多個輪速傳感器(見圖中14、21、29、36)及ABS控制單元23。齒圈通過連接件固定在電機的軸端上。電機為直流電機，安裝在固定支架上，固定支架安裝在基礎框架上。固定支架上有5個孔，3個直孔，2個斜孔。孔內裝有輪速傳感器，3個直孔內的傳感器距離齒圈表面的距離由近到遠，分別模擬傳感器信號正常，信號較弱及無信號。2個斜孔的傾斜角度分別為5度和10度，孔內安裝有傳感器，用來模擬傳感器偏置的情況下，傳感器信號的狀態。控制電腦將電機轉速指令通過網線發送到信號控制系統，信號控制系統將該指令送到電機控制器，控制電機轉動。電機由輪速傳感器測量獲取輪速，輪速傳感器產生的信號經信號採集系統送到待測試的控制單元。電機控制器通過信號採集系統(24)連接到信號控制系統；共16個輪速傳感器通過線速連接到信號採集系統(24)中，可通過電機分別設置為間隙正常、間隙較大及偏置等狀態。齒圈40及齒圈連接件41之間可通過熱裝實現過盈配合，達到消除間隙、保證裝配後齒圈平面度的目的。進行閉環控制單元23開發的項目時，當操縱人員踩下制動總閥5時，氣室端部的壓力傳感器測得制動壓力，經信號採集系統24中的壓力轉換模塊，送入信號控制系統，並通過TCP/IP協議送入到人機互動系統中的車輛動力學模型26中，車輛動力學模塊經過計算，得到當前的車輪轉速，經信號控制系統，通過信號採集系統24中的輪速轉換模塊發送到電機控制器，控制電機達到制定轉速，電機固定支架39上固定的輪速傳感器(見圖中14、 21、29、36)將測得的輪速信號發送到控制單元23，控制單元23通過內部固化的控制策略， 向前輪及後輪的ABS閥(見圖中1、11、17、38)發送控制指令，命令其通斷，從而造成前後橋氣室壓力的變化，從而形成閉環控制系統。進行ABS/ASR關鍵部件檢測時，所採用的步驟是a.在人機互動系統所包含的交互界面27中選擇零部件檢測項目；b.控制電腦自動運行編制的程序，首先指定電機達到一個穩定的轉速；c.控制程序通過故障設置程序25自動運行當前檢測項目的故障設置代碼，控制電腦將指令通過信號控制系統發送到信號採集系統24，信號採集系統在主控晶片的作用下，選擇不同的電子開關，從而模擬出輪速傳感器及電磁閥不同的故障狀態，並將這種狀態送入到控制單元23，控制單元會根據不同的故障報出不同的閃碼；信號採集系統將控制單元23報出的閃碼採集並反饋到主控電腦中，與所設定的故障碼進行比對是否一致，從而達到檢測到目的。以上的論述僅僅是本發明的優選實施例，是為了解釋和說明，並不是對本發明本身的限制。本發明並不局限於這裡公開的特定實施例，而由下面的權利要求確定。另外，在前面的描述中的與特定的實施例有關的記載並不能解釋為對本發明的範圍或者權利要求中使用的術語的定義的限制。所公開實施例的各種其它不同的實施例和各種不同的變形對於本領域技術人員來說是顯而易見的。但所有不背離本發明基本構思的這些實施例、改變和變形均在所附權利要求的範圍中。
權利要求
1.一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，由機械系統、制動輪缸模擬系統、人機互動系統(25、26、27)、信號控制系統、信號採集系統(24)及輪速模擬電路系統(13、19、31、35)組成，其特徵在於所述的機械系統包括基礎框架、氣室(12、22、28、37)、 閥體固定機構、氣源(4)、儲氣筒(3、6、9)、操作臺、踏板支架、制動總閥(5);所述的制動輪缸模擬系統包括氣室固定架(45)、氣室彈簧推塊(42)、導向筒(44)、彈簧(43);所述的人機互動系統包括控制電腦、自主開發的交互界面(27)及信號控制系統；所述的信號採集系統(24)包括輪速傳感器故障模擬模塊和電磁閥故障模擬模塊；所述的輪速模擬系統包括電機(15)、電機控制器、電機固定支架(39)、齒圈(40)、齒圈連接件(41)、輪速傳感器(14、 21、29、36)及 ABS 控制單元(23)。
2.如權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於所述機械系統中存在5條氣壓制動控制迴路，第一條迴路由氣源(4)開始，經儲氣筒 I (3)、前橋繼動閥(2)分別連接到前輪的ABS電磁閥(1、38)並最終連接到兩個相同的前橋制動氣室(28、37);第2條氣路由儲氣筒I (3)經制動總閥(5)連接到前橋繼動閥(2); 第3條氣路由氣源(4)開始，經儲氣筒II (36)、後橋繼動閥(7)分別連接到後輪的ABS電磁閥(11、17)並最終連接到兩個相同的後橋制動氣室(12、22);第4條氣路由儲氣筒II (36) 經制動總閥(5)、三通(8)連接到後橋繼動閥(7);第5條氣路由儲氣筒III (9)經ASR閥(10) 連接到三通(8)。
3.如權利要求1-2之一所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺， 其特徵在於前後橋制動氣室(28、37、12、22)埠處都串接有氣壓壓力傳感器(16、18、32、 33)，工作電壓為5V，測量範圍為O IMPa0
4.如權利要求1-3之一所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺， 其特徵在於採用制動輪缸模擬系統來模擬實際制動輪缸的制動狀態，當制動總閥(5)踩下時，儲氣筒(3、6)內壓縮空氣經制動總閥(5)，前後橋繼動閥(2、7)、前後輪ABS閥(1、11、 17、38)分別進入前後橋制動氣室(12、22、28、37)，推動氣室推桿伸出，固定在氣室推桿端部的氣室彈簧推塊(42)向前移動，壓在彈簧(43)上，導致彈簧的變形，從而產生變形力，形成氣室的變形阻力，從而模擬實際車輛制動時制動鉗與制動盤接觸形成的靜態制動力。
5.如權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於採用四套制動輪缸模擬系統來分別模擬汽車的4個車輪制動狀態。
6.如按照權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於採用一套輪速模擬電路系統(13、19、31、35)來模擬實際車輪的運轉，該系統包括電機(15、20、30、34)、電機控制器、電機固定支架(39)、齒圈(40)、齒圈連接件(41)、輪速傳感器(14、21、29、36)及ABS控制單元(23)，電機為直流電機，通過電機固定支架(39)將4個電機固定在實驗臺的基礎框架上，電機控制器通過信號採集系統(24)連接到信號控制系統；共16個輪速傳感器通過線速連接到信號採集系統(24)中。
7.如權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於在進行閉環控制單元(23)開發的項目時，當操縱人員踩下制動總閥(5)時，氣室端部的壓力傳感器測得制動壓力，經信號採集系統(24)中的壓力轉換模塊，送入信號控制系統， 並通過TCP/IP協議送入到人機互動系統中的車輛動力學模型(26)中，車輛動力學經過計算，得到當前的車輪轉速，經信號控制系統，通過信號採集系統(24)中的輪速轉換模塊發送到電機控制器，控制電機達到制定轉速，電機固定支架(39)上固定的輪速傳感器(14、 21、29、36)將測得的輪速信號發送到控制單元(23)，控制單元(23)通過內部固化的控制策略，向前輪及後輪的ABS閥(1、11、17、38)發送控制指令，命令其通斷，進而造成前後橋氣室壓力的變化，從而形成閉環控制系統。
8.如權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於實驗臺共使用16個輪速傳感器，通過電機分別設置為間隙正常、間隙較大及偏置等狀態。
9.使用前述權利要求一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺進行檢測的方法，其特徵在於進行ABS/ASR關鍵部件檢測時，所採用的步驟是a.在人機互動系統所包含的交互界面(27)中選擇零部件檢測項目；b.控制電腦自動運行編制的程序，首先指定電機達到一個穩定的轉速；c.控制程序通過故障設置模塊(25)自動運行當前檢測項目的故障設置代碼，控制電腦將指令通過信號控制系統發送到信號採集系統(24)，信號採集系統在主控晶片的作用下，選擇不同的電子開關，從而模擬出輪速傳感器及電磁閥不同的故障狀態，並將這種狀態送入到控制單元(23)，控制單元會根據不同的故障報出不同的閃碼；信號採集系統將控制單元(23)報出的閃碼採集並反饋到主控電腦中，與所設定的故障碼進行比對是否一致，從而達到檢測到目的。
10.如權利要求I所述的汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，其特徵在於所述齒圈(40)及齒圈連接件(41)之間通過熱裝實現過盈配合，達到消除間隙、保證裝配後齒圈平面度的目的。
全文摘要
本發明公開了一種汽車氣壓ABS/ASR關鍵部件檢測及控制開發實驗臺，是一種既融合了ABS/ASR故障檢測功能和控制單元的開發功能，同時又是專門針對氣壓ABS/ASR系統開發的適於應用的實驗臺。該實驗臺由機械系統、制動輪缸模擬系統、人機互動系統、信號控制系統、信號採集系統及輪速模擬電路系統組成。該實驗臺採用了制動輪缸模擬系統取代實車制動輪轂，成為基於xPCTarget實時技術的信號控制系統。其中，控制界面中可以根據需要自主修改控制單元的故障碼設定，並可以利用動力學模型進行控制單元的控制策略開發。
文檔編號G01M17/007GK102589897SQ20121003384
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者何磊, 宗長富, 張不揚, 曹裕騰, 李偉, 楊振巍, 楊盛楠, 王化吉, 趙偉強, 鄭宏宇 申請人:吉林大學