专利名称：基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机电混合模拟技术运用领域，特别涉及一种基于机电混合模 拟技术的基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台。
背景技术：
目前，我国汽车上已普遍装配了各种ABS装置，ABS装置的研发已成为我国汽车电 子装置研究开发中的热点问题之一。因此在汽车防抱死制动系统的技术开发过程中，需要 针对不同的控制方法进行大量的试验，在反复的试验中获取一些关键的参数。此类试验一 般可分为整车道路试验和试验台模拟试验两种。整车道路试验的成本较高，试验过程需在 车辆高速行驶制动情况下进行，带有一定的危险性；况且由于受地区与季节条件的限制，自 然状态下的路面尤其是结冰路面与积雪路面以及不同路面结合试验均不容易实现。而利用 专门的试验台测试来替代部分整车试验与通常的道路试验相比，具有试验速度快、成本低、 测试数据结果稳定、可比性好等优点。在实现试验台模拟试验的过程中，为了保证试验条件 与实际工况相一致，多数试验台都采用滚筒进行道路模拟，采用大质量飞轮模拟汽车的运 动惯量。因为汽车制动过程是在持续制动阶段才出现车轮抱死滑移现象，而当车辆低速运 行时采取紧急制动，其制动过程较短，制动力一旦达到峰值汽车就停住了，并未产生持续的 制动阶段。同时受滚筒曲率的影响，车辆在滚筒式试验台上的滑移率与在平坦道路上的滑 移率也有一定的差别。滚筒并不能完全达到精确地模拟路面状况的目的，所以以滑移率控 制为主的ABS试验台必须装备汽车速度测量装置，这就导致试验台成本较高。而国内清华大学所搭建的车辆传动系试验台采用了机械惯量电模拟的方法。通过 对电涡流测功器进行控制补偿来实现车辆实际惯性力矩和试验台模拟惯性力矩差异的消 除，从而使惯性力的模拟更为精确。东南大学同样使用混合模拟技术研制出了同步器试验 系统。该系统在使用了一部分机械惯量的基础上，采用惯量电模拟技术对电机调速系统进 行适当的补偿控制，通过控制系统在线调整控制参数，实现机械惯量较为准确的模拟控制， 有效提高了试验精度，整个系统结构设计简单易操作。南京林业大学在进行ABS制动系统 试验台的研究搭建过程中也应用了机械惯量电模拟的方法，但是其外观与实际的ABS系统 外观相差很大，并且该系统只可以模拟测试单个轮速的变化情况，尚无法模拟测试ABS制 动的全过程。所以要评定ABS防抱死系统的状况，必须采用高车速工况来检测，以使受检测 的汽车经过制动阶段后再停住。
发明内容本实用新型是针对现有车辆试验台的不足的问题，提出了一种基于机电混合模拟 技术的防抱死制动性能试验台，通过运用车辆动力学研究方法对汽车运动及受力情况进行 研究分析，从理论上分析了采用混合模拟技术的可行性；通过运用电机学中相关理论进行 电机功率、电机额定电压、励磁方法及调速方法的计算研究，结合电机拖动系统理论对系统 所拖动部件进行详细地计算分析，并根据现代控制理论思想完成对整个ABS试验台闭环控
3制系统的设计；通过利用机械设计及工程力学的理论知识对试验台机械结构部分进行分析 研究，完成对ABS试验台中台架部分的设计。本实用新型的技术方案为一种基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验 台，前后轴上各有两个制动盘，左前轮和右前轮分别安装了转速信号盘-霍尔传感器和轮 速传感器，并在前轴的左右两边各加装一个磁粉离合器，左前轮和右前轮共用一个电动机 控制系统，电动机直接带动飞轮通过传动皮带、皮带轮、磁粉离合器将动力传递给车轮，电 动机输出轴上有的电机转速传感器，磁粉离合器传递的扭矩经联轴器传递给车轮；轮速传 感器测得转速信号送入F/V变换器(进行转换后，数据输入到数据采集卡的A/D接口，PC机 读取采集卡上的数据，输出数据实时显示，同时通过数据采集卡发出控制信号，经功率放大 器产生控制磁粉离合器的电压；轮速传感器测得转速信号送入F/V变换器进行转换后得到 的车速模拟值与电动机输出轴上的转速传感器测得的电机转速，两个车速进行计算比较， 得到偏差信号输入数字式PID调节器进行调节处理，处理后控制信号输出到变频器，变频 器控制电动机频率的调节。本实用新型的有益效果在于本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性 能试验台，从模拟不同路面对车轮的制动力，来达到制动力电模拟的效果。由磁粉离合器传 度力矩来进行补偿，来达到机械惯量电模拟的效果。保证试验台上车轮的运动状态与实际 汽车道路行驶时的一致性。
图1为本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台结构示意图；图2为本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台磁粉离合器 控制原理框图；图3为本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台电动机闭环 控制原理框图；图4为本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台软件系统结 构组成图；图5为本实用新型基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台软件界面图。
具体实施方式
基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台结构如图1所示。在结构上，前 后轴上各有两个制动盘5，左前轮和右前轮分别安装了转速信号盘，霍尔传感器1和轮速传 感器4，并在前轴的左右两边各加装一个磁粉离合器3，来实现汽车行驶在分离路面上时的 制动情况。左前轮和右前轮在结构和组成上是完全相同的，共用一个电动机控制系统，但在 轮速的测量和磁粉离合器系统的控制上是相互独立的。由电动机6直接带动飞轮10通过 传动皮带9、皮带轮2、磁粉离合器3将动力传递给车轮，动飞轮10另一端接轴承11，此时电 动机的转速实际为汽车的速度，电动机的输出转速是通过另外一个装在电动机输出轴上的 转速传感器7来测得的。磁粉离合器3传递的扭矩是经联轴器8传递给车轮的，此时磁粉 离合器3模拟地面对车轮的作用力，所以磁粉离合器3的输入轴和输出轴的转速是有差异 的，即电动机的转速和车轮的转速是有差异的。当轮速传感器4接收到轮速信号，经处理后传送给数据采集卡，此时计算机对数据进行显示和计算，然后通过数据采集卡将信号传递 给变频器，变频器通过改变频率来控制电动机6的转速，最终实现了控制目标。当汽车设定 在单一或者对接路面上行驶时，试验台上只有台架下方的磁粉离合器3模拟路面信息，而 当汽车设定在分离路面上行驶时，则由台架前轴上的左右两个磁粉离合器3分别模拟路面 fn息ο试验台中制动力的电模拟主要是依靠磁粉离合器3的作用，通过它来传递扭矩， 并且通过调节激磁电流就可以控制其输出扭矩的大小，从而模拟不同路面对车轮的制动 力，来达到制动力电模拟的效果。而试验台中的惯量模拟则是通过加装惯性飞轮，通过电机 带动飞轮以提供部分惯量，其他惯量由磁粉离合器传度力矩来进行补偿，来达到机械惯量 电模拟的效果。因为在实际情况中，汽车制动时会具有相当大的惯量，所以必须保证试验台 上车轮的运动状态与实际汽车道路行驶时的一致。具体控制如下1)在磁粉离合器控制系统中，用轮速传感器4测得转速信号，此时通过轮速传感 器4测得的转速信号为频率信号，为了将频率信号转变为模拟信号，在这里使用F/V变换器 12进行转换。通过F/V变换器12把模拟信号输入到数据采集卡14的A/D接口。计算机通 过调用采集程序去读取采集卡上的数据，一方面进行实时显示，另一方面由主控制程序通 过调用计算程序来计算，并得到轮速信号、车轮减速度以及磁粉离合器的控制值，并按照在 制动力相同的条件下车轮减速度为目标，以确定磁粉离合器3传递扭矩的增量所对应控制 磁粉离合器励磁电压的增量，并由数据采集卡14发出控制信号，并由功率放大器13来产生 控制磁粉离合器3的电压，进而实现了对磁粉离合器输出转矩的控制。磁粉离合器控制系 统如图2所示。2)在电动机闭环控制系统中，试验台中的设定速度是由装在轴侧的轮速传感器4 测得转速后，轮速信号通过F/V变换器12的转换，变为数字信号被送到数据采集卡14的A/ D 口，此时计算机通过计算程序得到所设定的速度。本试验台上通过利用电动机的输出转速 来模拟实际的车速。电动机的输出转速是通过另外一个装在电动机输出轴上的转速传感器 7来测得的，经计算得到反馈的目标车速，计算机程序通过把所得到的两个车速进行计算比 较，得到偏差信号。数字式PID调节器16对得到的偏差信号进行比例_积分_微分的处理， 最后得到了变频器17的控制信号。数据采集卡通过将信号送给变频器，来实现对电动机6 频率的调节，从而实现了对目标车速的模拟。电动机控制系统如图3所示3)以Labview为平台对系统进行编程设计，这个软件系统主要包含四个模块系 统标定模块，其作用主要是对试验系统中所需测量的速度和扭矩进行标定；测试模块，主要 是对系统中的轮速信号进行速度的测量；控制模块，是对试验台中磁粉离合器系统和电动 机系统进行实时的控制；数据处理模块，主要是对系统中采集到的数据进行处理及实时的 显示。软件系统的结构组成如图4所示。在本试验台中，实验者输入目标车速和路面状况信息。路面状况选择可以根据需 要选择不同的路面，分别对应不同的附着系数，反映不同状态下ABS的工作过程变化。选择 时只需单击路面状况前的选择点，当选择在单一路面上时，左右轮的选择是一样的。当选择 在分离路面上时，可根据用户的选择设定左右轮所处路面的状况。当选择在对接路面上时， 只需点击最下方的对接路面选择框即可。当完成以上步骤后，可以单击“开始准备”按钮，此时软件进入等待状态，直到外部硬件起动并达到设定车速后程序会执行后续功能。软件 界面如图5所示。
权利要求一种基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台，其特征在于，前后轴上各有两个制动盘(5)，左前轮和右前轮分别安装了转速信号盘 霍尔传感器(1)和轮速传感器(4)，并在前轴的左右两边各加装一个磁粉离合器(3)，左前轮和右前轮共用一个电动机控制系统，电动机(6)直接带动飞轮(10)通过传动皮带(9)、皮带轮(2)、磁粉离合器(3)将动力传递给车轮，电动机(6)输出轴上有电机转速传感器(7)，磁粉离合器(3)传递的扭矩经联轴器(8)传递给车轮；轮速传感器(4)测得转速信号送入F/V变换器(12)进行转换后，数据输入到数据采集卡(14)的A/D接口，PC机(15)读取采集卡上的数据，输出数据实时显示，同时通过数据采集卡(14)发出控制信号，经功率放大器(13)产生控制磁粉离合器(3)的电压；轮速传感器(4)测得转速信号送入F/V变换器(12)进行转换后得到的车速与电动机输出轴上的转速传感器(7)测得的电机转速，两个车速进行计算比较，得到偏差信号输入数字式PID调节器(16)进行调节处理，处理后控制信号输出到变频器(17)，变频器(17)控制电动机(6)频率的调节。
专利摘要本实用新型涉及一种基于机电混合模拟技术的防抱死制动性能试验台，轮速传感器测得转速信号送入F/V变换器进行转换后输出到数据采集卡，PC机读取采集卡上的数据，输出数据实时显示，同时通过数据采集卡发出控制信号，到功率放大器产生控制磁粉离合器的电压；前轮所测转速与电动机输出轴上转速传感器所测的电机转速，两个车速输入数字式PID调节器进行处理，处理后控制信号输出到变频器，变频器控制电动机频率的调节，使得测得的轮速能很好的跟踪电动机转速。试验台上飞轮模拟部分惯量，其他的由磁粉离合器传度力矩来进行补偿，来达到机械惯量电模拟的效果。保证测试装置上车轮的运动状态与实际汽车道路行驶时的一致性。
文档编号G01M17/007GK201732000SQ201020139248
公开日2011年2月2日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者周萍, 孙跃东, 李维佳, 沈睿 申请人:上海理工大学