一种路面附着系数测试装置及测试方法与流程

本发明涉及汽车智能驾驶技术领域，具体涉及一种路面附着系数测试装置及测试方法。

背景技术：

随着汽车的智能化发展，各种驾驶辅助系统和自动驾驶系统的应用逐渐增多。从安全的角度来看，路面附着系数的大小是各类主动安全控制系统所需要的重要信息，是汽车驱动、制动及转向主动控制的重要参考依据。汽车主动安全控制需要对汽车运动进行干预，其中车辆纵向控制需对车轮与路面的作用力进行调节，而车轮与路面之间力的传递受路面附着系数的制约。因此，汽车主动安全控制策略的优劣很大程度上取决于能否充分知晓当前路面附着系数。若能实时准确地识别路面附着系数，汽车主动安全控制系统便能准确调整出相应的控制策略，提高附着系数变化路面上的控制效果。

现有的路面附着系数测试大多需要加装制动轮缸压力传感器等大量的传感器设备，成本较高；一旦有一个传感出现故障，其就无法进行附着系数测试，可靠性较差；而且其测试方法也比较复杂，计算效率低，不利于为车辆主动安全控制系统提供实时快速的结果，可能导致控制系统动态特性变慢。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的路面附着系数测试装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种路面附着系数测试装置，包括用于与汽车连接的支架总成、能够转动并设置在所述支架总成上的车轮、用于驱使所述车轮制动的制动组件和用于测试所述车轮的轮速信号的测试组件，所述制动组件包括电动制动器总成和制动盘，所述制动盘固定设置在所述车轮上，所述电动制动器总成与所述支架总成连接，所述电动制动器总成包括能够滑动地设置的制动摩擦片和操作部件，所述操作部件能够驱使所述制动摩擦片滑动以与所述制动盘相接触。

优选地，所述测试组件包括固定设置在所述支架总成上的轮速传感器和固定设置在所述车轮上的齿轮，所述齿轮与所述车轮同轴设置，所述轮速传感器的感应端朝向所述齿轮设置，并与所述齿轮的齿顶之间具有间隙。

优选地，所述操作部件包括电机和滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构包括相互配合的丝杠和丝母，所述制动摩擦片设置在所述丝母和所述制动盘之间，所述电机转动时使得所述丝母移动，从而驱使所述制动摩擦片向所述制动盘移动并与所述制动盘相接触。

进一步地，所述电动制动器总成还包括能够滑动地设置在所述支架总成上的制动钳体，所述制动摩擦片还设置在所述制动钳体与所述制动盘之间，当所述制动钳体滑动时驱使所述制动摩擦片向所述制动盘滑动并与所述制动盘相接触。

进一步地，所述操作部件还包括限位件，所述电机转动驱动所述丝杠转动，所述限位件设置在所述丝母上用于限制所述丝母随所述丝杠转动。

优选地，所述测试装置还包括用于驱使所述车轮与地面保持接触的驱动组件，所述驱动组件包括设置在所述支架总成上的弹性件。

进一步地，所述驱动组件还包括减震器，所述减震器固定设置在所述支架总成上，所述弹性件的一端部固定设置在所述减震器上。

优选地，所述电动制动器总成还包括与所述支架总成相固定连接的固定支架，所述制动摩擦片能够滑动地设置在所述固定支架上。

进一步地，所述固定支架上设置有凸部，所述制动摩擦片上设置有与所述凸部相配合的卡槽，所述凸部卡设在所述卡槽中，且所述卡槽能够相对所述凸部滑动地设置。

本发明还提供一种路面附着系数测试方法，采用如上述任一项所述的测试装置进行测试，所述测试方法为：

（1）将所述测试装置安装在目标车上，根据高低不同附着系数路面的制动要求，标定目标车的一组制动力矩；

（2）施加步骤（1）获得的制动力矩，标定目标车在高低不同路面附着系数的路面上制动时对应的角加速度变化阈值；

（3）施加步骤（1）获得的制动力矩，采集并计算分析目标车在实际行驶路面上制动时的角加速度变化值；

（4）将步骤（3）中的角加速度变化值与步骤（2）中标定的角加速度变化阈值进行比较，计算得出路面附着系数。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的路面附着系数测试装置结构简单、可靠，成本较低，且可实时提供准确的路面附着系数。

附图说明

附图1为本发明的路面附着系数测试装置的结构示意图；

附图2为本发明的电动制动器总成的结构示意图；

附图3为本发明的制动摩擦片与固定支架连接时的结构示意图；

附图4为本发明的路面附着系数测试方法的流程图；

附图5为本发明的车轮角加速度采集方法示意图。

其中：1、支架总成；11、连接部；2、车轮；3、制动器总成；301、固定支架；301a、凸部；302、壳体；303、制动钳体；304、制动摩擦片；304a、卡槽；305、电机；305a、转子；306、丝杠；307、丝母；308、旋转支架；309、限位件；310、推力轴承；4、制动盘；51、轮速传感器；52、齿轮；61、弹性件；62、减震器。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

如图1所示，本发明的路面附着系数测试装置包括用于与汽车连接的支架总成1、能够转动地设置在支架总成1上的车轮2、用于驱使车轮2制动的制动组件和用于测试车轮2的轮速信号的测试组件，制动组件包括电动制动器总成3和制动盘4，制动盘4固定设置在车轮2上，电动制动器总成3与支架总成1连接。

当采用本测试装置对路面附着系数进行测试时，支架总成1可固定连接在汽车底部的多个位置处。支架总成1具有与汽车连接的连接部11.

如图2所示，电动制动器总成3包括固定支架301、壳体302、制动钳体303、制动摩擦片304和操作部件，固定支架301与支架总成1相固定连接，制动钳体303与壳体302相固定连接，并能够相对固定支架301滑动地设置，制动摩擦片304能够滑动地设置在固定支架301上，操作部件能够驱使制动摩擦片304滑动以与制动盘4相接触。

具体的，操作部件包括设置在壳体302内的电机305和滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构包括相互配合的丝杠306和丝母307，电机305的转子305a通过旋转支架308与丝杠306相固定连接。制动摩擦片304分别设置在制动盘4的相对两侧，其中一侧的制动摩擦片304位于丝母307和制动盘4之间，另一侧的制动摩擦片304位于制动钳体303和制动盘4之间。在未向车轮2施加制动力矩时，两侧的制动摩擦片304与制动盘4之间均具有间隙。

两侧的制动摩擦片304与固定支架301之间均采用如下方式连接：固定支架301上设置有凸部301a，制动摩擦片304上设置有与凸部301a相配合的卡槽304a，凸部301a卡设在卡槽304a中，且二者之间能够发生相对滑动，如图3所示。

当电机305启动时，电机305的转子305a转动，通过旋转支架308带动丝杠306同步转动，在丝母307上设置有限位件309，限位件309同时设置在壳体302上，由于限位件309的作用，丝母307不能随丝杠306转动，从而通过滚珠丝杠机构将丝杠306的转动转换成丝母307的轴向移动，丝母307轴向移动一定距离后驱动一侧的制动摩擦片304向靠近制动盘4的方向滑动，直至制动摩擦片304与制动盘4之间的间隙消除，二者直接接触，从而完成对制动盘4一侧的夹紧并产生夹紧力。此时，该夹紧力的轴向反作用力会依次经过滚珠丝杠机构及推力轴承310、壳体302，最终作用于制动钳体303上，使制动钳体303相对固定支架301产生轴向滑移，进而推动另一侧的制动摩擦片304移动并与制动盘4相接触，从而完成对制动盘4的另一侧的夹紧，并产生夹紧力。这样，制动盘4两侧均有夹紧力，因制动盘4与车轮2固定连接，故该夹紧力会对车轮2产生制动摩擦力矩。当改变电机305的驱动电流大小时，可实现对制动盘4施加不同的制动摩擦力矩。

测试组件包括固定设置在支架总成1上的轮速传感器51和固定设置在车轮2上的齿轮52，齿轮52与车轮2同轴设置，轮速传感器51的感应端朝向齿轮52设置，并与齿轮52的齿顶之间具有一定的间隙。当车轮2转动时，带动齿轮52同步转动，轮速传感器51通过读取齿轮52转动时转过的齿数来测出车轮转动时的角速度。

测试装置还包括用于驱使车轮2始终与地面保持接触的驱动组件。本实施例中，驱动组件包括设置在支架总成1上的弹性件61，具体的，支架总成1上设置有第一杆63和第二杆64，第一杆63能够相对第二杆64滑动，弹性件61采用弹簧，弹簧套设在第一杆63上，其两端部分别固定设置在第一杆63和第二杆64上，弹簧的预紧力通过支架总成1传递到车轮2上，确保车轮2与地面可靠接触。

驱动组件还包括减震器62，减震器62固定设置在第一杆63上，弹簧的一端部固定设置在减震器62上。通过设置减震器62，可减小测试过程中的振动，提高测试精度的情况下还能避免由于测试过程中的振动使车内人员产生不适感。

该测试装置还包括控制器，电机305和轮速传感器51分别通过信号线路与控制器电连接。

对于该测试装置的车轮2进行动力学分析，车轮2在制动状态下的数学模型可表达为：

式中：

——车轮角速度；

——制动力矩；

——车轮及其组件的转动惯量；

——车轮角加速度；

——车轮的动力半径；

——轮胎和路面之间的静摩擦系数；

——地面对车轮的反作用力，相较于上述弹性件施加给车轮2的作用力，车轮重力可忽略不计。

附着系数φ是附着力与车轮法向即与路面垂直的方向的压力的比值。粗略计算中，它可以看成是轮胎和路面之间的静摩擦系数。上式中，、、均为固定常量，因此，当给车轮2施加一定的制动力矩时，未知的只有车轮2的角加速度与附着系数φ，可见，两者存在一一对应的关系。因此，本发明的测试装置可通过测量车轮2的角加速度变化得到此时路面附着系数φ。具体测试方法如下，测试流程图见图4所示。

（1）标定目标车的一组制动力矩

将本发明的测试装置安装在目标车上，在高低不同附着系数的路面上，实车测试，在不同车速下对车轮2施加不同的制动力矩，综合考虑各高低不同附着系数的路面情况，标定出一组制动力矩，所标定处的制动力矩数值包括制动力矩的数值大小与持续时间，确保在在该组制动力矩作用下，目标车均可以实现正常的减速行驶，且不会引起车辆驾驶的舒适感。

（2）标定路面附着系数φ对应的角加速度变化的阈值

在高低不同附着系数的路面上分别进行标定，对车轮2施加步骤（1）获得的制动力矩，通过轮速传感器51实车测试车轮2的角速度信号值，并发送到控制器中，通过控制器统计分析车轮2的角加速度变化情况，标定设定角加速度相应的阈值分别对应着的路面的附着系数值，并将结果存储到控制器内，如图5所示。

（3）采集实际路面上制动时车轮的角加速度变化值

在实际行驶路面上，每隔10min给车轮2施加步骤（1）的制动力距，记录开始加载时间t1与卸载时间t2，如图5所示，通过轮速传感器51实时采集车轮2的角速度，并发送到控制器中，通过控制器统计并找出t1~t3这段时间内车轮2的角加速度。

（4）计算实际行驶路面的路面附着系数φ

如图5所示，将步骤（3）获得的实测角角加速度与步骤（2）中标定的角加速度的阈值一一对比，并设定一定的误差范围，找出一个最接近所对应的路面附着系数φ，作为此时实际行驶路面的路面附着系数输出至控制器，为其它控制系统提供参考依据。

如此，便完成路面附着系数的测试，该路面附着系数测试装置没有使用价格昂贵的制动压力测量元件，只有一个成本较低的轮速传感器，简单可靠及成本低；该测试装置可固定在汽车的多个位置，通用性好；而且该测试装置简单高效，可实现实时传输。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。