汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置及测试方法与流程

本发明涉及汽车零部件测试技术，特别的，涉及一种汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置及测试方法。

背景技术：

手刹基本是所有汽车的标配，用于驻车，防止驾驶员离开车辆后，车辆出现异常溜车造成安全事故。但手刹基本都是通过拉索，拉动后轮的刹车装置抱死车轮，防止车辆溜车。但手刹拉紧的力度因人而异，拉索也会存在拉伸变形，甚至驻车过程中崩断的情况，存在安全隐患。因此越来越多的汽车开始配备减速箱P挡系统，驻车时锁止减速箱的传动轴。欧洲已经强制所有车辆配备减速箱P挡系统。参见图1，减速箱P挡系统是指在减速箱内部集成一套与输出轴a直接或间接连接的P挡驻车执行部件(如图1中的P挡驻车执行部件包括驻车齿轮b与驻车棘爪c)。其功能是以机械的方式锁止传动轴，禁止传动轴旋转，从而防止车辆溜车。

减速箱P挡系统的可靠性要求非常高，比如在坡道上面驻车时，整车溜车的力，都可能会转换到P挡驻车齿轮上面，驻车齿轮与驻车棘爪的啮合齿之间会产生很大的压力，这时候P挡系统能否正常驻车，驾驶员要求解除的时候(使驻车齿轮与驻车棘爪分离)能否顺利解除，都需要进行大量的可靠性试验。

现有的P挡系统可靠性试验方法一般直接装车进行整车道路试验，在坡道上面由人操作反复启动驻车和解除驻车，需要占用较大的实验场地，且由于需要人工操作，不便于对P挡进行耐久性测试，测试效率不高，测试与研发周期长，成本高。

中国专利201610236906.2公开了一种汽车电子驻车制动系统仿真装置，该方案设置有机械式的倾角调整机构，通过伺服电机与倾角传感器组成的可控闭环系统来模拟坡度并进行角度标定，其倾角调整机构调整至所需要的角度后，再启动卡钳夹紧力测试装置对电子驻车执行车机构进行夹紧力测试，由于其坡度通过倾角调整机构调整，当同一种驻车制动系统需要进行多种坡度测试时，需要不断的变化倾角调整机构的角度，测试效率不高，影响研发周期与生产成本，且整个系统部件繁杂，不利于过程的控制，另外，由于该方案在测试过程中有实际的坡度，为保证安全，需要配备专用的场地，限制了其使用范围。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置及测试方法，以解决技术背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置，包括主控制器5、设置有P挡驻车系统4的减速箱1、与减速箱输入轴或输出轴连接的用于对减速箱提供等效坡道驻车扭矩的驱动电机2、与驱动电机2连接的用于控制驱动电机2对减速箱提供的扭矩的大小与方向的电机控制器3；

所述等效坡道驻车扭矩Tm大于或等于汽车驻车于坡道时的溜坡力矩(溜坡力产生的力矩)，即：

驱动电机2连接减速箱输入轴时，

驱动电机2连接减速箱输出轴时，T_m≥Gsin(θ)R；

式中，G为所模拟测试的车的整车重力值(N)、θ为模拟测试的坡度值(°)、R为所模拟测试的车的车轮半径(m)、i为减速箱总传动比；

所述P挡驻车系统4包括与减速箱1输出轴直接或间接连接的P挡驻车执行部件41、与P挡驻车执行部件41连接的用于驱动P挡驻车执行部件41动作的P挡驱动装置42、用于检测P挡驻车执行部件41是否挂到位或退回至初始位置的挡位传感器43，所述P挡驻车系统4还包括有P挡控制单元44，所述P挡驱动装置42与挡位传感器43均由P挡控制单元44电连接控制，P挡控制单元44用于启动或停止P挡驱动装置42以及接收挡位传感器43传输的P挡驻车执行部件41的位置信号；

所述电机控制器3包括有用于输出驱动电机对减速箱输入轴或输出轴施加的即时扭矩值的扭矩反馈单元以及用于输出驱动电机与减速箱输入轴或输出轴即时转速值的车速反馈单元；

所述电机控制器3与P挡控制单元44通过通信线路与主控制器5连接，主控制器接收P挡控制单元44反馈的P挡驻车执行部件的位置信号、电机控制器扭矩反馈单元反馈的输入轴或输出轴的即时扭矩值以及车速反馈单元反馈的减速箱输入轴或输出轴的即时转速信号，并根据P挡驻车执行部件的位置信号以及减速箱输入轴或输出轴的即时扭矩、转速信号而对电机控制器3发出施加或清除等效坡道驻车扭矩的信号以及对P挡控制单元44发出挂P挡或摘P挡的信号，挂P挡测试具体为：在P挡驱动装置42带动P挡执行部件运动至挂挡位置后，启动驱动电机对减速箱输入轴或输出轴施加等效坡道驻车扭矩，再判断P挡是否挂成功；在P挡挂挡成功后进行P挡摘挡测试，P挡摘挡测试具体为：使驱动电机保持对减速箱输入轴或输出轴施加的等效坡道驻车扭矩，P挡驱动装置42带动P挡执行部件运动至摘挡位置，判断P挡摘挡是否成功，摘挡成功后清除等效坡道驻车扭矩而完成P挡解除测试。

所述通信线路采用CAN总线6，所述电机控制器3、P挡控制单元44与主控制器5均设有CAN总线接口，电机控制器3、P挡控制单元44与主控制器5通过CAN总线电连接形成回路。

驱动电机及其电机控制器的具体实施方式，可以采用所模拟的电动汽车上，与被测减速箱所匹配的产品电机及其控制器。其电机具有现成的与减速箱匹配的接口尺寸，不需要制作独立的工装，降低成本缩短周期。其电机控制器均会给整车控制器开发CAN通信协议，外界控制器通过CAN可以控制电机的扭矩输出和转速输出，同时电机控制器会将扭矩、转速的信号通过CAN实时发送出来，这样系统不需要另外安装扭矩传感器和速度传感器以及相应的信号采集器，可最大程度降低成本，同时也最接近实际效果。

所述主控制器设置有用于手动控制试验的进程的启动试验开关与停止试验开关，所述主控制器还设置有用于手动启停P挡动作的P挡开关。

进一步的，所述减速箱的输出轴或输入轴连接有用于防止P挡解除后驱动电机发生飞车现象的惯性飞轮7。

本发明还根据所述电动汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置提供了一种测试方法，包括以下步骤：

S1)停车挂P挡：当车速反馈单元反馈的减速箱输入轴转速为0时，主控制器对P挡控制单元发送挂P挡的信号，P挡控制单元启动P挡驱动装置，使驻车执行部件动作并挂挡。在减速箱静止的情况下，控制P挡锁止，等效于驾驶员踩住刹车，停车状态下挂P挡；具体实施过程为，主控制器给P挡控制单元发送挂P挡指令，P挡控制单元执行指令，驱动电机挂进P挡，并根据挡位传感器信号确认是否挂到位。

S2)施加等效坡道扭矩：判断挡位传感器反馈的P挡位置是否挂到位，若P挡未挂到位，则返回至步骤S1，若P挡已挂到位，主控制器对电机控制器发送施加等效坡道驻车扭矩的信号，电机控制器启动驱动电机，使驱动电机的输出扭矩等于等效坡道驻车扭矩，判断车速测试单元反馈的减速箱输入轴或输出轴即时转速是否为0、若不为0则表明P挡挂挡失败，输出测试结果，若转速为0则进入下一步。此时减速箱已经锁止P挡，输入轴无法旋转，施加在输入轴上的扭矩，会通过P挡驻车执行部件中驻车齿轮传递到驻车棘爪上。其受力效果相当于整车在坡道上挂P挡后，松开刹车的效果。如果施加扭矩后减速箱没有旋转，说明P挡在坡道上面驻车成功。施加扭矩的实现过程为：主控制器通过通信线路，给电机控制器发送目标扭矩(即等效坡道驻车扭矩)，电机控制器接受到主控制器的目标扭矩后，控制电机输出主控制器要求的扭矩值，该扭矩值大于或等于溜坡力矩。

S3)判断挡位传感器反馈的P挡位置是否稳定，若不稳定则表明P挡挂挡失败，输出测试结果，若稳定则进入下一步；

S4)判断扭矩测试单元反馈的输入轴或输出轴即时扭矩是否等于等效坡道驻车扭矩，若小于等效坡道驻车扭矩，则返回至步骤S2，若大于或等于等效坡道驻车扭矩，则挂P挡成功，输出测试结果。

所述汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试方法还在P挡挂挡成功后设置有解除P挡测试过程，具体包括以下步骤：

S5)带扭矩摘P挡：主控制器继续保持对电机控制器的等效坡道驻车扭矩施加信号，同时请求P挡控制单元摘P挡，P挡控制单元启动P挡驱动装置，使驻车执行部件动作并退挡；P挡控制单元收到请求后执行，此时减速箱输入轴是带着等效坡道驻车扭矩的，驻车齿轮和驻车棘爪间，以及执行机构承受了该扭矩产生的压力，此时摘P挡，等效于车辆在坡道驻车的情况下，驾驶员控制退出P挡。此时系统要检测P挡位置和电机转速，一旦电机出现转速，说明P挡成功脱出，减速箱会在输入扭矩的作用下急剧加速，因此要立即进入步骤S6。

S6)判断车速测试单元反馈的减速箱输入轴或输出轴即时转速是否为0，若不为0则主控制器对电机控制器发送清除等效坡道驻车扭矩信号，使减速箱输入轴或输出轴转速降为0；

S7)判断挡位传感器反馈的P挡位置是否返回至初始位置，若未返回至初始位置，则返回至步骤S5，若返回至初始位置，则表明解除P挡成功，输出测试结果。

进一步的，所述主控制器设置有计时模块，步骤S2中，若P挡一直未挂到位且超时，则表明挂P挡实败，输出测试结果；步骤S7中，若P挡一直未返回至初始位置且超时，则表面明解除P挡失败，输出测试结果。

有益效果：本发明通过对驱动电机对减速箱的输入轴或输出轴提供一个等效于坡道驻车扭矩的输出扭矩，并可通过改变驱动电机的输出扭矩改变所测试的坡道坡度，使得整个测试过程可在没有坡度的平地进行，应用范围广，且结构简单，成本低。也可通过反复启动驱动电机来实现循环测试，进而测试P挡系统的耐久性，简单方便，可广泛应用于P挡系统的性能测试和耐久测试，实现测试台架的自制，并可在企业内部自己做耐久试验和性能测试、节约外协试验成本和缩短研发周期。同时，本测试装置可模拟整车坡道驻车的效果，可以降低道路试验的费用和周期，项目研发早期没有试验车的情况下，本测试装置更加重要。

本发明的测试方法可自动完成汽车P挡坡道驻车的模拟测试，并可自动完成汽车在没有拉手刹的极限情况下的P挡解除模拟测试，测试过程精简，安全可靠。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明背景技术所述的P挡驻车执行部件结构图；

图2是本发明优选实施例的测试装置整体连接结构图；

图3是本发明优选实施例的测试方法的流程简图；

图4是本发明优选实施例的测试方法的流程详图；

图1中：a-输出轴，b-驻车齿轮，c-驻车棘爪。

图2～4中：1-减速箱，2-驱动电机，3-电机控制器，4-P挡驻车系统，41-P挡驻车执行部件，42-P挡驱动装置，43-挡位传感器，44-P挡控制单元，5-主控制器，51-上位机，52-台架控制单元，6-CAN总线，7-惯性飞轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图2的汽车P挡系统的坡道驻车模拟测试装置，包括主控制器5、设置有P挡驻车系统4的减速箱1、与减速箱输入轴连接的用于对减速箱提供等效坡道驻车扭矩的驱动电机2、与驱动电机2连接的用于控制驱动电机2对减速箱提供的扭矩的大小与方向的电机控制器3；本实施例中所测试的P挡系统为电动汽车P挡系统，驱动电机2采用与电动汽车所安装的驱动电机相同的电机，使得测试结果符合实际、更精准，因此，本发明更适用于电动汽车。

P挡驻车系统4包括与减速箱1输出轴直接或间接连接的P挡驻车执行部件41、与P挡驻车执行部件41连接的用于驱动P挡驻车执行部件41动作的P挡驱动装置42、用于检测P挡驻车执行部件41是否挂到位的挡位传感器43，本实施例中，P挡驱动装置42采用电机，在P挡驱动电机42旋转至挂挡位置后，启动驱动电机2对减速箱输入轴施加等效坡道扭矩，判断P挡是否挂挡成功，进而完成坡道驻车测试；在P挡驱动电机42旋转至摘挡位置后，摘除P挡，判断P挡摘挡是否成功，若摘挡成功则清除等效坡道扭矩，完成坡道未拉手刹的极限情况下的测试。P挡驻车系统4还包括有P挡控制单元44，P挡驱动装置42与挡位传感器43均由P挡控制单元44电连接控制，P挡控制单元44用于启动或停止P挡驱动装置42以及接收挡位传感器43传输的P挡驻车执行部件41的位置信号；

电机控制器3包括有用于输出驱动电机对减速箱输入轴施加的即时扭矩大小的扭矩反馈单元以及用于输出驱动电机与减速箱输入轴即时转速的车速反馈单元；即时扭矩与即时转速可由电机控制器根据对驱动电机提供的即时电流和/或电压值通过标定公式计算得到。由于输入轴即时扭矩与转速是通过电机控制器的标定计算得到的，因此不用安装测试输入轴即时扭矩与转速的扭矩传感器和速度传感器，精简结构。

电机控制器采用MCU(单片机)控制器。

电机控制器3与P挡控制单元44通过通信线路与主控制器5连接，接收P挡控制单元44反馈的P挡驻车执行部件的位置信号、电机控制器扭矩测试单元反馈的输入轴的实际扭矩以及车速测试单元反馈的减速箱输入轴的转速信号并根据P挡驻车执行部件的位置信号以及减速箱输入轴的实际扭矩、转速信号而对电机控制器3发出施加或清除等效坡道驻车扭矩的信号以及对P挡控制单元44发出挂P挡或摘P挡的信号。

通信线路采用CAN总线6，电机控制器3、P挡控制单元44与主控制器5均设有CAN总线接口，电机控制器3、P挡控制单元44与主控制器5通过CAN总线电连接形成回路。

本实施例中，主控制器设置有用于手动控制试验的进程的启动试验开关与停止试验开关，主控制器设置有用于手动启停P挡动作的P挡开关。

本实施例中，减速箱的输出轴或输入轴连接有用于防止P挡摘挡后驱动电机发生飞车现象的惯性飞轮7。由于P挡摘挡时，驱动电机施加的扭矩是继续保持的，当P挡摘挡后，输入轴的转速会快速增加，惯性飞轮会经输出轴对输入轴产生阻力，以防止P挡摘挡后，输入轴转速过快增加。

本实施例中，主控制器包括上位机51与台架控制单元52，上位机用于实现测试数据的采集和存储记录、试验状态的通报、异常状态的报警等；也可实现测试过程的选择和启动、关闭；台架控制单元作为核心控制系统，设置有以下功能：坡道驻车工况的计算和模拟、P挡动作的控制指令、自动循环测试、系统保护等。通过上位机选定测试循环，测试人员通过操控控制开关(启动试验开关、停止试验开关、P挡开关、手动模式开关、自动模式开关等)，启动或者停止测试。

参见图3及图4，本实施例的测试方法实施过程及步骤如下：

第S101步：系统上电初始化，台架控制单元读取上位机设置参数，比如测试循环、模拟坡道大小、汽车参数、自动模式还是手动模式等；

第S102步：确认初始化参数是否完成，如果没完成则回到步骤S101重新初始化，如果完成则进入S103；

第S103步：待机。本状态不进行控制操作，等待测试人员的输入指令；

第S104步：确认是否启动试验，如果启动，则进入S105程序中的S106；如果不启动，则回到S103。

第S105步：坡道驻车测试程序块，内包含了多个P挡锁止控制、坡道模拟控制、P挡解除控制等；当停止试验指令激活时(停止试验开关启动时)，不论程序运行在本程序块中的哪个子状态，都要立即退出本程序块。

第S106步：判断是否满足启动驻车条件。主要目的是为了避免P挡锁止失败或者损坏零部件的情况发生。比如电机有转速或者有扭矩的情况下，禁止启动驻车。

第S107步：挂P挡控制。本发明的P挡控制，由台架控制单元按照电动汽车整车上产品的通信协议发送挂P挡指令，由被测对象的P挡控制单元控制P挡驱动装置与P挡驻车执行部件执行。同时P挡控制单元会将进展状态、P挡位置、挂挡电流等信息通过CAN总线反馈给台架控制单元。

第S108步：台架控制单元通过内置的状态计数器判断P挡控制状态是否超过正常时间。

第S109步：挂P挡失败。当出现挂P挡动作超时未完成时，即挂P挡失败，测试将终止。需要测试人员分析挂P挡失败原因。

第S110步：确认P挡是否到位。本实施例中，P挡控制单元自身也会带有类似的诊断，台架控制单元会通过P挡控制单元的状态和P挡位置判断P挡是否到位。

第S111步：施加等效坡道驻车扭矩。等效坡道扭矩的方向和数值在系统初始化的时候根据上位机输入的模拟坡度与汽车参数自动计算得到。台架控制单元通过CAN总线请求电机控制器逐渐的增加驱动扭矩，至电机控制器反馈的电机输入轴的即时扭矩等于等效坡道驻车扭矩，进入下一步。因为此时已经挂P挡，输入轴无法旋转，电机输出的扭矩会被P挡驻车系统的驻车齿轮和棘爪承受。

第S112步：判断减速箱加扭矩后是否旋转。正常情况下，如果成功挂进P挡，且驻车系统的强度足够，减速箱输入合理范围内的扭矩，减速箱会被P挡系统锁死，不会出现旋转的。如果出现旋转，则说明P挡没挂好，或者承受扭矩之后，P挡系统失效。

第S113步：判断减速箱加扭矩后P挡位置是否稳定。P挡系统设计正常情况会带自锁功能，当驻车系统承受较大扭矩后，可能会反作用到P挡执行机构，导致自动脱出P挡。

第S114步：确认输入轴的实际扭矩是否达到了设定的等效坡道扭矩。

第S115步：挂P挡成功。程序运行到这一步，说明P挡系统位置到位，能够承受足够大的驻车扭矩，而且P挡位置稳定，减速箱无旋转成功锁死，P挡功能正常。

第S116步：挂P挡失败。因为全面确认过P挡位置，因此这里的挂P挡失败最大可能是减速箱内部驻车系统出现损坏导致驻车功能失效，或者P挡驻车系统承受驻车扭矩后，反作用力导致执行机构复位。这些都是P挡系统不允许出现的情况。

第S117步：是否进行解除P挡测试。是否进行由测试人员初始化设置。有时测试人员采用手动模式启动解除P挡测试，不需要自动进入解除P挡测试。

第S118步：P挡摘挡。本步骤中，驱动电机保持在减速箱输入端施加的等效坡道扭矩，台架控制单元通过CAN总线请求P挡控制单元进行P挡摘挡操作，模拟坡道驻车没拉手刹的极端情况。

第S119步：P挡控制超时判断。P挡控制超时判断，是要保证一定时间内能解除P挡的，如果超时说明系统有问题。

第S120步：P挡摘挡失败。如果P挡摘挡失败，系统要停止试验进行故障分析。

第S121步：减速箱是否旋转判断。如果减速箱开始旋转，则说明P挡系统实际已经摘挡成功。

第S122步：清除等效坡道扭矩。因为S121步已经识别到了减速箱开始旋转，清除扭矩需要越快越好，不然电机会急剧加速。

第S123步：判断P挡位置是否到位。通过P挡位置信号，确认是否达到P挡摘挡的目标位置。P挡摘挡的具体目标位置，可以通过参数标定或者初始化自学习获得。

第S124步：解除P挡成功。

第S125步：结束坡道驻车测试模块。

第S126步：结束坡道驻车测试模块。

第S127步：判断是否需要重复测试。如果初始化设置是进行循环耐久测试，则需要设置为重复测试。系统会重新返回步骤S1开始测试。

第S128步：结束测试过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。