油门离合执行器控制系统的制作方法

本发明涉及汽车制造领域，特别涉及用于发动机试验台的油门离合执行器控制系统。

背景技术：

发动机实验台是利用专用的试验和测试设备检验发动机性能、可靠性和耐久性的综合系统。实验过程中对驾驶员操作的模拟是重要环节，其中油门离合执行器是模拟过程的重点设备。油门执行器通过油门机械拉索控制油门踏板开度，踏板的开度决定节气阀开度，从而调节进入气缸的燃油量，最终实现对发动机输出功率的精确控制。

现有的油门执行器控制系统通常包括控制器、电机驱动器、执行电机、位置检测装置、限位保护装置、机械传动系统及踏板连接装置，目前市场上兼备高精度和高速特性的执行器产品多为伺服电机式，但一般产品存在结构笨重安装调试不便捷，通用性差，扭矩值范围小且不可设置，行程限位保护功能弱，编码器为增量式需要开机回零等缺点。通用性差主要体现为，油门执行器与离合执行器不通用，控制器为专用控制器，不利于与系统的集成。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种油门离合执行器控制系统，可实现对油门执行器与离合执行器的整合，且系统的集成性较佳。

本发明提出一种油门离合执行器控制系统，其用于控制油门离合执行器，所述油门离合执行器包括执行电机、位置检测装置、限位保护装置及执行器运动部件，所述执行电机用于驱动所述执行器运动部件，所述位置检测装置用于检测所述执行电机的转轴的输出传动信息，所述限位保护装置用于对所述执行器运动部件进行限位。所述油门离合执行器控制系统包括伺服驱动器和主控plc，所述伺服驱动器用于控制所述执行电机，其包括限位保护模块和运动控制模块，所述限位保护模块用于当执行器运动部件触碰到所述限位保护装置时，发送停止指令给所述运动控制模块，所述运动控制模块控制所述执行电机带动所述执行器运动部件停止运行，并可控制所述执行电机带动所述执行器运动部件向反方向运行。所述主控plc用于获取踏板标定信息，并根据踏板开度定位信息向所述伺服驱动器下发运动控制指令。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述油门离合执行器控制系统还包括手持标定终端，所述手持标定终端用于设置踏板标定信息，并将所述踏板标定信息传输给所述主控plc。所述主控plc包括踏板标定模块和踏板开度定位模块，所述踏板标定模块用于获取来自所述手持标定终端的踏板标定信息，所述踏板开度定位模块用于处理所述主控plc发出的开度指令，并将该开度指令转换为所述执行电机需运行的绝对位置信息，所述主控plc根据所述绝对位置信息向所述伺服驱动器下发运动控制指令，所述伺服驱动器驱动所述执行电机运行到所述绝对位置。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述主控plc还包括异常及错误处理模块，所述异常及错误处理模块用于处理所述主控plc中出现的异常或错误。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述主控plc还包括通信接口程序模块，所述通信接口程序模块用于处理所述主控plc与外部设备间的接口使得所述主控plc可与外部设备通信。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述限位保护模块的控制逻辑的关系式为：其中，lp表示正向限位开关，ln表示反向限位开关，dp表示正向运行，dn表示反向运行，fs表示快速停止指令。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，当所述执行器运动部件触碰到所述限位保护装置的限位开关lp或ln时，所述限位保护模块触发快速停止指令的时间为0.25毫秒。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述油门离合执行器控制系统还包括上位机，所述上位机与所述主控plc电连接，用于人机信息交互。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述上位机包括人机接口操作界面。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述位置检测装置为绝对值编码器。

在油门离合执行器控制系统的一种示意性实施例中，所述油门离合执行器还包括滚珠丝杠，所述执行器运动部件套设于所述滚珠丝杠上，所述执行电机可驱动所述滚珠丝杠旋转，所述滚珠丝杠的旋转运动转换为所述执行器运动部件的直线运动。

在本发明的油门离合执行器控制系统中，伺服驱动器包括限位保护模块和运动控制模块，限位保护模块用于当执行器运动部件触碰到限位保护装置时，发送停止指令给运动控制模块，运动控制模块控制执行电机带动执行器运动部件停止运行，因此，限位保护判断决策使用伺服驱动器内部的控制单元安全保护回路，快速高效，最大限度减少高速情况下过限位造成的损坏。另外，执行器运动部件停止运行后，运动控制模块可控制执行电机带动执行器运动部件向反方向运行，使得执行器运动部件自动复位。主控plc的通信接口丰富，既可实现单独控制，又能进行系统集成，满足多种使用需求，可与其他子设备联合动作，完成高复杂度的控制过程。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明一实施例的油门离合执行器控制系统的硬件组成示意图。

图2为图1所示的油门离合执行器控制系统所控制的油门离合执行器的立体示意图。

图3为图1所示的油门离合执行器控制系统的软件架构示意图。

图4为图1所示的油门离合执行器控制系统的三级保护的位置关系图。

在上述附图中，所采用的附图标记如下：

100油门离合执行器控制系统

10油门离合执行器

11执行电机

12位置检测装置

13限位保护装置

14执行器运动部件

140机械传动装置

141壳体

142滚珠丝杠

143推杆

144滑轨

20伺服驱动器

21限位保护模块

22运动控制模块

30主控plc

31踏板标定模块

32踏板开度定位模块

33异常及错误处理模块

34通信接口程序模块

40上位机

50手持标定终端

60其他主控系统

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图1为本发明一实施例的油门离合执行器控制系统的硬件组成示意图，图2为图1所示的油门离合执行器控制系统所控制的油门离合执行器的立体示意图，图3为图1所示的油门离合执行器控制系统的软件架构示意图；请参见图1、图2和图3，本实施例的油门离合执行器控制系统100用于控制油门离合执行器10，油门离合执行器10包括执行电机11、位置检测装置12、限位保护装置13及执行器运动部件14，执行电机11用于驱动执行器运动部件14，位置检测装置12用于检测执行电机11的转轴的输出传动信息，限位保护装置13用于对执行器运动部件14进行限位。

油门离合执行器控制系统100包括伺服驱动器20和主控plc30，伺服驱动器20用于控制执行电机11，伺服驱动器20包括限位保护模块21和运动控制模块22。限位保护模块21用于当执行器运动部件14触碰到限位保护装置13时，发送停止指令给运动控制模块22，运动控制模块22控制执行电机11带动执行器运动部件14停止运行，并可控制执行电机11带动执行器运动部件14向反方向运行。

主控plc30用于获取踏板标定信息，并根据踏板开度定位信息向伺服驱动器20下发运动控制指令。

更具体地，油门离合执行器10的执行电机11为伺服电机，位置检测装置12为绝对值编码器，其无需开机回零。油门离合执行器10还包括机械传动装置140，机械传动装置140包括壳体141、滚珠丝杠142、执行器运动部件14、推杆143、滑轨144及拉锁(图未示)，滚珠丝杠142、执行器运动部件14、推杆143和滑轨144设置于壳体141内，执行器运动部件14为滑块，其套设于滚珠丝杠142上，且可在滑轨144上滑动。滚珠丝杠142的旋转运动可转换为执行器运动部件14的直线运动。推杆143与执行器运动部件14固定，拉锁连接于推杆143上，执行器运动部件14作直线运动时可带动推杆143和拉锁作直线运动，而拉锁可推动油门或离合踏板，以实现测试要求。

限位保护装置13固定于机械传动装置140的壳体141的内壁上，限位保护装置13的数量为两个，两个限位保护装置13分别设置于壳体141内壁的两端，其中一个限位保护装置13起正向限位开关的作用，另一个限位保护装置13器反向限位开关的作用。执行器运动部件14在正常测试的情况下不会触碰限位保护装置13，当出现行程超限故障时，执行器运动部件14会触碰限位保护装置13，此时，需要启动系统的限位保护功能。

伺服驱动器20用于接收来自主控plc30下发的运动控制指令并控制执行电机11，伺服驱动器20的限位保护模块21的控制逻辑的关系式为：其中，lp表示正向限位开关，ln表示反向限位开关，dp表示正向运行，dn表示反向运行，fs表示快速停止指令，·表示与，+表示或，—表示非。

fs的执行时间为0.25毫秒(ms)，即，当执行器运动部件14触碰到限位保护装置13的限位开关lp或ln时，限位保护模块21触发快速停止指令的时间为0.25毫秒。运动控制模块22接收到快速停止指令后，控制执行电机11带动执行器运动部件14立即停止运行。此外，执行器运动部件14停止后，根据运行方向标志信息，运动控制模块22可控制执行电机11带动执行器运动部件14向反方向运行。

油门离合执行器控制系统100还包括上位机40和手持标定终端50，上位机40与主控plc30电连接，用于人机信息交互，上位机40包括人机接口操作界面，上位机40可单独对油门或离合进行控制，并显示必要的系统信息。手持标定终端50用于设置踏板标定信息，并将踏板标定信息传输给主控plc30。踏板标定信息包括执行器行程起点、执行器行程终点、油门离合踏板0％开度点、油门离合踏板100％开度点等信息，手持标定终端40标定完成后，主控plc自动生成各级保护限位、行程范围等系统信息。

主控plc30包括踏板标定模块31和踏板开度定位模块32，踏板标定模块31用于获取来自手持标定终端50的踏板标定信息，从而主控plc30可自动生成各级保护限位、行程范围等系统信息。踏板开度定位模块32用于处理主控plc30发出的开度指令，并将该开度指令转换为执行电机11需运行的绝对位置信息，主控plc30根据所述绝对位置信息向伺服驱动器20下发运动控制指令，伺服驱动器20驱动执行电机11运行到所述绝对位置，例如，使用手持标定终端50标定油门离合踏板0％开度点，此时编码器记下此点的绝对位置，比如是10mm(相对编码器0点)，然后再标定油门离合踏板100％开度点，此时编码器记下此点的绝对位置，比如是130mm(相对编码器0点)。踏板开度定位模块32的作用为，处理主控plc30发出的开度指令，并将该开度指令转换为执行电机11需运行的绝对位置信息，设置油门离合踏板的开度为80％，通过踏板开度定位模块32转化为绝对位置(110-10)*80％＝96mm，主控plc30将96mm的位置发送给伺服驱动器20，伺服驱动器20驱动执行电机11运行到96mm的绝对位置，而96mm的绝对位置即为油门离合踏板开度为80％的位置，从而实现油门离合踏板80％的开度定位。

主控plc30还包括异常及错误处理模块33和通信接口程序模块34，异常及错误处理模块33用于处理主控plc30中出现的异常或错误。通信接口程序模块34用于处理主控plc30与外部设备间的接口使得主控plc30可与外部设备通信。

油门离合执行器控制系统100还包括其他主控系统60，其他主控系统60为外部设备，由于通信接口程序模块34的设置，其他主控系统60与主控plc30连接，从而可控制油门离合执行器10。上位机40或上层其他主控系统60使用通信方式设置油门、离合执行器系统接口参数，如踏板开度设定值、执行速度设定值、扭矩限制值等，完成预设动作的精确执行。油门离合执行器控制系统100既能通过上位机40实现单独控制，也可进行系统集成，满足多种使用需求，可与其他子设备联合动作，完成高复杂度的控制过程。

在正常运行过程中，油门离合执行器控制系统100可自动监视行程超限故障，并设置三级保护，第一级保护为，超踏板行程保护，当油门离合执行器10运行的位置超出踏板开度0～100％时进行停车保护，该保护逻辑设置于主控plc30内；第二级保护为，超执行器行程保护，当油门离合执行器10运行的位置超出执行器行程起点、执行器行程终点时进行停车保护，该保护逻辑设置于主控plc30内；第三极保护为，超执行器行程硬件限位保护，即执行器运动部件14的运行位置超出行程，触碰到限位保护装置13，该保护逻辑设置于伺服驱动器20内。三级保护的位置关系请参见图4。

进行发动机测试实验时，启动油门离合执行器控制系统100，通过手持标定终端50设置踏板标定信息，主控plc30生成各级保护限位、行程范围等系统信息；执行电机11带动滚珠丝杠142旋转，执行器运动部件14沿着滑轨144作直线运动，执行器运动部件14带动推杆143和拉锁运动，拉锁推动油门或离合踏板使得踏板达到预设的开度，从而对发动机进行测试。在拉锁反复推动踏板的过程中，可能会出现异常，如执行器运动部件14过行程。限位保护装置13位于执行器运动部件14行程的两端，当执行器运动部件14触碰到限位保护装置13时，伺服驱动器20的限位保护模块21发送停止指令给运动控制模块22，运动控制模块22控制执行电机11带动执行器运动部件14停止运行，防止执行器运动部件14过行程引起油门离合执行器10或被测试设备的损坏。执行器运动部件14停止后，运动控制模块22可控制执行电机11带动执行器运动部件14向反方向运行，从而实现执行器运动部件14自动复位。

需要说明的是，在本实施例中，限位保护模块21触发快速停止指令的时间为0.25毫秒，但本发明不以此为限，触发快速停止指令的时间可根据实际需求任意设定。

本发明的油门离合执行器控制系统至少具有以下的优点：

1.在本发明的油门离合执行器控制系统中，伺服驱动器包括限位保护模块和运动控制模块，限位保护模块用于当执行器运动部件触碰到限位保护装置时，发送停止指令给运动控制模块，运动控制模块控制执行电机带动执行器运动部件停止运行，因此，限位保护判断决策使用伺服驱动器内部的控制单元安全保护回路，快速高效，最大限度减少高速情况下过限位造成的损坏。另外，执行器运动部件停止运行后，运动控制模块可控制执行电机带动执行器运动部件向反方向运行，使得执行器运动部件自动复位。主控plc的通信接口丰富，既可实现单独控制，又能进行系统集成，满足多种使用需求，可与其他子设备联合动作，完成高复杂度的控制过程。

2.在本发明的油门离合执行器控制系统的一实施例中，采用灵活的手持标定终端，可快速准确地完成踏板关键位置点的标定。

3.在本发明的油门离合执行器控制系统的一实施例中，油门离合执行器自动记录累计执行行程，并根据油门离合执行器总里程数自动给出保养提示信息。

4.在本发明的油门离合执行器控制系统的一实施例中，可根据实际需求设置执行器运动部件的运动速度和输出力。

5.在本发明的油门离合执行器控制系统的一实施例中，油门离合执行器控制系统应用于发动机实验台时，硬件结构小巧、紧凑，适合试验室内布置和使用。

6.在本发明的油门离合执行器控制系统的一实施例中，采用高精度伺服电机，电机内置24位高分辨率绝对值编码器，可满足苛刻的运动控制要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。