一种基于压电效应的制动器测试方法与流程

1.本发明涉及制动器测试技术，具体涉及一种制动器制动频率及制动行程测试方法。


背景技术：

2.国家强制标准《gb 7258
‑
2017机动车运行安全技术条件》对“制动响应时间、汽车制动完全释放时间”等提出了要求。“7.1.6汽车制动完全释放时间(从松开制动踏板到制动消除所需要的时间)对两轴汽车应小于或等于0.8s，对三轴及三轴以上汽车应小于或等于1.2s。”、“7.2.10采用气压制动的汽车，按照gb12676规定的方法进行测试时，从踩下制动踏板到最不利的制动气室响应时间应小于或等于0.6s，且对具有牵引功能的汽车从踩下制动踏板到主挂间气压控制管路接头延长管路末端的响应时间还应小于或等于0.4s；采用气压制动的挂车，按照gb12676规定的方法进行测试时，从主挂间气压控制管路接头处到最不利的制动气室响应时间应小于或等于0.4s。”其中最小时间精确度为0.01s。防抱死制动系统(abs)对制动器的响应频率提出了较高的要求，特别是随着车辆自动驾驶等智能化技术的发展，如自动紧急制动系统(aebs)对制动器的响应要求更是达到了毫秒级。且不论是鼓式制动器还是盘式制动器，其执行部件都包括刚性与弹性机构，最大制动响应频率的测试一致都是难题。
3.现有的方法是通过测量制动气室的压力来检测制动器的制动响应时间、制动完全释放时间，间接的反映制动器的实际制动响应效果；该方法不能进一步测试制动器的实际响应时间、制动行程，以及最高制动响应频率。
4.而且传统的检测方法，需要对被测制动器的制动回路进行改造，一般是在制动回路上或气缸等位置的接口上接出一个气管，在进行制动和释放测试的时候，测试这个接出来的气管的动态气压变化情况。这在一定程度上影响了制动器的工作效果，并且由于不同检测机构的改造差异性和操作差异性，会导致检测结果尺度不一、不准确的问题。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于压电效应的制动器测试方法。本发明利用永磁体同极排斥原理和压电效应相结合的技术方案，将制动器制动轮缸活塞的物理运动参数表征为电信号，以非接触的方式动态检测制动轮缸活塞的行程，无需改造制动器本身结构，就可以精准、快速测得制动器的制动响应时间、安全释放时间、制动行程以及实际制动频率和最高制动频率。
6.因此本发明所采用的技术方案如下：
7.一种制动器的最大制动行程测试方法，其特征在于：
8.设置一可编程控制器和一二通电磁阀，所述二通电磁阀连接在制动器的制动气路上，制动器的制动轮缸活塞外端部连接一压电元件；
9.预先通过标定建立活塞行程和压电元件产生的电信号值之间的对应关系；
10.测试时，通过可编程控制器控制二通电磁阀打开，使制动器进行制动，当压电元件产生的电信号值经过不断增大后保持稳定时，根据标定关系，获得与保持稳定时的电信号值相对应的活塞行程值，即为制动器的最大制动行程。
11.一种制动器的制动响应时间测试方法，其特征在于：
12.设置一可编程控制器和一二通电磁阀，所述二通电磁阀连接在制动器的制动气路上，制动器的制动轮缸活塞外端部连接一压电元件；
13.通过可编程控制器控制二通电磁阀打开，使制动器进行制动，当压电元件产生的电信号值经过不断增大后保持稳定时，通过记录二通电磁阀打开时刻t
o
和压电元件的最大电信号值触发时刻t
d
，计算得出制动响应时间t
r
，如下：
14.t
r
＝t
d
‑
t
o
ꢀꢀ
(1)
15.一种制动器的制动释放时间测试方法，其特征在于：
16.设置一可编程控制器和一二通电磁阀，所述二通电磁阀连接在制动器的制动气路上，制动器的制动轮缸活塞外端部连接一压电元件；
17.通过可编程控制器控制二通电磁阀打开，使制动器进行制动，当制动器达到最大制动行程后，通过可编程控制器控制二通电磁阀关闭，使制动器停止制动；通过记录二通电磁阀关闭时刻t
c
和压电元件的电信号值恢复至初始值时的时刻t
i
，计算制动器制动释放时间t
s
，如下：
18.t
s
＝t
i
‑
t
c
ꢀꢀ
(2)
19.一种制动器的实际制动频率和最高制动频率测试方法，其特征在于：
20.设置一可编程控制器和一二通电磁阀，所述二通电磁阀连接在制动器的制动气路上，制动器的制动轮缸活塞外端部连接一压电元件；
21.1)通过可编程控制器控制二通电磁阀按照低于制动器最高制动频率的某一固定频率接通和断开气路，制动器按照所述固定频率进行制动和停止制动，使压电元件产生电信号，统计某一时间段t内的压电元件产生电信号的波峰或波谷数量a，求得制动器的实际制动频率如下：
22.f＝a/t
ꢀꢀ
(3)
23.2)通过可编程控制器控制二通电磁阀以某一通断频率f0进行通断；
24.如果二通电磁阀的通断频率f0≤制动器的实际制动频率f，则将f0以t为递增步长逐渐增加，直至f0+nt＞f时，取f0+(n
‑
1)t为制动器的最高制动频率；
25.如果二通电磁阀的通断频率f0＞制动器的实际制动频率f，则将f0以t为递减步长逐渐减小，直至f0‑
nt≤f时，取f0‑
nt为制动器的最高制动频率。
26.进一步地，所述制动轮缸活塞外端部连接压电元件的方法是：设置一对永磁体，一个为动永磁体，连接在制动轮缸活塞外端部；另一个为定永磁体，连接在压电元件上，两个永磁体同极相对。
27.进一步地，所述压电元件通过a/d转换器将信号转换输出至可编程控制器。本发明由于采取上述技术方案，其相比于现有技术体现了如下显著的技术效果：
28.1.与普通制动器测试方法相比，本发明通过设置制动轮缸活塞连接压电元件，将活塞的位移信号转换为电信号进行制动器相关性能的测试，不用改变制动器原始结构，方法简单实用，易实现。
29.2.与普通制动器测试方法相比，本发明通过设置两个永磁体非接触连接在活塞和压电元件之间，利用两个永磁体非接触互斥原理和压电效应原理，将力学信号转换为磁信号再转换为电信号，力的传导不借助于机械介质或液压介质，没有过程损耗误差，提升了制动器测试的准确性。
30.同时，信号传输没有时延，大幅提升了制动器制动行程、制动响应时间、制动释放时间、制动频率的测试精准度。
31.3.与普通制动器测试方法相比，本发明通过设置可编程控制器和二通电磁阀控制气路通断，可以精确控制制动器，并且所有电信号都可回馈到可编程控制器，方便统一控制管理。
附图说明
32.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
33.图1为本发明测试系统结构图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
35.如图1所示，在一实施例中，本发明提供了一套测试系统，该系统主要采取永磁体同极排斥和压电效应相结合的方案，通过制动轮缸活塞的运动，导致两个永磁体间距的变化，进一步地导致两个永磁体排斥力的变化，进一步地导致与永磁体相连的压电元件由于压电效应产生电信号的变化，最终将制动轮缸活塞的运动行程，表征为连续的电信号，以测得制动器的性能参数。
36.因制动轮缸活塞的运动行程的变化与两永磁体的间距变化一一对应，两永磁体的间距又与两永磁体产生的排斥力一一对应，两永磁体的排斥力又与压电元件产生的电信号一一对应，所以压电元件可以将制动轮缸活塞的运动行程表征为连续的电信号，也具有对应的关系，可以通过压电元件产生的电信号反应制动轮缸活塞的运动行程。
37.该系统的结构如下：包括气压产生及储气装置1，气压产生及储气装置1通过气路4与制动器5连接，在气路上设置二通电磁阀2；二通电磁阀2由可编程控制器3控制，二通电磁阀2阀门打开或关闭时，通过气压产生及储气装置1的作用使制动器5进行制动或停止制动。
38.进一步，可编程控制器3可以控制二通电磁阀2的通断频率，并进一步控制制动器5的制动频率。
39.制动器5在进行制动动作时，使制动轮缸活塞9伸缩移动；动永磁体10安装在制动轮缸活塞9外端部，随制动轮缸活塞9一起移动；定永磁体11安装在压电元件12上；动永磁体10与定永磁体11同极轴心相对，定永磁体11与动永磁体10因为同极相对，所以可以产生排斥力，随着两永磁体间距的变化，产生的排斥力也变化。定永磁体11受到的动永磁体10的排斥力作用在压电元件12上，从而使压电元件12产生电感应信号，排斥力的变化产生电信号
的变化。压电元件12通过a/d转换器13将信号转换后输出。
40.可编程控制器3可以预置四种测试模式，分别是制动器5的制动行程测试、制动响应时间测试、安全释放时间测试以及最高制动频率测试。
41.1、制动行程测试
42.可编程控制器3控制二通电磁阀2打开时，通过制动器5进行制动，制动轮缸活塞9外移，进一步使动永磁体10外移。由于永磁体同极排斥与压电效应的工作原理，进一步使压电元件12产生电信号。由于动永磁体10与定永磁体11的排斥力与动永磁体10外移距离正相关，且存在一一对应关系；所以制动轮缸活塞9的外移距离数值决定压电元件12产生电信号的数值，且一一对应。
43.进行最大制动行程测试，需要先对制动轮缸活塞9的行程和压电元件12产生的电信号之间的关系进行标定。标定方法如下：
44.将制动器5从初始状态按照一定的间隔移动至制动轮缸活塞9最大行程状态，移动间隔基于测试精度进行调整(如以0.01mm，0.1mm为移动间隔等)。因制动轮缸活塞9的行程和压电元件12产生的电信号是正相关且是一一对应的关系，记录制动轮缸活塞9处于每个行程位置时，压电元件12对应产生的电信号，通过拟合的方法建立两者的关系曲线图，也可以是表征定量关系的表格；将制动轮缸活塞9行程与压电元件12产生电信号的关系输入至可编程控制器中，完成标定，后续备用。
45.测试时，通过可编程控制器控制二通电磁阀打开，使制动器进行制动，当压电元件产生的电信号值经过不断增大后保持稳定时，根据标定关系，获得与保持稳定时的电信号值相对应的活塞行程值，即为制动器的最大制动行程。
46.2、制动响应时间测试
47.可编程控制器3控制二通电磁阀2打开时，使制动器5进行制动，制动轮缸活塞9外移，进一步使动永磁体10外移；由于永磁体同极排斥与压电效应的工作原理，进一步使压电元件12产生电信号。当制动轮缸活塞9外移到最大位移时，压电元件12产生的不断增大至电信号最大。通过记录可编程控制器3控制二通电磁阀2打开的时刻t
o
和压电元件12达到最大电信号的触发时刻t
d
，计算得出制动响应时间t
r
。
48.t
r
＝t
d
–
t
o
ꢀꢀ
(1)
49.3、制动释放时间测试
50.可编程控制器3控制二通电磁阀2打开时，制动器5进行制动，制动轮缸活塞9达到最大制动行程后；通过可编程控制器3控制二通电磁阀2关闭，使制动器5停止制动；记录二通电磁阀2关闭的时刻t
c
和压电元件12的电信号由最大电信号恢复至初始值的时刻t
i
，计算得出制动释放时间t
s
，计算公式如下：
51.t
s
＝t
i
–
t
c
ꢀꢀ
(2)
52.4、实际制动频率和最高制动频率测试
53.可编程控制器3控制二通电磁阀2以一定频率进行通断，进一步使制动器5以一定的频率进行制动、停止制动；进一步使制动轮缸活塞9以一定的频率进行外移、回位的往复运动；进一步使动永磁体10以一定的频率进行外移、回位的往复运动；进一步使动永磁体10与定永磁体11产生按照一定频率变化的排斥力；进一步使压电元件12产生按照二通电磁阀2通断频率变化的电信号。
54.因此，在实际测试中，可编程控制器3控制二通电磁阀2开展不同通断频率的测试，通过对比通断频率和压电元件12产生的电信号的变化频率，可以得到制动器5的实际制定频率和最高制动频率。
55.1)通过可编程控制器3控制二通电磁阀2按照低于被测制动器5最高制动频率的某一固定频率接通和断开气路时，制动器5能够响应每一次制动动作，按照该频率进行制动和停止制动，制动轮缸活塞9在初始位置和最大制动行程位置之间往复运动，使压电元件12产生类似正弦信号的电信号，统计某一时间段t内的压电元件12产生电信号的波峰或波谷数量a，求得制动器5的实际制动频率如下：
56.f＝a/t
ꢀꢀ
(3)
57.式中，f
‑‑
制动器实际制动频率；
58.t
‑‑
测试时间段(s)；
59.a
‑‑
测试时间段内的波峰或波谷数量。
60.进一步地，一般对f向上取整，将取整结果f作为测试结果：
61.f＝[f]
[0062]
2)可编程控制器3以某一通断频率f0控制二通电磁阀2进行通断：
[0063]
如果二通电磁阀2的通断频率f0≤制动器5的实际制动频率f，可以逐渐增加二通电磁阀2的通断频率，则将f0以t为递增步长逐渐增加，直至二通电磁阀2的通断频率增加到f0+nt，f0+nt＞f时，制动器5的实际工作频率f跟不上二通电磁阀2的通断频率了，则制动器5没有工作能力，因此，取f0+nt前一时段的频率f0+(n
‑
1)t为制动器5的最高制动频率；n≥1。步长t一般取1hz。
[0064]
如果二通电磁阀2的通断频率f0＞制动器5的实际制动频率f，则制动器5的制动频率跟不上二通电磁阀2的通断频率，制动器5没有能力工作，需逐渐减小通断频率，则将f0以t为递减步长逐渐减小，直至f0‑
nt≤f时，取f0‑
nt为制动器5的最高制动频率。