基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台.pdf

本发明为基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，包括工控机、轮速生成装置、被测系统、压力源、放气系统、制动系统、数据采集系统。工控机运行的测试软件包含整车模型、轮胎模型、路面模型和制动器模型、数据处理、轮速实时控制及人机操作界面；轮速生成装置由运动控制器、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机和齿圈构成；放气系统由电磁阀构成；压力源由液压站和油缸构成；制动系统由制动主缸、制动轮缸和压力传感器构成。本试验台可通过闭环和开环两种方案对ABS控制器、压力调节器和轮速传感器进行性能检测，也可对整个ABS系统进行强化试验，考核其可靠性。本试验台适用于ABS研发过程，亦可用于批量ABS检测设备的生产。

1.  一种基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，包括工控机(1)、运动控制器(2)、交流伺服电机驱动器(3)、交流伺服电机(4)、齿圈(5)、轮速传感器(6)、汽车液压ABS系统ECU(7)和HCU(8)、夹具(9)、液压站(14)、油缸(15)、制动主缸(16)、制动轮缸(10)、电磁阀(11)、压力表(12)、压力传感器(13)和数据采集板卡(17)和自编测试软件(18)。

2.  根据权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，其特征是：由运动控制器(2)、交流伺服电机驱动器(3)、交流伺服电机(4)和齿圈(5)构成轮速生成装置(19)；由液压站(14)和油缸(15)构成压力源(21)；由电磁阀(11)构成放气系统(22)；由制动主缸(16)、制动轮缸(10)和压力传感器(13)构成制动系统(23)；由自制数据采集板卡(17)和串口构成数据采集系统(24)；工控机(1)所运行的自编测试软件(18)包含整车模型、轮胎模型、路面模型、制动器模型、数据采集处理、轮速实时控制以及人机操作界面。

3.  根据权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，其特征是：轮速生成装置中的齿圈(5)安装在交流伺服电机(4)的轴上，通过上位机的自编测试软件(18)发出控制指令，经运动控制器(2)和交流伺服驱动器(3)来控制交流伺服电机(4)带动齿圈(5)运动。

4.  根据权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，其特征是：液压站(14)与油缸(15)由顶杆相连，油缸(15)与制动主缸(16)由油路相连。工控机(1)可以通过数据采集系统(24)控制液压站(14)压力的变化。

5.  根据权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，其特征是：具有由电磁阀(11)构成的放气系统(22)，代替实车的放气螺栓。

6.  一种利用权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台进行闭环工作的方法：
试验开始前，在工控机(1)上通过测试软件(18)先设定某一制动初速度，再发出控制信号经数据采集板卡(17)控制液压站(14)操控油缸(15)对制动主缸(16)加压，使主缸压力达到设定的某一试验压力值；此时由压力传感器(13)采集到的制动轮缸(10)压力值通过数据采集系统(24)被送入工控机内的车辆制动器模型，通过制动器模型将得出制动力，根据整车模型、轮胎模型和路面模型将会实时计算出轮速变化情况，并控制交流伺服电机(4)按照轮速的变化趋势改变转速；由轮速传感器(6)采集到轮速信号送入被测试系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀控制制动回路内压力变化，同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号也送入数据采集板卡(17)，并和压力一起输出至上位机人机界面显示保存，用于分析和评判被测系统的控制逻辑、疲劳寿命、性能及可靠性。

7.  一种利用权利要求1所述的基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台进行开环工作的方法：
自编测试软件(18)提供实车在高附着系数路面下高、低速测试曲线，中附着系数路面下高、低速测试曲线，低附着系数路面下高、低速测试曲线；试验开始前，在工控机(1)上通过测试软件(18)发出控制信号经数据采集板卡(17)控制液压站(14)操控油缸(15)对制动主缸(16)加压，使主缸压力达到设定的某一试验压力值，再设定某一制动初速度；通过测试软件(18)发出控制信号，经运动控制器(2)和交流伺服电机驱动器(3)，控制交流伺服电机(4)带动齿圈(5)以设定的轮速制动曲线运动；由轮速传感器(6)采集到的轮速信号送入被测试系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀控制制动回路内压力变化；同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号和压力传感器(13)采集到的压力信号送入数据采集板卡(17)，并一起输出至上位机实时显示并保存，用以测试软件(18)分析和评判被测系统的基本性能。

基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台
技术领域
本发明涉及一种基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台，可以应用于汽车液压ABS测试，可检测液压ABS系统控制逻辑、疲劳寿命、性能及可靠性。
背景技术
ABS(Anti-lock Brake System，即制动防抱死系统)能把车轮的滑移率控制在一定的范围之内，充分地利用轮胎与路面的附着力，从而获得良好的方向稳定性和尽可能大的制动力。它在乘用车和商用车上得到了广泛的应用，装车率逐年大幅度提高。ABS系统本身出现故障将会导致巨大的财产损失甚至人身伤害，因此如何有效地检测ABS系统已成为众多研究者和厂商高度重视的问题。
目前，对汽车ABS系统检测方法主要有室外装车的道路试验和室内台架试验两种。对于室外道路试验，国内的汽车制动试验场在路面的组成、机构及其各路面附着系数的组合上还达不到严格的要求。而且它存在一定危险性，成本高，试验周期长、并且受气候影响。而室内的ABS系统仿真试验台克服了路试检测的缺点，实用价值较大。但是，国内外的汽车ABS仿真试验台，多数都局限于用微机来采集数据与控制分析，或是采用价格昂贵的DSP硬件和Matlab\Simulink专用软件构成的开发系统。也出现了用PC微机作为控制器的系统，但往往没有模拟系统。一些实时硬件闭环系统往往要采用两套计算机来构成，使系统变得复杂和庞大。这些系统未能将车辆模型与实车系统有机地集成于一体。而且在汽车ABS系统研发阶段，这些试验台主要用于ABS部件和系统的性能检测，但都不能考核系统的可靠性。很多国内生产厂家产品的质量检测和性能定期测试目前停留在凭驾驶员主观感觉来判断ABS工作是否正常的状态。显然这种检测方式已不能满足快速、有效、经济地检测ABS的要求。
鉴于国内试验条件的局限和ABS对检测条件的特殊要求，本文设计发明了基于轮速闭环的液压ABS测试试验台。本试验台可以对ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)、HCU(Hydraulic Control Unit，液压控制单元)、和轮速传感器这三大部件进行性能检测，也可对整个系统进行强化试验，考核系统可靠性，大大降低了试验费用、周期和风险。本试验台适用于ABS整个研发过程，亦可用于批量ABS检测设备的生产，具有一定实用价值。
发明内容
为了达到检测液压ABS系统控制逻辑、疲劳寿命、性能及可靠性的要求，本发明所采用的技术方案：
闭环方案：试验开始前，在工控机(1)上通过测试软件(18)先设定某一制动初速度，再发出控制信号经数据采集板卡(17)控制液压站(14)操控油缸(15)对制动主缸(16)加压，使主缸压力达到设定的某一试验压力值；此时由压力传感器(13)采集到的制动轮缸(10)压力值通过数据采集系统(24)被送入工控机内的车辆制动器模型，通过制动器模型将得出制动力，根据整车模型、轮胎模型和路面模型将会实时计算出轮速变化情况，并控制交流伺服电机(4)按照轮速的变化趋势改变转速；由轮速传感器(6)采集到轮速信号送入被测试系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀控制制动回路内压力变化，同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号也送入数据采集板卡(17)，并和压力一起输出至上位机人机界面显示保存，用于分析和评判被测系统的控制逻辑、疲劳寿命、性能及可靠性。
开环方案：自编测试软件(18)提供实车在高附着系数路面下高、低速测试曲线，中附着系数路面下高、低速测试曲线，低附着系数路面下高、低速测试曲线；试验开始前，在工控机(1)上通过测试软件(18)发出控制信号经数据采集板卡(17)控制液压站(14)操控油缸(15)对制动主缸(16)加压，使主缸压力达到设定的某一试验压力值，再设定某一制动初速度；通过测试软件(18)发出控制信号，经运动控制器(2)和交流伺服电机驱动器(3)，控制交流伺服电机(4)带动齿圈(5)以设定的轮速制动曲线运动；由轮速传感器(6)采集到的轮速信号送入被测试系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀控制制动回路内压力变化；同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号和压力传感器(13)采集到的压力信号送入数据采集板卡(17)，并一起输出至上位机实时显示并保存，用以测试软件(18)分析和评判被测系统的基本性能。
附图说明：
图1是基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台结构原理图。
图2是基于轮速闭环模拟的液压ABS测试试验台工作流程图。
具体实施方式：
本试验台主要由工控机(1)、轮速生成装置(19)、被测系统(20)、压力源(21)、放气系统(22)、制动系统(23)和数据采集系统(24)组成。
下面是结合附图对本发明做进一步的说明：
参阅图1，工控机(1)与运动控制器(2)经PCI插槽相连，运动控制器(2)与交流伺服电机驱动器(3)经转接插头相连，交流伺服电机驱动器(3)与交流伺服电机(4)经220V电源线及信号线相连；齿圈(5)固定在交流伺服电机(4)的轴上，轮速传感器(6)与齿圈(5)保持适当间隙固定在交流伺服电机(4)上；从而工控机(1)可以控制交流伺服电机(4)的运转。
被测系统(20)包括ABS的ECU(电子控制单元)(7)和HCU(液压控制单元)(8)，固定在特制卡具(9)上。HCU(8)与制动主缸(16)及制动轮缸(10)经油路相连。液压站(14)与油缸(15)由顶杆相连，油缸(15)与制动主缸(16)由油路相连。
制动主缸(16)分别连接有两个电磁阀(11)、两个压力表(12)和两个压力传感器(13)。四个制动轮缸(10)分别连接各自的电磁阀(11)、压力表(12)和压力传感器(13)。两个制动主缸电磁阀(11)和四个制动轮缸电磁阀(11)构成放气系统(22)。
轮速传感器(6)和压力传感器(13)经RS232串口总线与数据采集板卡(17)连接，从而采集轮速信号和压力信号。液压站(14)经RS232串口总线与数据采集板卡(17)连接，从而工控机(1)可以通过数据采集系统控制液压站(14)压力的变化。
本试验台工作流程图如图2所示：
闭环工作方式：上位机控制指令由工控机测试软件(18)发出，经运动控制器(2)控制交流伺服电机驱动器(3)驱动交流伺服电机(4)带动齿圈(5)转动达到设定的制动初速度。此时，压力传感器(13)传出的压力信号被送至数据采集板卡(17)，经串口传至工控机(1)。工控机(1)根据接收的轮缸压力值由车辆制动器模型得出制动力，并根据整车模型、轮胎模型和路面模型实时计算出当前的轮速值，从而控制交流伺服电机(4)带动齿圈(5)按照轮速的变化趋势改变转速，由轮速传感器(6)采集到轮速信号送入被测系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀产生动作，通过恒压油源和制动主缸在制动回路中产生制动压力。同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号也送入数据采集板卡(17)，并和压力一起输出至上位机显示保存。
开环工作方式：上位机控制指令由工控机测试软件(18)发出，经运动控制器(2)控制交流伺服电机驱动器(3)驱动交流伺服电机(4)带动齿圈(5)按照载入的轮速制动曲线转动。由轮速传感器(6)采集到轮速信号送入被测系统(20)的控制器，ABS的ECU(7)再操作HCU(8)的电磁阀控制制动回路内压力变化；同时轮速传感器(6)采集到的轮速信号和压力传感器(13)采集到的压力信号送入数据采集板卡(17)，并一起输出至上位机实时显示并保存。