專利名稱：基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)電混合模擬技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)電混合模 擬技術(shù)的基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺。
背景技術(shù)：
目前，我國汽車上已普遍裝配了各種ABS裝置，ABS裝置的研發(fā)已成為我國汽車電 子裝置研究開發(fā)中的熱點(diǎn)問題之一。因此在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)過程中，需要 針對不同的控制方法進(jìn)行大量的試驗(yàn)，在反復(fù)的試驗(yàn)中獲取一些關(guān)鍵的參數(shù)。此類試驗(yàn)一 般可分為整車道路試驗(yàn)和試驗(yàn)臺模擬試驗(yàn)兩種。整車道路試驗(yàn)的成本較高，試驗(yàn)過程需在 車輛高速行駛制動(dòng)情況下進(jìn)行，帶有一定的危險(xiǎn)性；況且由于受地區(qū)與季節(jié)條件的限制，自 然狀態(tài)下的路面尤其是結(jié)冰路面與積雪路面以及不同路面結(jié)合試驗(yàn)均不容易實(shí)現(xiàn)。而利用 專門的試驗(yàn)臺測試來替代部分整車試驗(yàn)與通常的道路試驗(yàn)相比，具有試驗(yàn)速度快、成本低、 測試數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定、可比性好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺模擬試驗(yàn)的過程中，為了保證試驗(yàn)條件 與實(shí)際工況相一致，多數(shù)試驗(yàn)臺都采用滾筒進(jìn)行道路模擬，采用大質(zhì)量飛輪模擬汽車的運(yùn) 動(dòng)慣量。因?yàn)槠囍苿?dòng)過程是在持續(xù)制動(dòng)階段才出現(xiàn)車輪抱死滑移現(xiàn)象，而當(dāng)車輛低速運(yùn) 行時(shí)采取緊急制動(dòng)，其制動(dòng)過程較短，制動(dòng)力一旦達(dá)到峰值汽車就停住了，并未產(chǎn)生持續(xù)的 制動(dòng)階段。同時(shí)受滾筒曲率的影響，車輛在滾筒式試驗(yàn)臺上的滑移率與在平坦道路上的滑 移率也有一定的差別。滾筒并不能完全達(dá)到精確地模擬路面狀況的目的，所以以滑移率控 制為主的ABS試驗(yàn)臺必須裝備汽車速度測量裝置，這就導(dǎo)致試驗(yàn)臺成本較高。而國內(nèi)清華大學(xué)所搭建的車輛傳動(dòng)系試驗(yàn)臺采用了機(jī)械慣量電模擬的方法。通過 對電渦流測功器進(jìn)行控制補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際慣性力矩和試驗(yàn)臺模擬慣性力矩差異的消 除，從而使慣性力的模擬更為精確。東南大學(xué)同樣使用混合模擬技術(shù)研制出了同步器試驗(yàn) 系統(tǒng)。該系統(tǒng)在使用了一部分機(jī)械慣量的基礎(chǔ)上，采用慣量電模擬技術(shù)對電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn) 行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償控制，通過控制系統(tǒng)在線調(diào)整控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械慣量較為準(zhǔn)確的模擬控制， 有效提高了試驗(yàn)精度，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單易操作。南京林業(yè)大學(xué)在進(jìn)行ABS制動(dòng)系統(tǒng) 試驗(yàn)臺的研究搭建過程中也應(yīng)用了機(jī)械慣量電模擬的方法，但是其外觀與實(shí)際的ABS系統(tǒng) 外觀相差很大，并且該系統(tǒng)只可以模擬測試單個(gè)輪速的變化情況，尚無法模擬測試ABS制 動(dòng)的全過程。所以要評定ABS防抱死系統(tǒng)的狀況，必須采用高車速工況來檢測，以使受檢測 的汽車經(jīng)過制動(dòng)階段后再停住。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對現(xiàn)有車輛試驗(yàn)臺的不足的問題，提出了一種基于機(jī)電混合模擬 技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺，通過運(yùn)用車輛動(dòng)力學(xué)研究方法對汽車運(yùn)動(dòng)及受力情況進(jìn)行 研究分析，從理論上分析了采用混合模擬技術(shù)的可行性；通過運(yùn)用電機(jī)學(xué)中相關(guān)理論進(jìn)行 電機(jī)功率、電機(jī)額定電壓、勵(lì)磁方法及調(diào)速方法的計(jì)算研究，結(jié)合電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)理論對系統(tǒng) 所拖動(dòng)部件進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算分析，并根據(jù)現(xiàn)代控制理論思想完成對整個(gè)ABS試驗(yàn)臺閉環(huán)控
3制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；通過利用機(jī)械設(shè)計(jì)及工程力學(xué)的理論知識對試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行分析 研究，完成對ABS試驗(yàn)臺中臺架部分的設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn) 臺，前后軸上各有兩個(gè)制動(dòng)盤，左前輪和右前輪分別安裝了轉(zhuǎn)速信號盤-霍爾傳感器和輪 速傳感器，并在前軸的左右兩邊各加裝一個(gè)磁粉離合器，左前輪和右前輪共用一個(gè)電動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)飛輪通過傳動(dòng)皮帶、皮帶輪、磁粉離合器將動(dòng)力傳遞給車輪，電 動(dòng)機(jī)輸出軸上有的電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，磁粉離合器傳遞的扭矩經(jīng)聯(lián)軸器傳遞給車輪；輪速傳 感器測得轉(zhuǎn)速信號送入F/V變換器(進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)采集卡的A/D接口，PC機(jī) 讀取采集卡上的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出控制信號，經(jīng)功率放大 器產(chǎn)生控制磁粉離合器的電壓；輪速傳感器測得轉(zhuǎn)速信號送入F/V變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到 的車速模擬值與電動(dòng)機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速，兩個(gè)車速進(jìn)行計(jì)算比較， 得到偏差信號輸入數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，處理后控制信號輸出到變頻器，變頻 器控制電動(dòng)機(jī)頻率的調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性 能試驗(yàn)臺，從模擬不同路面對車輪的制動(dòng)力，來達(dá)到制動(dòng)力電模擬的效果。由磁粉離合器傳 度力矩來進(jìn)行補(bǔ)償，來達(dá)到機(jī)械慣量電模擬的效果。保證試驗(yàn)臺上車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與實(shí)際 汽車道路行駛時(shí)的一致性。
圖1為本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺磁粉離合器 控制原理框圖；圖3為本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺電動(dòng)機(jī)閉環(huán) 控制原理框圖；圖4為本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺軟件系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)組成圖；圖5為本實(shí)用新型基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺軟件界面圖。
具體實(shí)施方式
基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。在結(jié)構(gòu)上，前 后軸上各有兩個(gè)制動(dòng)盤5，左前輪和右前輪分別安裝了轉(zhuǎn)速信號盤，霍爾傳感器1和輪速傳 感器4，并在前軸的左右兩邊各加裝一個(gè)磁粉離合器3，來實(shí)現(xiàn)汽車行駛在分離路面上時(shí)的 制動(dòng)情況。左前輪和右前輪在結(jié)構(gòu)和組成上是完全相同的，共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，但在 輪速的測量和磁粉離合器系統(tǒng)的控制上是相互獨(dú)立的。由電動(dòng)機(jī)6直接帶動(dòng)飛輪10通過 傳動(dòng)皮帶9、皮帶輪2、磁粉離合器3將動(dòng)力傳遞給車輪，動(dòng)飛輪10另一端接軸承11，此時(shí)電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際為汽車的速度，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速是通過另外一個(gè)裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的 轉(zhuǎn)速傳感器7來測得的。磁粉離合器3傳遞的扭矩是經(jīng)聯(lián)軸器8傳遞給車輪的，此時(shí)磁粉 離合器3模擬地面對車輪的作用力，所以磁粉離合器3的輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速是有差異 的，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的轉(zhuǎn)速是有差異的。當(dāng)輪速傳感器4接收到輪速信號，經(jīng)處理后傳送給數(shù)據(jù)采集卡，此時(shí)計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和計(jì)算，然后通過數(shù)據(jù)采集卡將信號傳遞 給變頻器，變頻器通過改變頻率來控制電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)。當(dāng)汽車設(shè)定 在單一或者對接路面上行駛時(shí)，試驗(yàn)臺上只有臺架下方的磁粉離合器3模擬路面信息，而 當(dāng)汽車設(shè)定在分離路面上行駛時(shí)，則由臺架前軸上的左右兩個(gè)磁粉離合器3分別模擬路面 fn息ο試驗(yàn)臺中制動(dòng)力的電模擬主要是依靠磁粉離合器3的作用，通過它來傳遞扭矩， 并且通過調(diào)節(jié)激磁電流就可以控制其輸出扭矩的大小，從而模擬不同路面對車輪的制動(dòng) 力，來達(dá)到制動(dòng)力電模擬的效果。而試驗(yàn)臺中的慣量模擬則是通過加裝慣性飛輪，通過電機(jī) 帶動(dòng)飛輪以提供部分慣量，其他慣量由磁粉離合器傳度力矩來進(jìn)行補(bǔ)償，來達(dá)到機(jī)械慣量 電模擬的效果。因?yàn)樵趯?shí)際情況中，汽車制動(dòng)時(shí)會具有相當(dāng)大的慣量，所以必須保證試驗(yàn)臺 上車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與實(shí)際汽車道路行駛時(shí)的一致。具體控制如下1)在磁粉離合器控制系統(tǒng)中，用輪速傳感器4測得轉(zhuǎn)速信號，此時(shí)通過輪速傳感 器4測得的轉(zhuǎn)速信號為頻率信號，為了將頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，在這里使用F/V變換器 12進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過F/V變換器12把模擬信號輸入到數(shù)據(jù)采集卡14的A/D接口。計(jì)算機(jī)通 過調(diào)用采集程序去讀取采集卡上的數(shù)據(jù)，一方面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，另一方面由主控制程序通 過調(diào)用計(jì)算程序來計(jì)算，并得到輪速信號、車輪減速度以及磁粉離合器的控制值，并按照在 制動(dòng)力相同的條件下車輪減速度為目標(biāo)，以確定磁粉離合器3傳遞扭矩的增量所對應(yīng)控制 磁粉離合器勵(lì)磁電壓的增量，并由數(shù)據(jù)采集卡14發(fā)出控制信號，并由功率放大器13來產(chǎn)生 控制磁粉離合器3的電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對磁粉離合器輸出轉(zhuǎn)矩的控制。磁粉離合器控制系 統(tǒng)如圖2所示。2)在電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，試驗(yàn)臺中的設(shè)定速度是由裝在軸側(cè)的輪速傳感器4 測得轉(zhuǎn)速后，輪速信號通過F/V變換器12的轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號被送到數(shù)據(jù)采集卡14的A/ D 口，此時(shí)計(jì)算機(jī)通過計(jì)算程序得到所設(shè)定的速度。本試驗(yàn)臺上通過利用電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 來模擬實(shí)際的車速。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速是通過另外一個(gè)裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器 7來測得的，經(jīng)計(jì)算得到反饋的目標(biāo)車速，計(jì)算機(jī)程序通過把所得到的兩個(gè)車速進(jìn)行計(jì)算比 較，得到偏差信號。數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器16對得到的偏差信號進(jìn)行比例_積分_微分的處理， 最后得到了變頻器17的控制信號。數(shù)據(jù)采集卡通過將信號送給變頻器，來實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)6 頻率的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)車速的模擬。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)如圖3所示3)以Labview為平臺對系統(tǒng)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，這個(gè)軟件系統(tǒng)主要包含四個(gè)模塊系 統(tǒng)標(biāo)定模塊，其作用主要是對試驗(yàn)系統(tǒng)中所需測量的速度和扭矩進(jìn)行標(biāo)定；測試模塊，主要 是對系統(tǒng)中的輪速信號進(jìn)行速度的測量；控制模塊，是對試驗(yàn)臺中磁粉離合器系統(tǒng)和電動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制；數(shù)據(jù)處理模塊，主要是對系統(tǒng)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及實(shí)時(shí)的 顯示。軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。在本試驗(yàn)臺中，實(shí)驗(yàn)者輸入目標(biāo)車速和路面狀況信息。路面狀況選擇可以根據(jù)需 要選擇不同的路面，分別對應(yīng)不同的附著系數(shù)，反映不同狀態(tài)下ABS的工作過程變化。選擇 時(shí)只需單擊路面狀況前的選擇點(diǎn)，當(dāng)選擇在單一路面上時(shí)，左右輪的選擇是一樣的。當(dāng)選擇 在分離路面上時(shí)，可根據(jù)用戶的選擇設(shè)定左右輪所處路面的狀況。當(dāng)選擇在對接路面上時(shí)， 只需點(diǎn)擊最下方的對接路面選擇框即可。當(dāng)完成以上步驟后，可以單擊“開始準(zhǔn)備”按鈕，此時(shí)軟件進(jìn)入等待狀態(tài)，直到外部硬件起動(dòng)并達(dá)到設(shè)定車速后程序會執(zhí)行后續(xù)功能。軟件 界面如圖5所示。
權(quán)利要求一種基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺，其特征在于，前后軸上各有兩個(gè)制動(dòng)盤(5)，左前輪和右前輪分別安裝了轉(zhuǎn)速信號盤 霍爾傳感器(1)和輪速傳感器(4)，并在前軸的左右兩邊各加裝一個(gè)磁粉離合器(3)，左前輪和右前輪共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)(6)直接帶動(dòng)飛輪(10)通過傳動(dòng)皮帶(9)、皮帶輪(2)、磁粉離合器(3)將動(dòng)力傳遞給車輪，電動(dòng)機(jī)(6)輸出軸上有電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(7)，磁粉離合器(3)傳遞的扭矩經(jīng)聯(lián)軸器(8)傳遞給車輪；輪速傳感器(4)測得轉(zhuǎn)速信號送入F/V變換器(12)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)采集卡(14)的A/D接口，PC機(jī)(15)讀取采集卡上的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集卡(14)發(fā)出控制信號，經(jīng)功率放大器(13)產(chǎn)生控制磁粉離合器(3)的電壓；輪速傳感器(4)測得轉(zhuǎn)速信號送入F/V變換器(12)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到的車速與電動(dòng)機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器(7)測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速，兩個(gè)車速進(jìn)行計(jì)算比較，得到偏差信號輸入數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器(16)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，處理后控制信號輸出到變頻器(17)，變頻器(17)控制電動(dòng)機(jī)(6)頻率的調(diào)節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于機(jī)電混合模擬技術(shù)的防抱死制動(dòng)性能試驗(yàn)臺，輪速傳感器測得轉(zhuǎn)速信號送入F/V變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出到數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)讀取采集卡上的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出控制信號，到功率放大器產(chǎn)生控制磁粉離合器的電壓；前輪所測轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)輸出軸上轉(zhuǎn)速傳感器所測的電機(jī)轉(zhuǎn)速，兩個(gè)車速輸入數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行處理，處理后控制信號輸出到變頻器，變頻器控制電動(dòng)機(jī)頻率的調(diào)節(jié)，使得測得的輪速能很好的跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)臺上飛輪模擬部分慣量，其他的由磁粉離合器傳度力矩來進(jìn)行補(bǔ)償，來達(dá)到機(jī)械慣量電模擬的效果。保證測試裝置上車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與實(shí)際汽車道路行駛時(shí)的一致性。
文檔編號G01M17/007GK201732000SQ201020139248
公開日2011年2月2日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者周萍, 孫躍東, 李維佳, 沈睿 申請人:上海理工大學(xué)