CN102589897A - 汽车气压abs/asr关键部件检测及控制开发实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，是一种既融合了ABS/ASR故障检测功能和控制单元的开发功能，同时又是专门针对气压ABS/ASR系统开发的适于应用的实验台。该实验台由机械系统、制动轮缸模拟系统、人机交互系统、信号控制系统、信号采集系统及轮速模拟电路系统组成。该实验台采用了制动轮缸模拟系统取代实车制动轮毂，成为基于xPCTarget实时技术的信号控制系统。其中，控制界面中可以根据需要自主修改控制单元的故障码设定，并可以利用动力学模型进行控制单元的控制策略开发。

Description

汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台

技术领域

本发明涉及一种汽车气压ABS/ASR系统关键部件检测和车辆制动防滑及驱动防滑控制功能开发的试验装置，尤其是涉及一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台。

背景技术

目前，现有技术中已经有多种关于ABS/ASR系统的实验台的装置，但针对液压系统的较多，而专门针对气压ABS/ASR系统而发明的实验台较少。并且，现行的ABS/ASR测试及开发实验台主要分为两大类：第一类为基于实车的ABS/ASR性能测试，通过将实车的驱动轮放置到实验台上来达到测试目的，这种实验台不仅很易受时间、场地、车辆等条件的限制，且通常不具有单项故障的检测功能；第二大类为基于动力学模型的仿真测量实验台，这种实验台主要针对控制单元的开发。

其中，西安正昌电子有限公司的“一种多通道ABS防抱死系统的综合调试台”，专利申请号为200720032652.9。该专利主要用于ABS系统的检测及调试。

中国农业大学的“一种汽车ABS/EBD综合试验系统”，专利申请号为201010115131.6。该实验台采用转鼓形式，主要是测试实车的ABS/EBD性能，是一种动态测试实验台。

苏州凌创电子系统有限公司的“一种防抱死制动系统控制模块功能检测设备”，专利申请号为201010283729.6。该专利主要用来检测ABS系统控制模块功能，且检测时需依赖实车。

吉林大学的“主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台”，专利申请号为200610017223.4。该专利主要是重型载货汽车的主动防滑系统的控制策略的开发研究和试验，不涉及关键部件的检测。

北京理工大学和吉林大学非矿技术装备研究院申请的“基于制动器惯性试验的汽车ABS/ASR装置实验台”，专利申请号为200410046010.5。该专利是一种单轮的ABS/ASR控制性能动态测试实验台。

长安大学的“一种可变附着系数的室内车辆ABS试验台”，专利申请号为200710019075.4。该专利是一种ABS系统性能动态测试实验台，通过改变扭矩控制器控制电流来改变试验台的附着系数。

北仑夏冰电子有限公司的“多功能汽车检测仪及汽车ABS、ASR性能测试方法”，申请专利号是201110032298.0。该专利是在汽车检测仪上增加了ABS和ASR的检测功能。

目前还没有一种既融合了ABS/ASR故障检测功能和控制单元的开发功能，同时是专门针对气压ABS/ASR系统开发的适于应用的实验台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，可用于测试气压ABS防抱死制动系统、ASR驱动防滑系统的关键部件的检测，同时可利用所搭建的商用车动力学模型，进行闭环仿真测试，可用于开发ABS/ASR的控制单元，并可以根据需要检测企业自主开发的控制单元的控制策略，满足企业及相关研究机构的需求。

为了实现上述目的，本发明是按如下技术方案实现的：

一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，包括机械系统、制动轮缸模拟系统、人机交互系统、信号控制系统、信号采集系统及轮速模拟电路系统。

所述的机械系统包括基础框架、气室、阀体固定机构、气源、储气筒、操作台、踏板支架及制动总阀。基础框架为角钢焊接而成的框架结构。

所述的制动轮缸模拟系统包括气室固定架、气室弹簧推块、导向筒、弹簧组成。当制动踏板踩下时，储气筒内压缩空气经制动踏板，继动阀、ABS调节器进入气室，推动气室推杆伸出，固定在气室推杆端部的气室弹簧推块向前移动，压在弹簧上，导致弹簧的变形，从而产生变形力，形成气室的变形阻力，这样就能模拟实际车辆制动时，制动钳与制动盘接触形成的静态制动力。

所述的人机交互系统包括控制电脑、自主开发的交互界面及信号控制系统。该交互界面用Labview语言进行开发，可以设定要运行的工况，显示当前检测的项目及检测结果，绘制曲线。信号控制系统采用的是xPCTarget。xPCTarget与控制电脑之间通过TCP/IP协议进行通讯，控制电脑将建立好的Matlab/Simulink模型，通过RTW和VC++编译器编译为一个可执行文件并下载到xPCTarget目标机中，目标机运用该应用程序，通过I/O通道与信号采集系统进行数据交换，最终实现硬件在环的实时仿真测试。

所述的信号采集系统包括轮速传感器故障模拟和电磁阀故障模拟模块。所述的轮速传感器故障模拟模块由主控芯片和电子开关组成，需要DC12V供电。每个轮速模拟系统产生4路信号，实验台包含4个轮速模拟系统共计产生16路信号，通过电子开关进行选择，使每个车轮产生的4个信号只有1个通过。目标机有1路电压信号送至故障模拟模块的主控芯片，进而通过主控芯片对电子开关进行控制。轮速传感器向ECU传送4路经过选择的轮速信号。所述的电磁阀故障模拟模块由主控芯片和电子开关组成，需要DC12V和DC24V供电。在故障模拟模块内设置高电平、低电平和悬空的形式，来模拟电磁阀对电源短路、对地短路和断路的故障。控制电脑有1路电压信号送至故障模拟模块的主控芯片，进而通过主控芯片对电子开关进行控制。

所述的轮速模拟系统包括电机、电机控制器、电机固定支架、齿圈、齿圈连接件、轮速传感器及ABS控制单元组成。齿圈通过连接件固定在电机的轴端上。电机安装在固定支架上，固定支架安装在基础框架上。固定支架上有5个孔，3个直孔，2个斜孔。孔内装有轮速传感器，3个直孔内的传感器距离齿圈表面的距离由近到远，分别模拟传感器信号正常，信号较弱及无信号。2个斜孔的倾斜角度分别为5度和10度，孔内安装有传感器，用来模拟传感器偏置的情况下传感器信号的状态。控制电脑将电机转速指令通过网线发送到信号控制系统，信号控制系统将该指令送到电机控制器，控制电机转动。电机由轮速传感器测量获取轮速，轮速传感器产生的信号经信号采集系统送到待测试的ECU。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台能够对气压ABS/ASR系统中的电磁阀、ECU控制器及传感器的安装进行检测；

2、本发明所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台能够修改检测程序中的故障码，从而适应各种ECU的检测；

2、本发明所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台能够进行控制策略的检测与开发和试验验证。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的制动轮缸模拟系统结构示意图。

图3是本发明的轮速模拟系统结构示意图。

图中：1.ABS阀，2.前桥继动阀，3.储气筒Ⅰ，4.气源，5.制动总阀，6.储气筒Ⅱ，7.后桥继动阀，8.三通，9.储气筒Ⅲ，10.ASR阀，11.ABS阀，12.后桥制动气室，13.轮速模拟电路系统，14.轮速传感器，15.电机，16.压力传感器，17.ABS阀，18.压力传感器，19.轮速模拟电路系统，20.电机，21.轮速传感器，22.后桥制动气室，23.控制单元，24.信号采集系统，25.故障设置模块，26.车辆动力学模块，27.界面，28.前桥制动气室，29.轮速传感器，30.电机，31.轮速模拟电路系统，32.压力传感器，33.压力传感器，34.电机，35.轮速模拟电路系统，36.轮速传感器，37.前桥制动气室，38.ABS阀，39.电机固定支架，40.齿圈，41.齿圈连接件，42.气室弹簧推块，43.弹簧，44.导向筒，45.气室固定架。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，由机械系统、制动轮缸模拟系统、人机交互系统(具有故障设置模块25、车辆动力学26、界面27)、信号控制系统、信号采集系统24及轮速模拟电路系统组成。其中，各车轮上均设置有轮速模拟电路系统，在附图1中分别为13、19、31、35。

所述的机械系统包括基础框架、前后桥制动气室(其中后桥制动气室12、22，前桥制动气室28、37)、阀体固定机构、气源4、储气筒、操作台、踏板支架、制动总阀5；所述的制动轮缸模拟系统包括气室固定架45、气室弹簧推块42、导向筒44、弹簧(43)；所述的人机交互系统包括控制电脑、自主开发的交互界面27及信号控制系统；所述的信号采集系统24包括轮速传感器故障模拟和电磁阀故障模拟模块；所述的轮速模拟系统包括电机15、电机控制器、电机固定支架39、齿圈40、齿圈连接件41、轮速传感器及ABS控制单元23。所述储气筒可以为多个储气筒，在附图1中储气筒Ⅰ、储气筒Ⅱ、储气筒Ⅲ分别为3、6、9所述基础框架为角钢焊接而成的框架结构。

所述机械系统中存在5条气压制动控制回路，第一条回路由气源4开始，经储气筒Ⅰ(见图中3)、前桥继动阀2分别连接到前轮的ABS电磁阀(见图中1、38)并最终连接到两个相同的前桥制动气室(见图中28、37)；第2条气路由储气筒Ⅰ(见图中3)经制动总阀(5)连接到前桥继动阀2；第3条气路由气源4开始，经储气筒Ⅱ(见图中36)、后桥继动阀7分别连接到后轮的ABS电磁阀(见图中11、17)并最终连接到两个相同的后桥制动气室(见图中12、22)；第4条气路由储气筒Ⅱ(见图中36)经制动总阀5、三通8连接到后桥继动阀7；第5条气路由储气筒Ⅲ(见图中9)经ASR阀10连接到三通8。

前后桥制动气室(见图中28、37、12、22)端口处都串接有气压压力传感器(见图中16、18、32、33)，工作电压为5V，测量范围为0～1MPa。

具体参考图2，所述的制动轮缸模拟系统包括气室固定架45、气室弹簧推块42、导向筒44、弹簧43。当制动总阀5被踩下时，储气筒3、6内压缩空气经制动总阀5、前后桥继动阀(见图中2、7)、前后轮ABS阀(见图中1、11、17、38)分别进入前后桥制动气室(见图中12、22、28、37)，推动气室推杆伸出，固定在气室推杆端部的气室弹簧推块42向前移动，压在弹簧43上，导致弹簧的变形，从而产生变形力，形成气室的变形阻力，从而模拟实际车辆制动时制动钳与制动盘接触形成的静态制动力。所述实验台采用了四套制动轮缸模拟系统来分别模拟汽车的4个车轮制动状态。

所述的人机交互系统包括控制电脑、自主开发的交互界面27及信号控制系统。该交互界面可采用用Labview语言进行开发，可以设定要运行的工况，显示当前检测的项目及检测结果，绘制曲线。信号控制系统采用的是xPCTarget。xPCTarget与控制电脑之间通过TCP/IP协议进行通讯，控制电脑将建立好的Matlab/Simulink模型，通过RTW和VC++编译器编译为一个可执行文件并下载到xPCTarget目标机中，目标机运用该应用程序，通过I/O通道与信号采集系统进行数据交换，最终实现硬件在环的实时仿真测试。

所述的信号采集系统24包括轮速传感器故障模拟和电磁阀故障模拟模块。所述的轮速传感器故障模拟模块由主控芯片和电子开关组成，需要DC12V供电。每个轮速模拟系统产生4路信号，实验台包含4个轮速模拟系统共计产生16路信号，通过电子开关进行选择，使每个车轮产生的4个信号只有1个通过。目标机有1路电压信号送至故障模拟模块的主控芯片，进而通过主控芯片对电子开关进行控制。轮速传感器向ECU传送4路经过选择的轮速信号。所述的电磁阀故障模拟模块由主控芯片和电子开关组成，需要DC12V和DC24V供电。在故障模拟模块内设置高电平、低电平和悬空的形式，来模拟电磁阀对电源短路、对地短路和断路的故障。控制电脑有1路电压信号送至故障模拟模块的主控芯片，进而通过主控芯片对电子开关进行控制。

参考图3，所述的轮速模拟系统包括电机15、电机控制器、电机固定支架39、齿圈40、齿圈连接件41、多个轮速传感器(见图中14、21、29、36)及ABS控制单元23。齿圈通过连接件固定在电机的轴端上。电机为直流电机，安装在固定支架上，固定支架安装在基础框架上。固定支架上有5个孔，3个直孔，2个斜孔。孔内装有轮速传感器，3个直孔内的传感器距离齿圈表面的距离由近到远，分别模拟传感器信号正常，信号较弱及无信号。2个斜孔的倾斜角度分别为5度和10度，孔内安装有传感器，用来模拟传感器偏置的情况下，传感器信号的状态。控制电脑将电机转速指令通过网线发送到信号控制系统，信号控制系统将该指令送到电机控制器，控制电机转动。电机由轮速传感器测量获取轮速，轮速传感器产生的信号经信号采集系统送到待测试的控制单元。

电机控制器通过信号采集系统(24)连接到信号控制系统；共16个轮速传感器通过线速连接到信号采集系统(24)中，可通过电机分别设置为间隙正常、间隙较大及偏置等状态。

齿圈40及齿圈连接件41之间可通过热装实现过盈配合，达到消除间隙、保证装配后齿圈平面度的目的。

进行闭环控制单元23开发的项目时，当操纵人员踩下制动总阀5时，气室端部的压力传感器测得制动压力，经信号采集系统24中的压力转换模块，送入信号控制系统，并通过TCP/IP协议送入到人机交互系统中的车辆动力学模型26中，车辆动力学模块经过计算，得到当前的车轮转速，经信号控制系统，通过信号采集系统24中的轮速转换模块发送到电机控制器，控制电机达到制定转速，电机固定支架39上固定的轮速传感器(见图中14、21、29、36)将测得的轮速信号发送到控制单元23，控制单元23通过内部固化的控制策略，向前轮及后轮的ABS阀(见图中1、11、17、38)发送控制指令，命令其通断，从而造成前后桥气室压力的变化，从而形成闭环控制系统。

进行ABS/ASR关键部件检测时，所采用的步骤是：

a.在人机交互系统所包含的交互界面27中选择零部件检测项目；

b.控制电脑自动运行编制的程序，首先指定电机达到一个稳定的转速；

c.控制程序通过故障设置程序25自动运行当前检测项目的故障设置代码，控制电脑将指令通过信号控制系统发送到信号采集系统24，信号采集系统在主控芯片的作用下，选择不同的电子开关，从而模拟出轮速传感器及电磁阀不同的故障状态，并将这种状态送入到控制单元23，控制单元会根据不同的故障报出不同的闪码；信号采集系统将控制单元23报出的闪码采集并反馈到主控电脑中，与所设定的故障码进行比对是否一致，从而达到检测到目的。

以上的论述仅仅是本发明的优选实施例，是为了解释和说明，并不是对本发明本身的限制。本发明并不局限于这里公开的特定实施例，而由下面的权利要求确定。另外，在前面的描述中的与特定的实施例有关的记载并不能解释为对本发明的范围或者权利要求中使用的术语的定义的限制。所公开实施例的各种其它不同的实施例和各种不同的变形对于本领域技术人员来说是显而易见的。但所有不背离本发明基本构思的这些实施例、改变和变形均在所附权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，由机械系统、制动轮缸模拟系统、人机交互系统(25、26、27)、信号控制系统、信号采集系统(24)及轮速模拟电路系统(13、19、31、35)组成，其特征在于所述的机械系统包括基础框架、气室(12、22、28、37)、阀体固定机构、气源(4)、储气筒(3、6、9)、操作台、踏板支架、制动总阀(5)；所述的制动轮缸模拟系统包括气室固定架(45)、气室弹簧推块(42)、导向筒(44)、弹簧(43)；所述的人机交互系统包括控制电脑、自主开发的交互界面(27)及信号控制系统；所述的信号采集系统(24)包括轮速传感器故障模拟模块和电磁阀故障模拟模块；所述的轮速模拟系统包括电机(15)、电机控制器、电机固定支架(39)、齿圈(40)、齿圈连接件(41)、轮速传感器(14、21、29、36)及ABS控制单元(23)。

2.如权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于所述机械系统中存在5条气压制动控制回路，第一条回路由气源(4)开始，经储气筒Ⅰ(3)、前桥继动阀(2)分别连接到前轮的ABS电磁阀(1、38)并最终连接到两个相同的前桥制动气室(28、37)；第2条气路由储气筒Ⅰ(3)经制动总阀(5)连接到前桥继动阀(2)；第3条气路由气源(4)开始，经储气筒Ⅱ(36)、后桥继动阀(7)分别连接到后轮的ABS电磁阀(11、17)并最终连接到两个相同的后桥制动气室(12、22)；第4条气路由储气筒Ⅱ(36)经制动总阀(5)、三通(8)连接到后桥继动阀(7)；第5条气路由储气筒Ⅲ(9)经ASR阀(10)连接到三通(8)。

3.如权利要求1-2之一所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于前后桥制动气室(28、37、12、22)端口处都串接有气压压力传感器(16、18、32、33)，工作电压为5V，测量范围为0～1MPa。

4.如权利要求1-3之一所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于采用制动轮缸模拟系统来模拟实际制动轮缸的制动状态，当制动总阀(5)踩下时，储气筒(3、6)内压缩空气经制动总阀(5)，前后桥继动阀(2、7)、前后轮ABS阀(1、11、17、38)分别进入前后桥制动气室(12、22、28、37)，推动气室推杆伸出，固定在气室推杆端部的气室弹簧推块(42)向前移动，压在弹簧(43)上，导致弹簧的变形，从而产生变形力，形成气室的变形阻力，从而模拟实际车辆制动时制动钳与制动盘接触形成的静态制动力。

5.如权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于采用四套制动轮缸模拟系统来分别模拟汽车的4个车轮制动状态。

6.如按照权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于采用一套轮速模拟电路系统(13、19、31、35)来模拟实际车轮的运转，该系统包括电机(15、20、30、34)、电机控制器、电机固定支架(39)、齿圈(40)、齿圈连接件(41)、轮速传感器(14、21、29、36)及ABS控制单元(23)，电机为直流电机，通过电机固定支架(39)将4个电机固定在实验台的基础框架上，电机控制器通过信号采集系统(24)连接到信号控制系统；共16个轮速传感器通过线速连接到信号采集系统(24)中。 

7.如权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于在进行闭环控制单元(23)开发的项目时，当操纵人员踩下制动总阀(5)时，气室端部的压力传感器测得制动压力，经信号采集系统(24)中的压力转换模块，送入信号控制系统，并通过TCP/IP协议送入到人机交互系统中的车辆动力学模型(26)中，车辆动力学经过计算，得到当前的车轮转速，经信号控制系统，通过信号采集系统(24)中的轮速转换模块发送到电机控制器，控制电机达到制定转速，电机固定支架(39)上固定的轮速传感器(14、21、29、36)将测得的轮速信号发送到控制单元(23)，控制单元(23)通过内部固化的控制策略，向前轮及后轮的ABS阀(1、11、17、38)发送控制指令，命令其通断，进而造成前后桥气室压力的变化，从而形成闭环控制系统。

8.如权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于实验台共使用16个轮速传感器，通过电机分别设置为间隙正常、间隙较大及偏置等状态。

9.使用前述权利要求一种汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台进行检测的方法，其特征在于进行ABS/ASR关键部件检测时，所采用的步骤是：

a.在人机交互系统所包含的交互界面(27)中选择零部件检测项目；

b.控制电脑自动运行编制的程序，首先指定电机达到一个稳定的转速；

c.控制程序通过故障设置模块(25)自动运行当前检测项目的故障设置代码，控制电脑将指令通过信号控制系统发送到信号采集系统(24)，信号采集系统在主控芯片的作用下，选择不同的电子开关，从而模拟出轮速传感器及电磁阀不同的故障状态，并将这种状态送入到控制单元(23)，控制单元会根据不同的故障报出不同的闪码；信号采集系统将控制单元(23)报出的闪码采集并反馈到主控电脑中，与所设定的故障码进行比对是否一致，从而达到检测到目的。

10.如权利要求1所述的汽车气压ABS/ASR关键部件检测及控制开发实验台，其特征在于所述齿圈(40)及齿圈连接件(41)之间通过热装实现过盈配合，达到消除间隙、保证装配后齿圈平面度的目的。 

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