CN106094567B - 一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其包括：电机(100)、齿圈夹紧机构(200)和轮速传感器调节机构(300)。齿圈夹紧机构(200)通过联轴板与电机(100)的轴键槽配合固定在一起；电机(100)转动带动齿圈夹紧机构(200)转动，被齿圈夹紧机构(200)夹紧的车轮齿圈也随之转动；轮速传感器调节机构(300)上安装轮速传感器，该轮速传感器正对车轮齿圈且与车轮齿圈保持一定的气隙。本发明能够实现在台架上对单个或多个不同的轮速异常状态的故障模拟，实现对ABS/ESP控制器的安全性和稳定性进行相关测试；可适用于不同大小不同类型的齿圈、不同类型的轮速传感器；对于传感器测试同样适用。
Description
技术领域
本发明涉及车辆动力学控制技术领域，尤其涉及一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置。
背景技术
汽车动力学控制仿真系统试验台支持汽车企业对所开发的防抱死刹车系统(ABS)/电子稳定程序(ESP)控制系统软硬件向待匹配车型上进行台架标定匹配，从而研发出ABS/ESP控制下的整车动力学软硬件在环仿真技术。而在此ABS/ESP控制系统中，获得整车动力学状态传感信号等参数是ABS/ESP控制器与执行机构运行测试的重要条件，所以，试验台需要模拟各种与实车一致的传感信号。其中对于轮速信号，由于齿圈存在轮齿加工误差、传感器间隙不均匀和外界信号干扰等不可控问题，导致实车状态下的轮速信号具有波动。因此，汽车动力学控制仿真系统试验台必须具备车速轮速模拟装置，尽可能提供真实的车速轮速信号；另外，在ABS/ESP软件测试过程中，需要提供不同的车轮轮速信号，而在实车中采集车轮轮速信号比较麻烦，且会消耗大量的人力物力。
目前，现有技术只能简单地模拟轮速传感器的短断路情况，不能对车轮发生轮速丢失、不同车轮轮速为零、不同车轮轮速差异、齿圈缺齿、噪声干扰等情况进行模拟。
发明内容
本发明的目的是针对目前存在的问题，提供一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其能够为试验台提供近乎真实的轮速信号，从而能够保证整套试验台控制及算法的真实性和可靠性。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其包括：
电机、齿圈夹紧机构和轮速传感器调节机构。
齿圈夹紧机构通过联轴板与电机的轴键槽配合固定在一起；电机转动带动齿圈夹紧机构转动，被齿圈夹紧机构夹紧的车轮齿圈也随之转动；轮速传感器调节机构上安装轮速传感器，该轮速传感器正对车轮齿圈且与车轮齿圈保持一定的气隙。
更优选地，所述齿圈夹紧机构包括：
第一外壳、顶盖、第一螺母、第一螺杆、六角楔形块、夹紧爪、楔形块、第二外壳、回位弹簧；
第一螺杆的下端与六角楔形块相连接，上端穿过顶盖与第一螺母连接，放置于与六角楔形块相配合的第一外壳中；六角楔形块与楔形块之间存在面配合，楔形块与夹紧爪螺栓紧固，且楔形块和夹紧爪之间存在回位弹簧，回位弹簧被第二外壳扣住，回位弹簧的一端与第二外壳内侧接触，另一端与第一外壳的外侧接触。
更优选地，所述第一螺杆为滑动螺杆，且其螺旋角较小。
更优选地，所述夹紧爪具有阶梯面。
更优选地，所述轮速传感器调节机构包括：
X轴调节机构、Y轴调节机构和Z轴调节机构；
X轴调节机构12位于Y轴调节机构13上方；Z轴调节机构14位于Y轴调节机构13的侧边且靠近轮速模拟装置的端部；
所述轮速传感器调节机构通过X轴调节机构、Y轴调节机构和Z轴调节机构分别调节轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上位置。
更优选地，所述X轴调节机构包括：
第二螺母、第一刻度板、第一面板、第二螺杆、第二面板、第二刻度板、第一固定块、第三面板、第一指针、螺纹滑块、直线轴承滑块、底板、滑轨和第二固定块；
第二螺杆的一端穿过第一刻度板和第一面板与第二螺母紧固，另一端与螺纹滑块螺纹连接后，与第三面板右侧的孔配合，而螺纹滑块被紧固在直线轴承滑块上；滑轨穿过直线轴承滑块的光孔，两端被固定在第一固定块和第二固定块上，第一固定块和第二固定块被固定在底板的下表面；
第二刻度板安装在第二面板上的矩形沉孔中，第一指针被螺钉固定在螺纹滑块上。
更优选地，在与第二螺母同轴心的第一面板上的沉孔中，安装第一刻度板。
更优选地，所述轮速传感器调节机构还包括：悬臂支架；
所述悬臂支架位于轮速传感器调节机构靠近轮速模拟装置的端部，其与轮速传感器调节机构的Z轴调节机构螺纹连接，可在Z轴调节机构上纵向运动；
所述轮速传感器调节机构基于悬臂支架调节轮速传感器绕Y轴的旋转位置。
更优选地，所述悬臂支架包括：
悬臂、第二指针、联接螺栓、第三刻度板、联接小轴、第一传感器固定支架、第二传感器固定支架和定位螺母；
联接小轴穿过悬臂上的通孔与联接螺栓螺纹连接，形成旋转副，联接小轴与第一传感器固定支架连接，第一传感器固定支架与第二传感器固定支架之间固定轮速传感器；联接螺栓的顶部固定第二指针，第三刻度板嵌入到与联接螺栓同轴心的悬臂的沉孔中，定位螺母与悬臂上端的螺孔配合，当轮速传感器调节到设定位置时，调节定位螺母，直到定位螺母的下端与联接小轴接触。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
本发明能够为试验台提供近乎真实的轮速信号，从而能够保证整套试验台控制及算法的真实性和可靠性；进而能够实现在台架上对单个或多个不同的轮速异常状态的故障模拟，实现对ABS/ESP控制器的安全性和稳定性进行相关测试。
本发明适用性强，可以适用于不同大小的齿圈、不同类型的齿圈、不同类型的轮速传感器；对于传感器测试同样适用。
本发明能够高精度调节轮速传感器与齿圈之间的气隙；
本发明结构简单可靠，成本较低。
附图说明
图1为本发明汽车轮速模拟结构示意图；
图2为本发明齿圈夹紧机构剖视图；
图3为本发明齿圈夹紧机构结构分解图；
图4为本发明轮速传感器调节机构内部结构示意图；
图5为本发明轮速传感器调节机构X轴方向结构分解图；
图6为本发明轮速传感器悬臂支架部分剖视图；
图7a为本发明对于直齿齿圈的测量示意图；
图7b为本发明对于端面齿圈的测量示意图。
附图中：
100‐电机、200‐齿圈夹紧机构、300‐轮速传感器调节机构；50-悬臂支架；1-第一外壳；2-顶盖；3-第一铜套；4-第一螺母；5-第一螺杆；6-六角楔形块；7-夹紧爪；8-楔形块；9-第二外壳；10-回位弹簧；11-联轴板；12-X轴调节机构；13-Y轴调节机构；14-Z轴调节机构；15-第二螺母；16-第一刻度板；17-第一面板；18-第二螺杆；19-第二面板；20-第二刻度板；21-第一固定块；22-第三面板；23-第一指针；24-螺纹滑块；25-直线轴承滑块；26-底板；27-滑轨；28-第二固定块；29-悬臂；30-塑料盖；31-第二指针；32-联接螺栓；33-第三刻度板；34-联接小轴；35-第一传感器固定支架；36-第二传感器固定支架；37-定位螺母。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此限定有“第一”或者“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是指两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本发明提供一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其适用于不同类型和不同外形尺寸的车辆齿圈，包括直齿圈和端面齿圈等，可以近乎真实模拟实际的轮速信号；另外，本发明可以模拟多种实际可能出现的异常轮速信号，并依据这些轮速信号对ABS/ESP控制器安全性和稳定性进行相关测试。本发明提供的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置的结构如附图1所示，包括三部分：
电机100、齿圈夹紧机构200和轮速传感器调节机构300。
齿圈夹紧机构200通过联轴板与电机100的轴键槽配合固定在一起；电机100转动，带动齿圈夹紧机构200转动，被齿圈夹紧机构200夹紧的车轮齿圈也随之转动；轮速传感器调节机构300上安装轮速传感器，该轮速传感器正对车轮齿圈且与车轮齿圈保持一定的气隙，以保证车轮旋转时不能碰到车轮轮圈。
电机100为直流无刷伺服电机，其需要能够达到实车车轮的转速和加速度，以实现对车轮轮速的真实模拟。
齿圈夹紧机构200：
为了满足可测量多种外形尺寸的齿圈，齿圈夹紧机构200需要具有较大范围的调节空间，以夹持目前市场上大部分车辆齿圈。齿圈夹紧机构200的结构如附图2和3所示，包括：第一外壳1、顶盖2、第一铜套3、第一螺母4、第一螺杆5、六角楔形块6、夹紧爪7、楔形块8、第二外壳9、回位弹簧10和联轴板11。
第一螺杆5的下端与六角楔形块6以螺纹相连接，而第一螺杆5的上端穿过第一铜套3和顶盖2，与第一螺母4螺纹连接，然后将这一连串机构放置于与六角楔形块6相配合的第一外壳1中；六角楔形块6与楔形块8之间存在面配合，楔形块8与夹紧爪7螺栓紧固，且楔形块8和夹紧爪7之间存在回位弹簧10，回位弹簧10完全被第二外壳9扣住，回位弹簧10一端与第二外壳9内侧接触，另一端与第一外壳1的外侧接触。
上述的第一螺杆5为滑动螺杆，且其螺旋角较小。
上述的夹紧爪7具有阶梯面，以满足较大尺寸范围的车轮齿圈都可以被夹紧。
以上所描述的机构通过螺钉被固定在联轴板11上，且联轴板11与电机100的轴键槽连接。
当以顺时针方向转动第一螺母4时，第一螺杆5随之转动，由于第一螺杆5与六角楔形块6螺纹连接，而六角楔形块6受到第一外壳1限制不能转动，因此，六角楔形块6只能直线向下运动。由于六角楔形块6与楔形块8之间存在面配合，所以当六角楔形块6向下直线运动时，楔形块8会发生径向运动，回位弹簧10被压缩，推动夹紧爪7向外扩张，此时，由于回位弹簧10被压缩，楔形块8受到回位弹簧10的压力，有回到初始位置的趋势，但是由于第一螺杆5为滑动螺杆，且其螺旋角较小，因此，具有自锁功能。
当第一螺母4逆时针转动时，六角楔形块6直线向上运动，楔形块8失去了六角楔形块6施加的压力，在回位弹簧10的作用下，回到初始位置。
可以看出，上述齿圈夹紧机构200可通过第一螺母4的顺时针或逆时针转动完成对齿圈的夹紧和释放功能，通过对夹紧爪7的阶梯面设计，较大尺寸范围的车轮齿圈都可以被夹紧以实现对其进行测试。此时，电机100转动，带动整个齿圈夹紧机构200转动，被夹紧的车轮齿圈也随之转动，从而完成车轮轮速模拟。
轮速传感器调节机构300：
为了能够实现轮速传感器与车轮齿圈之间的气隙可调，以及可以测量直齿齿圈和端面齿圈，该轮速传感器调节机构300可以满足轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上位置调节，且其可绕Y轴旋转调节。该轮速传感器调节机构300的结构如附图4所示，包括：
X轴调节机构12、Y轴调节机构13、Z轴调节机构14和悬臂支架50(如附图6所示)。
上述轮速传感器调节机构300通过X轴调节机构12、Y轴调节机构13和Z轴调节机构14分别调节轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上位置。由于X轴调节机构12的调节范围大于Y轴调节机构13的调节范围，因此，X轴调节机构12只能位于Y轴调节机构13上方；Z轴调节机构14位于Y轴调节机构13的侧边且靠近轮速模拟装置的端部；
上述轮速传感器调节机构300基于悬臂支架50调节轮速传感器绕Y轴的旋转位置。该悬臂支架50位于轮速传感器调节机构300靠近轮速模拟装置的端部，其与轮速传感器调节机构300的Z轴调节机构14螺纹连接，可在Z轴上调节机构14上纵向运动。
X轴调节机构12、Y轴调节机构13和Z轴调节机构14三部分原理相似，下面仅仅以X轴调节机构12为例说明其基本原理和功能特征，该X轴调节机构12包括：
第二螺母15、第一刻度板16、第一面板17、第二螺杆18、第二面板19、第二刻度板20、第一固定块21、第三面板22、第一指针23、螺纹滑块24、直线轴承滑块25、底板26、滑轨27和第二固定块28。
第二螺杆18的一端穿过第一刻度板16和第一面板17与第二螺母15紧固，另一端与螺纹滑块24螺纹连接后，与第三面板22右侧的孔相配合，而螺纹滑块24被紧固在直线轴承滑块25上；滑轨27穿过直线轴承滑块25的光孔，两端被固定在第一固定块21和第二固定块28上，第一固定块21和第二固定块28被固定在底板26的下表面。
当顺时针旋转第二螺母15时，第二螺杆18随之转动，由于螺纹滑块24只能沿着滑轨27滑动，所以螺纹滑块24既不能绕X轴转动，又不能沿着X轴方向直线运动，则第二螺杆18在转动的同时，也在沿X轴方向直线运动，整个轮速传感器调节机构300在底板26以上的机械结构也随着第二螺杆18在X轴方向直线运动，从而实现轮速传感器在X轴方向的位置调节。
另外，螺纹滑块24与第二面板19的相对位置变化等价于轮速传感器在X轴方向的位置变化，因此，第二刻度板20安装在第二面板19上的矩形沉孔中，第一指针23被螺钉固定在螺纹滑块24上，在调节过程中，第一指针23所指示的刻度值即表示轮速传感器调节机构300在X轴方向上的位移量。
为了实现更精确的位置调节，在与第二螺母15同轴心的第一面板17上的沉孔中，安装第一刻度板16，第二螺母15与第一刻度板16的相对位置变化了一个周期，即轮速传感器调节机构300在X轴方向运动了一个螺距的位移，从而实现了轮速传感器调节机构300在调节轮速传感器与齿圈之间的气隙时的精确调节。
以上所描述的是轮速传感器调节机构300的X轴调节机构12，而对于Y轴调节机构13和Z轴调节机构14，其结构和工作原理与X轴调节机构12一样，不再详细描述。
悬臂支架(如附图6所示)50：
由于在测试过程中，涉及到的齿圈种类很多，则要求安装在轮速传感器调节机构300上的轮速传感器在Y轴方向上可旋转调节，如附图7a所示，当齿圈夹紧机构200安装的是直齿齿圈时，轮速传感器需要被调节为水平位置；如附图7b所示，当齿圈夹紧机构200安装的是端面齿圈时，轮速传感器需要被调节为垂直位置。因此，设计悬臂支架50实现轮速传感器在Y轴方向上可旋转调节，该悬臂支架50的结构如附图6所示，包括：
悬臂29、塑料盖30、第二指针31、联接螺栓32、第三刻度板33、联接小轴34、第一传感器固定支架35、第二传感器固定支架36和定位螺母37。
联接小轴34穿过悬臂29上的通孔与联接螺栓32螺纹连接，形成旋转副，联接小轴34与第一传感器固定支架35螺钉连接，而第一传感器固定支架35与第二传感器固定支架36之间可以通过螺栓与螺母的紧固，达到固定轮速传感器的作用，由于其间隙可调，所以该结构可以固定不同尺寸的轮速传感器。联接螺栓32的顶部固定了第二指针31，第三刻度板33嵌入到与联接螺栓32同轴心的悬臂29的沉孔中，定位螺母37与悬臂29上端的螺孔配合，当轮速传感器调节到合适位置时，调节定位螺母37，直到定位螺母37的下端与联接小轴34接触，起到固定轮速传感器的作用。
当旋转副旋转时，轮速传感器和第二指针31都随其转动，因此，第二指针31在第三刻度板33上指示的角度值，即为轮速传感器当前的位置角，从而实现了轮速传感器精确的角度调节。
上述轮速传感器调节机构300，可以实现对轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上精确的位置调节，以及沿着Y轴方向的旋转角度调节，实现了可以对不同类型齿圈进行测量的功能，在测量过程中，气隙可调，保证测量的准确性和精度。
实施例二：
实施例二与实施例一的区别在于，不包括悬臂支架50。此实施例二实现对轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上精确的位置调节，但不具备沿着Y轴方向调节旋转角度的功能。
本发明可以模拟多种故障信号。如：故障1，在夹紧机构中的一个夹紧爪垫上橡胶，使齿圈偏心安装，或者安装破损的齿圈，实现轮速信号不稳定故障模拟；故障2，对底板26施加振荡激励，导致齿圈与轮速传感器的相对位置不断发生变化，实现轮速传感器噪声信号干扰故障模拟；故障3，增大轮速传感器测量端面与齿面之间的气隙，实现对轮速信号幅值和轮速传感器实车安装偏差故障模拟；故障4，将轮速传感器短路或断路，实现轮速传感器失效的故障模拟。
本发明可以应用于轮速传感器开发过程中的性能测试。
本发明设计合理且巧妙，结构简单可靠，适用于不同大小和类型的齿圈，以及不同类型的传感器，并可高精度调节测量气隙。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (8)
1.一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述轮速模拟装置包括：
电机(100)、齿圈夹紧机构(200)和轮速传感器调节机构(300)；
齿圈夹紧机构(200)通过联轴板与电机(100)的轴键槽配合固定在一起；电机(100)转动带动齿圈夹紧机构(200)转动，被齿圈夹紧机构(200)夹紧的车轮齿圈也随之转动；轮速传感器调节机构(300)上安装轮速传感器，该轮速传感器正对车轮齿圈且与车轮齿圈保持一定的气隙；
所述齿圈夹紧机构(200)包括：
第一外壳(1)、顶盖(2)、第一螺母(4)、第一螺杆(5)、六角楔形块(6)、夹紧爪(7)、楔形块(8)、第二外壳(9)、回位弹簧(10)；
第一螺杆(5)的下端与六角楔形块(6)相连接，上端穿过顶盖(2)与第一螺母(4)连接，放置于与六角楔形块(6)相配合的第一外壳(1)中；六角楔形块(6)与楔形块(8)之间存在面配合，楔形块(8)与夹紧爪(7)螺栓紧固，且楔形块(8)和夹紧爪(7)之间存在回位弹簧(10)，回位弹簧(10)被第二外壳(9)扣住，回位弹簧(10)的一端与第二外壳(9)内侧接触，另一端与第一外壳(1)的外侧接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述第一螺杆(5)为滑动螺杆，且其螺旋角较小。
3.根据权利要求1所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述夹紧爪(7)具有阶梯面。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述轮速传感器调节机构(300)包括：
X轴调节机构(12)、Y轴调节机构(13)和Z轴调节机构(14)；
X轴调节机构(12)位于Y轴调节机构(13)上方；Z轴调节机构(14)位于Y轴调节机构(13)的侧边且靠近轮速模拟装置的端部；
所述轮速传感器调节机构(300)通过X轴调节机构(12)、Y轴调节机构(13)和Z轴调节机构(14)分别调节轮速传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上位置。
5.根据权利要求4所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述X轴调节机构(12)包括：
第二螺母(15)、第一刻度板(16)、第一面板(17)、第二螺杆(18)、第二面板(19)、第二刻度板(20)、第一固定块(21)、第三面板(22)、第一指针(23)、螺纹滑块(24)、直线轴承滑块(25)、底板(26)、滑轨(27)和第二固定块(28)；
第二螺杆(18)的一端穿过第一刻度板(16)和第一面板(17)与第二螺母(15)紧固，另一端与螺纹滑块(24)螺纹连接后，与第三面板(22)右侧的孔配合，而螺纹滑块(24)被紧固在直线轴承滑块(25)上；滑轨(27)穿过直线轴承滑块(25)的光孔，两端被固定在第一固定块(21)和第二固定块(28)上，第一固定块(21)和第二固定块(28)被固定在底板(26)的下表面；
第二刻度板(20)安装在第二面板(19)上的矩形沉孔中，第一指针(23)被螺钉固定在螺纹滑块(24)上。
6.根据权利要求5所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，在与第二螺母(15)同轴心的第一面板(17)上的沉孔中，安装第一刻度板(16)。
7.根据权利要求4所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述轮速传感器调节机构(300)还包括：
悬臂支架(50)；
所述悬臂支架(50)位于轮速传感器调节机构(300)靠近轮速模拟装置的端部，其与轮速传感器调节机构(300)的Z轴调节机构(14)螺纹连接，可在Z轴调节机构(14)上纵向运动；
所述轮速传感器调节机构(300)基于悬臂支架(50)调节轮速传感器绕Y轴的旋转位置。
8.根据权利要求7所述的一种用于汽车动力学控制研究的轮速模拟装置，其特征在于，所述悬臂支架(50)包括：
悬臂(29)、第二指针(31)、联接螺栓(32)、第三刻度板(33)、联接小轴(34)、第一传感器固定支架(35)、第二传感器固定支架(36)和定位螺母(37)；
联接小轴(34)穿过悬臂(29)上的通孔与联接螺栓(32)螺纹连接，形成旋转副，联接小轴(34)与第一传感器固定支架(35)连接，第一传感器固定支架(35)与第二传感器固定支架(36)之间固定轮速传感器；联接螺栓(32)的顶部固定第二指针(31)，第三刻度板(33)嵌入到与联接螺栓(32)同轴心的悬臂(29)的沉孔中，定位螺母(37)与悬臂(29)上端的螺孔配合，当轮速传感器调节到设定位置时，调节定位螺母(37)，直到定位螺母(37)的下端与联接小轴(34)接触。
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