CN106323648A - 一种车辆轮速模拟试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆轮速模拟测试平台，包括轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构，轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构固定在平台(4)上，其中，轮速传感器绝对位置调节机构用于保证轮速传感器与齿圈之间的测量位置与测量间隙，齿圈尺寸调节结构用于保证该轮速模拟平台能够对不同尺寸的轮速齿圈进行测量。本发明还提供了一种车辆轮速模拟测试平台的试验方法。本发明所述的测试平台和测试方法能够调节轮速传感器与被测齿圈在垂向、横向、纵向三个自由度的间隙，保证了测量精度；能够模拟多种硬件在环试验中轮速测量故障；经过测试，正常工作状态下轮速信号稳定，频率精准。

Description

一种车辆轮速模拟试验平台及试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种车辆轮速模拟试验平台和试验方法。

背景技术

车辆的轮速信号是车辆动力学控制领域的重要控制参考指标，为车辆稳定性控制程序(ESC)、制动防抱死系统(ABS)以及车身速度估算法等车辆电子系统提供精确的车辆轮速信号。随着车辆主动安全技术的不断普及与改进，轮速传感器的测量精度也在不断提高。由于轮速传感器经常工作在震动、潮湿等恶劣环境下，所发出的轮速信号并不是理想的传感器曲线，而是带有噪声的脉冲方波，这对汽车各控制系统控制器的开发提出了更高的要求。

在车辆控制器开发前期阶段，研究人员大多采用软件仿真或者硬件在环的方式验证算法的正确性。特别是涉及ESC算法的控制器，由于传统的实车试验存在很高的危险性，算法的完全验证过程非常困难，大多数研究人员采用ESC硬件在环的方式来减少实车实验。轮速信号作为此类控制器中的重要参数，在硬件在环过程中需要尽可能获得接近真实的轮速脉冲方波，通过这种方式能够同时验证算法的正确性与鲁棒性，同时利用实际的轮速传感器来获取轮速信号，还可实现轮速信号的故障模拟实验。在目前的研究领域内，还缺乏这样的测试平台，因此本文建立一个可以满足相关测试需求的轮速模拟试验平台。

公开号为CN204439370U的发明专利公开了一种ABS轮速台架测试装置，此发明专利能够对轮速传感器进行水平和垂向调节，以达到调节传感器与齿圈之间气隙的目的。但是此专利只能测试端面齿，传感器测试方向单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适应各种类型轮速测量齿圈并能够调节传感器与齿圈气隙的轮速模拟试验平台。该试验平台能够测量市场上多种类型轮速齿圈，包括直齿与端面齿两大类；能够实现轮速传感器与齿圈齿面之间气隙可调；能够测量各种尺寸的齿圈；齿圈与轮速电机能够保证较高的同心度与安装平面度；能够模拟轮速传感器故障或者轮速采集过程故障等多种故障形式。

本发明的技术方案是提供了一种车辆轮速模拟测试平台，包括轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构，轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构固定在平台上，其中，轮速传感器绝对位置调节机构用于保证轮速传感器与齿圈之间的测量位置与测量间隙，齿圈尺寸调节结构用于保证该轮速模拟平台能够对不同尺寸的轮速齿圈进行测量。

进一步地，轮速传感器绝对位置调节机构包括轮速传感器垂向调节机构、轮速传感器横向调节结构、轮速传感器纵向调节机构、轮速传感器安装装置，其中：

轮速传感器垂向调节机构包括支撑结构、螺栓、圆盘、螺母、垂向调节螺栓、垂向导轨，轮速传感器安装装置的一端为螺纹结构，安装时穿过支撑结构与螺母螺纹连接；螺栓通过与支撑结构上的螺纹连接对轮速传感器安装装置进行位置固定；当需要调节轮速传感器安装装置的角度时，旋松螺栓，转动螺母，对安装装置的角度进行调节，同时圆盘上设置圆形刻度，螺母上设置指针，调节完毕后旋紧螺母；支撑结构的另一端为滑块，支撑结构能够在垂向导轨上垂向移动，通过垂向导轨的限位以及垂向调节螺栓与支撑结构的螺纹连接，滑块的垂向运动能够转换成垂向调节螺栓的旋转运动；

轮速传感器横向调节机构包括滑块、横向调节螺栓、横向导轨，其中：垂向导轨与轮速传感器横横向调节机构的滑块通过螺栓连接，横向调节滑块在横向导轨上移动时，能够带动横向导轨以上的全部机构横向移动，从而实现了轮速传感器空间位置的横向调节；

轮速传感器纵向调节机构包括纵向导轨、纵向调节螺栓，横向导轨在纵向导轨上移动时，能够带动纵向导轨以上的全部机构纵向移动；通过纵向导轨的限位以及纵向调节螺栓与横向导轨的螺纹连接，滑块的纵向运动能够转换成纵向调节螺栓的旋转运动。

进一步地，齿圈尺寸调节机构包括：

齿圈安装爪，其直接与齿圈接触；

齿圈安装爪导轨、安装爪螺杆、纵向45度斜齿轮、铜套、横向45度斜齿轮，保证齿圈安装爪能够张紧不同尺寸的齿圈；

安装固定部件中部构件、下部构件，上部构件，为齿圈安装爪与其调节机构提供安装位置并起到防尘的作用。

进一步地，齿圈安装爪的大孔为螺纹孔与齿圈安装爪螺杆螺纹连接，小孔为通孔，与齿圈安装爪导轨连接。通过旋转安装爪螺杆一端的螺母，安装爪能够在导轨(8)的限位作用下进行延导轨的轴向运动，实现了对安装爪尺寸的调节，在固定以后也能够实现对齿圈夹紧力的调节。

进一步地，安装爪螺杆的中心为纵向45度斜齿轮与铜套，纵向45度斜齿轮与螺杆通过键连接，与下方另外一个方向的横向45度斜齿轮通过齿轮连接，通过旋转一端的螺母能够实现对纵向45度斜齿轮和横向45度斜齿轮的等角度调节，四个安装爪沿导轨的轴向位移相同；

本发明还提供了一种车辆轮速模拟测试平台的试验方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1：将齿圈装入齿圈尺寸调节机构，保证齿圈与齿圈安装爪平面充分接触，齿圈安装爪保持水平；旋转安装爪螺杆对齿圈安装爪直径与安装夹紧力进行调节，保证齿圈与齿圈尺寸调节机构的平面度与同心度；

步骤2：调节轮速传感器垂向位置调节机构、轮速传感器横向调节结构和轮速传感器纵向调节机构，实现对轮速传感器空间位置调节，保证轮速传感器测量端面与齿面垂直；

步骤3：将伺服电机控制器接通到下位机的信号输出端，通过上位机的程序控制下位机信号输出量的大小，从而获得期望的电机转速；

步骤4：将轮速传感器信号输出端接通示波器，通过驱动电机，在示波器里观察轮速传感器产生的波形，调节轮速传感器测量端与齿面之间的气隙；

步骤5：将轮速传感器输出端连接到下位机的信号采集端口，将采集到的信号输入到上位机进行处理

本发明的有益效果：

通过简单的调节机构能够测试不同类型、不同尺寸的轮速测量齿圈；能够调节轮速传感器与被测齿圈在垂向、横向、纵向三个自由度的间隙，保证了测量精度；能够模拟多种硬件在环试验中轮速测量故障；经过测试，正常工作状态下轮速信号稳定，频率精准。

附图说明

图1为本发明所述的轮速模拟试验平台的机械结构示意图。

图2为本发明所述的轮速传感器绝对位置调节机构装配关系示意图。

图3为本发明所述的齿圈尺寸调节机构上部分装配关系示意图。

图4为本发明所述的齿圈尺寸调节机构下部分装配关系示意图。

图5为本发明测试端面齿测量方法示意图。

图6为本发明测试直齿测量方法示意图。

图7为本发明齿圈安装爪结构示意图。

图8为本发明所述轮速信号测量方法原理图。

其中：1-轮速传感器垂向调节机构、2-轮速传感器横向调节结构、3-轮速传感器纵向调节机构、4-调节机构及转速控制电机固定平台、5-齿圈安装爪直径调节机构、6-轮速控制伺服电机、7-齿圈安装爪导轨、8-安装爪螺杆、9-齿圈安装爪、10-轮速传感器角度调节装置、11-轮速传感器安装装置、12-安装壳体、13-支撑结构、14-螺栓、15-圆盘、16-螺母、17-垂向调节螺栓、18-垂向导轨、19-滑块、20-横向调节螺栓、21-横向导轨、22-纵向导轨、23-纵向调节螺栓、24-纵向调节限位机构、25-中部构件、26-下部构件、27-纵向45度斜齿轮、28-铜套、29-上部构件、30-横向45度斜齿轮、31-轮速传感器测量端、32-端面齿圈；33-直齿圈；34-齿圈周向接触面，35-齿圈端面接触面。

具体实施方式

以下将结合附图1-8对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种车辆轮速模拟测试平台，包括轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构两大部分。其中，轮速传感器绝对位置调节机构主要作用是保证轮速传感器与齿圈之间的测量位置与测量间隙，齿圈尺寸调节结构主要作用是保证该轮速模拟平台能够对不同尺寸的轮速齿圈进行测量。

从图1中可以看出，两大主要机构固定在平台4上。轮速传感器绝对位置调节机构大致包括轮速传感器垂向调节机构1、轮速传感器横向调节结构2、轮速传感器纵向调节机构3、轮速传感器角度调节装置11、轮速传感器安装装置12。

齿圈尺寸调节机构包括齿圈安装爪直径调节机构5、轮速控制伺服电机6、齿圈安装爪螺杆7、齿圈安装爪导轨8、齿圈安装爪9、安装壳体10。

如图2所示，在轮速传感器绝对位置调节机构中，轮速传感器垂向调节机构1主要包括支撑结构13、螺栓14、圆盘15、螺母16、垂向调节螺栓17、垂向导轨18。

轮速传感器安装装置12的一端为螺纹结构，安装时穿过支撑结构13与螺母16螺纹连接。螺栓14通过与支撑结构13上的螺纹连接对轮速传感器安装装置12进行位置固定，当需要调节安装装置12的角度时，旋松螺栓14，转动螺母16，对安装装置的角度进行调节，同时圆盘15上设置圆形刻度，螺母16上设置指针，能够精确调节角度，调节完毕后旋紧螺母14。支撑结构13的另一端为滑块结构，滑块上攻有螺纹孔，支撑结构13能够在垂向导轨18上垂向移动。通过垂向导轨的限位以及垂向调节螺栓17与支撑结构的螺纹连接，滑块的垂向运动能够转换成垂向调节螺栓17的旋转运动。

轮速传感器横向调节机构2主要包括滑块19、横向调节螺栓20、横向导轨21，其中：垂向导轨18与轮速传感器横向调节机构2的横向调节滑块19通过螺栓连接，横向调节滑块19在横向导轨21上移动时，能够带动横向导轨以上的全部机构横向移动，从而实现了轮速传感器空间位置的横向调节。通过横向导轨21的限位以及横向调节螺栓20与横向调节滑块的螺纹连接，滑块的横向运动能够转换成横向调节螺栓20的旋转运动。

轮速传感器纵向调节机构3包括纵向导轨22、纵向调节螺栓23，横向导轨21同时是纵向调节结构3的滑块，横向调节导轨21在纵向导轨22上移动时，能够带动纵向导轨以上的全部机构纵向移动，从而实现了轮速传感器空间位置的横向调节。通过纵向导轨22的限位以及纵向向调节螺栓23与横向导轨21的螺纹连接，滑块的纵向向运动能够转换成纵向调节螺栓20的旋转运动。

如图3与图4所示，齿圈尺寸调节机构包括三部分：

齿圈安装爪9，直接与齿圈接触；

齿圈安装爪导轨7、安装爪螺杆8、纵向45度斜齿轮27、铜套28、横向45度斜齿轮30，保证齿圈安装爪能够张紧不同尺寸的齿圈；

安装固定部件中部构件25、下部构件26，上部构件29主要作用是为齿圈安装爪与其调节机构提供安装位置并起到防尘的作用。

其中下部构件26与伺服电机6连接实现轮速齿圈的转动。

齿圈尺寸调节机构的主要安装关系为：齿圈安装爪9的大孔为螺纹孔与齿圈安装爪螺杆7螺纹连接，小孔为通孔，与齿圈安装爪导轨8连接。通过旋转安装爪螺杆7一端的螺母，安装爪能够在导轨8的限位作用下进行延导轨的轴向运动，实现了对安装爪尺寸的调节，在固定以后也能够实现对齿圈夹紧力的调节。安装爪螺杆7的中心为45度斜齿轮27与铜套28，45度斜齿轮与螺杆通过键连接，与下方另外一个方向的45度斜齿轮30通过齿轮连接，这样通过旋转一端的螺母能够实现对两个齿轮的等角度调节，四个安装爪沿导轨的轴向位移相同。

图3所示上部分的为安装爪导轨8在下，安装爪螺杆7在上，整体安装在安装壳体12的中部构件25上，由铜套28实现支撑与转动。图4所示下部分为安装爪导轨8在上，安装爪螺杆7在上，整体在安装壳体12的下部构件26上，同样由铜套实现支撑与转动。安装壳体12的上部构件29、中部构件25、下部构件26通过螺栓连接，起到防尘与保护作用。

为满足轮速模拟平台能够测量直齿33与端面齿32两种类型齿圈，本发明设计了轮速传感器固定装置11与轮速传感器角度调节机构10。当安装爪9上安装有端面齿圈32时，轮速传感器固定装置11转动为水平方向，轮速传感器测量端13与齿面垂直，如图5所示。通过转动副的设置，能够实现轮速模拟试验平台对两种类型齿圈的测量。然后调节传感器垂向调节机构1、横向调节结构2以及纵向调节机构3对传感器位置进行调整，使轮速传感器与齿面合理配合以产生理想的脉冲方波信号。如图6所示，当安装爪9上安装有直齿圈33时，11转动为垂直方向，轮速传感器测量端31能够与齿面垂直。

为实现轮速模拟试验平台中轮速传感器与齿面间气隙可调，设置轮速传感器绝对位置调节机构。包括：轮速传感器垂向调节机构1，轮速传感器横向调节机构2、轮速传感器纵向调节结构3；三个调节机构都采用将螺旋副转换为移动副的形式进行传感器位置调节。

如图2所示，螺杆17上端标有刻度，螺杆17与螺纹滑块13时间具有固定传动比，旋转螺杆17上方的旋钮能够精确控制滑块垂向的位移，从而调节轮速传感器与齿圈之间的垂向位置间隙。轮速传感器位置调节机构的其他两个自由度调节基本原理同垂向自由度调节机构。以上三个自由度的调节保证了轮速传感器测量端与齿圈端面的间隙可调，并保证轮速传感器测量端与齿圈圆心在同一直线上，减少测量误差。

为满足测量平台能够测量各种尺寸的齿圈，本发明设置齿圈安装爪9、安装爪螺杆7、齿圈安装爪导轨8、安装爪直径调节机构5。其中齿圈安装爪9有四个爪分别安装在四个安装爪导轨8上面，安装爪螺杆8与安装爪9通过螺纹连接。齿圈安装爪直径调节机构5是由两个45度斜齿轮连接，转动一个斜齿轮，另外一个斜齿轮也会转动相同的位移，通过这样的设置，四个安装爪拥有在安装直径调节过程中会移动相同的位移，这样就保证了齿圈与轮速控制电机6的同心度。斜齿轮与安装爪螺杆是一体的，安装在壳体10上面，通过旋转安装爪螺杆7，安装爪能够将转动副转换成移动副在安装爪导轨8上移动，通过这样的设置，实现了齿圈安装尺寸的调节，而且螺杆8旋钮端设置刻度盘，通过螺杆与安装爪螺纹之间的固定传动比能够精确调节齿圈安装尺寸与预紧度。

为实现齿圈较高的安装平面度并与轮速电机保证较高的同心度，本发明设置齿圈安装爪形状为图7所示，其中上一步对4个安装爪同步等距调节的方式能够保证安装爪与轮速电机较高的同轴度。在安装爪形状设计时，将与齿圈内表面接触的地方设计为弧形，如图4中面34所示，使安装爪与齿圈内表面呈线接触。将齿圈端面接触的地方设计成平面，如图4中面35所示，且具有较高平的平面度，并且在安装过程中提出很高的共面要求。通过这样的设置，能够保证齿圈安装在电机旋转轴上具有很高的水平度，从而减少了轮速传感器测量过程中由于齿圈安装倾斜对输出信号产生的干扰。

利用本发明设计的轮速模拟试验平台，涉及一种轮速模拟试验方法，如图8所示，具体试验步骤如下：

步骤1：将齿圈装入齿圈尺寸调节机构，保证齿圈与安装爪平面充分接触，安装爪保持水平。旋转安装爪螺杆对安装爪直径与安装夹紧力进行调节，保证齿圈与齿圈尺寸调节机构的平面度与同心度。

步骤2：调节轮速传感器垂向位置调节机构1、横向调节机构2和纵向调节机构3，实现对轮速传感器空间位置调节。保证轮速传感器测量端面与齿面垂直。

步骤3：将伺服电机控制器接通到下位机的信号输出端，通过上位机的程序控制下位机信号输出量的大小，从而获得期望的电机转速。

步骤4：将轮速传感器信号输出端接通示波器，在图8中用虚线框表示。通过驱动电机，在示波器里观察轮速传感器产生的波形，调节轮速传感器测量端与齿面之间的气隙。

步骤5：将轮速传感器输出端连接到下位机的信号采集端口，将采集到的信号输入到上位机进行处理。

本发明能够模拟多种形式的轮速采集过程故障。模拟故障一通过在齿圈安装爪的其中一个爪上垫橡胶使齿圈中心与电机中心产生偏心，从而影响轮速信号的频率与幅值，使传感器信号不稳，模拟实车轮速传感器信号不稳故障模式。模拟故障二在调节机构及转速控制电机固定平台4上加震动激励，使齿圈与轮速传感器间产生震动，最终造成采集的轮速信号产生噪声，模拟实车轮速传感器信号噪声增大模式。模拟故障三调节轮速传感器测量端与齿面之间的气隙，从而对传感器信号的幅值进行故障模拟，模拟实车轮速传感器安装偏差故障模式。模拟故障四可以将四个轮速传感器中的某个短路或断路，模拟一个轮速传感器失效的情况。

本发明采用的轮速模拟电机6为直流无刷伺服电机，其启动和制动减速度要达到实车轮速变化强度，已实现对轮速信号的良好跟随性和高转速精度。

尽管参考附图详地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (6)

1.一种车辆轮速模拟测试平台，包括轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构，轮速传感器绝对位置调节机构与齿圈尺寸调节机构固定在平台(4)上，其中，轮速传感器绝对位置调节机构用于保证轮速传感器与齿圈之间的测量位置与测量间隙，齿圈尺寸调节结构用于保证该轮速模拟平台能够对不同尺寸的轮速齿圈进行测量。

2.根据权利要求1所述的车辆轮速模拟测试平台，其特征在于：轮速传感器绝对位置调节机构包括轮速传感器垂向调节机构(1)、轮速传感器横向调节结构(2)、轮速传感器纵向调节机构(3)、轮速传感器安装装置(12)，其中：

轮速传感器垂向调节机构(1)包括支撑结构(13)、螺栓(14)、圆盘(15)、螺母(16)、垂向调节螺栓(17)、垂向导轨(18)，轮速传感器安装装置(12)的一端为螺纹结构，安装时穿过支撑结构(13)与螺母(16)螺纹连接；螺栓(14)通过与支撑结构(13)上的螺纹连接对轮速传感器安装装置(12)进行位置固定；当需要调节轮速传感器安装装置(12)的角度时，旋松螺栓(14)，转动螺母(16)，对安装装置的角度进行调节，同时圆盘(15)上设置圆形刻度，螺母(16)上设置指针，调节完毕后旋紧螺母(14)；支撑结构(13)的另一端为滑块，支撑结构(13)能够在垂向导轨(18)上垂向移动，通过垂向导轨(18)的限位以及垂向调节螺栓(17)与支撑结构的螺纹连接，滑块的垂向运动能够转换成垂向调节螺栓(17)的旋转运动；

轮速传感器横向调节机构(2)包括滑块(19)、横向调节螺栓(20)、横向导轨(21)，其中：垂向导轨(18)与轮速传感器横横向调节机构(2)的滑块(19)通过螺栓连接，横向调节滑块(19)在横向导轨(21)上移动时，能够带动横向导轨以上的全部机构横向移动，从而实现了轮速传感器空间位置的横向调节；

轮速传感器纵向调节机构(3)包括纵向导轨(22)、纵向调节螺栓(23)，横向导轨(21)在纵向导轨(22)上移动时，能够带动纵向导轨以上的全部机构纵向移动；通过纵向导轨(22)的限位以及纵向调节螺栓(23)与横向导轨(21)的螺纹连接，滑块的纵向运动能够转换成纵向调节螺栓(20)的旋转运动。

3.根据权利要求1所述的车辆轮速模拟测试平台，其特征在于：齿圈尺寸调节机构包括：

齿圈安装爪(9)，其直接与齿圈接触；

齿圈安装爪导轨(7)、安装爪螺杆(8)、纵向45度斜齿轮(27)、铜套(28)、横向45 度斜齿轮(30)，保证齿圈安装爪能够张紧不同尺寸的齿圈；

安装固定部件中部构件(25)、下部构件(26)，上部构件(29)，为齿圈安装爪与其调节机构提供安装位置并起到防尘的作用。

4.根据权利要求3所述的车辆轮速模拟测试平台，其特征在于：齿圈安装爪(9)的大孔为螺纹孔与齿圈安装爪螺杆(7)螺纹连接，小孔为通孔，与齿圈安装爪导轨(8)连接。通过旋转安装爪螺杆(7)一端的螺母，安装爪能够在导轨(8)的限位作用下进行延导轨的轴向运动，实现了对安装爪尺寸的调节，在固定以后也能够实现对齿圈夹紧力的调节。

5.根据权利要求3所述的车辆轮速模拟测试平台，其特征在于：安装爪螺杆(7)的中心为纵向45度斜齿轮(27)与铜套(28)，纵向45度斜齿轮(27)与螺杆通过键连接，与下方另外一个方向的横向45度斜齿轮(30)通过齿轮连接，通过旋转一端的螺母能够实现对纵向45度斜齿轮(27)和横向45度斜齿轮(30)的等角度调节，四个安装爪沿导轨的轴向位移相同。

6.基于权利要求1所述的车辆轮速模拟测试平台的试验方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1：将齿圈装入齿圈尺寸调节机构，保证齿圈与齿圈安装爪(9)平面充分接触，齿圈安装爪(9)保持水平；旋转安装爪螺杆(7)对齿圈安装爪(9)直径与安装夹紧力进行调节，保证齿圈与齿圈尺寸调节机构的平面度与同心度；

步骤2：调节轮速传感器垂向位置调节机构(1)、轮速传感器横向调节结构(2)和轮速传感器纵向调节机构(3)，实现对轮速传感器空间位置调节，保证轮速传感器测量端面与齿面垂直；

步骤3：将伺服电机控制器接通到下位机的信号输出端，通过上位机的程序控制下位机信号输出量的大小，从而获得期望的电机转速；

步骤4：将轮速传感器信号输出端接通示波器，通过驱动电机，在示波器里观察轮速传感器产生的波形，调节轮速传感器测量端与齿面之间的气隙；

步骤5：将轮速传感器输出端连接到下位机的信号采集端口，将采集到的信号输入到上位机进行处理。