CN111487055A - 一种测试脚制动阀特性的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆制动系统测试技术领域，尤其涉及了一种测试脚制动阀特性的试验装置，包括控制单元(1)、驱动单元(2)、检测单元(3)和脚制动阀(4)，能够完成对脚制动阀(4)气控、电控输出特性的测试与分析，控制单元(1)包括HMI人机交互面板(11)、PLC控制器(12)和HIL装置(13)，通过PLC控制器(12)强大的PLC编程功能及HMI人机交互面板(11)操作的便捷性解决现有脚制动阀(4)性能测试技术中，测试精度低，响应速度慢，测试范围不全面，自动化程度低的问题，装置并且具备执行和反馈接口，能够与其他设备如硬件在回路测试装置连接，实现更多测试功能。

Description

一种测试脚制动阀特性的试验装置

技术领域

本发明属于车辆制动系统测试技术领域，尤其涉及了一种测试脚制动阀特性的试验装置。

背景技术

ABS(Antilock Brake System)防抱死制动系统，是一种具有防止车轮抱死，缩短制动距离，避免汽车甩尾、跑偏等问题的汽车主动安全装置。电控制动系统EBS(Electronically Controlled Brake System) 是在ABS防抱死制动系统上发展起来的，与常规制动系统相比，EBS 采用电控气制动，消除了机械制动响应时间慢，制动稳定性差等缺点。 EBS除了具有ABS系统及其附加功能外，还增加了制动管理的功能。在EBS电控回路失效的情况下，EBS的气压控制回路作备用控制回路工作，保证制动系统的制动性能。

脚制动阀作为ABS/EBS制动系统的重要组成部分，为压力控制阀和电控单元提供气控、电控信号，以建立相应的制动压力。脚制动阀的输出特性决定了气控、电控制动系统的压力响应特性，其输出特性直接关系到整个制动系统的安全性和可靠性，因此，需要一种对脚制动阀进行测试装置，来获取脚制动阀的输出特性。

HIL(Hardware in the Loop)硬件在环仿真测试系统，已经成电子制动系统研发中非常重要的一环，通过HIL测试可以对减少ECU (Electronic Control Unit)开发过程中实车道路试验次数，缩短开发周期，降低研发成本，满足商用车电子制动系统快速研发的需要。在商用车ABS/EBS系统的硬件在回路测试中，通常使用真实的气压制动台架进行测试，脚制动阀作为气压制动台架的一个组成部分，需要一个装置能够接收HIL装置输出的制动指令，模拟驾驶员脚踩制动踏板的过程，实现对制动脚阀的行程控制，进而实现不同工况下的闭环测试。

中国专利CN201720462180.4公开了专利名称为一种脚制动阀响应时间试验装置的专利，其技术要点在于：一种脚制动阀响应时间试验装置，包括气缸促动工装、主气源、主球阀及并行的第一脚阀进出气回路、第二脚阀进出气回路、一条或多条脚阀促动控制回路，待测脚阀安装在气缸促动工装上，该专利所述试验装置模拟整车系统，使在实验室内检测脚制动阀响应时间成为可能，但是该技术采用气缸对脚制动阀进行推动，灵活性与准确性较差，可以满足一些对制动速度、行程要求不高的场合，但需要对脚制动阀进行不同制动行程，不同制动速度的精确控制时，该方案精确度无法满足要求，限制了测试范围。

中国专利CN201720461410.5公开了专利名称为电控脚阀功能试验装置的专利，该申请能够对电控脚阀进行定压泄露测试、单回路功能测试、双回路功能测试及静态提前量测试，实现了电控脚阀各项功能的集成检测，该实用新型虽然采用伺服电机作为促动装置，能够对电控脚阀进行定压泄露测试、单回路功能测试、双回路功能测试及静态提前量测试，实现了电控脚阀各项功能的集成检测，但是上述试验装置仅能完成脚阀的动态响应时间测试，同样无法对脚制动阀进行不同制动距离，不同制动速度的精确控制，因此无法获取准确的脚制动阀输出特性。该装置在进行重复性测试或者需要连续执行测试序列时无法实现测试的自动化，测试效率低。此外，该装置只能对脚制动阀的气控输出特性进行测试，不能与HIL装置连接实现闭环仿真测试，无法对脚制动阀的电控输出特性进行测试与分析，原因在于该实用新型对脚制动阀促动工装的控制系统设计较为简陋，针对脚制动阀的运动控制没有完善的技术方案，且没有设计能够与HIL装置进行通信的接口，只能对脚制动阀进行粗略的快踩或慢踩，因此该试验装置对于一些复杂、精度要求较高的测试工况无法满足要求。

发明内容

本发明针对现有脚制动阀测试技术的控制系统不完善的问题，提供了一种测试脚制动阀特性的试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种测试脚制动阀特性的试验装置，包括控制单元、用于提供力的驱动单元、检测单元和脚制动阀，控制单元与驱动单元电连接，驱动单元工作时与脚制动阀连接为脚制动阀提供推力；检测单元与驱动单元以及脚制动阀电连接，用于收集驱动单元以及脚制动阀的信号，检测单元与控制单元电连接，检测单元可将收集到的信号反馈到控制单元。

作为优选，控制单元包括HMI人机交互面板和PLC控制器，驱动单元包括伺服电机和用来驱动伺服电机的驱动器，PLC控制器与驱动器电连接，驱动器与伺服电机电连接，驱动器可将PLC控制器发出的控制信号转换为驱动伺服电机的驱动信号；检测单元包括力传感器和第一压力传感器，力传感器用于采集伺服电机作用在脚制动阀上的力信号，第一压力传感器用于采集脚制动阀输出的压力信号，力传感器和第一压力传感器均与PLC控制器电连接并将接收的信号反馈至PLC控制器。

作为优选，HMI人机交互面板通过网线与PLC控制器连接，HMI 人机交互面板包括可以显示PLC控制器内的控制参数的显示屏，PLC 控制器的Output端口与驱动器单向输出连接，力传感器和第一压力传感器均与PLC控制器的Input端口电连接。

作为优选，伺服电机装配有磁电式限位开关和绝对式编码器，磁电式限位开关和绝对式编码器均通过反馈电路与PLC控制器的Input 端口电连接。

作为优选，磁电式限位开关包括上限位开关、下限位开关和原点开关。

作为优选，控制单元还包括用于结合计算机仿真和实际的实验的 HIL装置，检测单元还包括第二压力传感器，HIL装置与第二压力传感器电连接，第二压力传感器能够采集脚制动阀的压力输出信号，将压力输出信号输入HIL装置，HIL装置的Output端与PLC控制器的 Input端连接，HIL装置的Input端与脚制动阀电控信号输出线连接。

作为优选，HMI人机交互面板上显示有需要对脚制动阀执行的运动参数，运动指令以及命令表指令，并实时显示控制信号和由PLC 控制器采集到的传感器数据。

作为优选，HMI人机交互面板显示有需要对脚制动阀执行的运动参数，包括移动速度，移动距离，移动加速度，移动减速度，保持时间等；HMI人机交互面板显示有需要对脚制动阀执行的运动指令，包括绝对运动指令，相对运动指令，回原点指令，停止运动指令； HMI人机交互面板显示有需要对脚制动阀执行的命令表指令，命令表指令包含对脚制动阀多种运动参数和运动指令的组合控制指令。

本发明还包括一种控制测试脚制动阀特性的试验装置的方法，包括以下步骤：

步骤一、HMI人机交互面板对PLC控制器控制器输入命令组合， PLC控制器将命令组合转换为脉冲控制信号输出至驱动器；

步骤二、驱动器接收到PLC控制器的脉冲控制信号，并将脉冲控制信号转换为驱动信号发送给伺服电机，使伺服电机按照命令推动脚制动阀移动，此时力传感器、第一压力传感器和第二压力传感器均采集不同的信号并且反馈给PLC控制器转换为实际物理值在HMI人机交互面板内显示；

步骤三、检测好脚制动阀的输出特性之后，通过HMI人机交互面板将PLC控制模式切换成HIL装置控制模式，PLC控制器接收 HIL装置输出的PWM频率信号和模拟信号，实现对脚制动阀制动速度，制动行程的控制，并且HIL装置采集脚制动阀输出的电控信号，验证脚制动阀的电控输出特性，得出脚制动阀的准确输出特性。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明利用PLC控制器强大的PLC编程功能及HMI人机交互面板操作的便捷性，实现了对伺服电机的精确控制，可以完成对脚制动阀不同制动行程、不同制动速度的精确控制，能够获取脚制动阀更为准确的气控、电控输出特性，同时利用PLC编程也实现了对脚制动阀的自动控制、高响应控制，显著提高了测试精度、测试范围及测试效率。

PLC控制器采集力传感器、压力传感器、编码器输出的模拟信号，并通过PLC程序转化为实际的物理值，显示在HMI人机交互面板上，便于测试数据的实时分析与对比。

此外，该发明利用PLC控制器的Input端口能够与HIL装置连接，接收HIL装置输出的控制信号，同时HIL装置采集脚制动阀输出的电控信号，验证脚制动阀的电控特性，能够实现对脚制动阀的硬件在环仿真测试。

附图说明

图1是本发明实施例1的功能示意图。

图2是本发明实施例1脚制动阀测试装置构成的功能模块图。

图3是本发明实施例2脚制动阀测试装置与HIL装置连接的功能模块图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1-控制单元、 11-HMI人机交互面板、12-PLC控制器、13-HIL装置、2-驱动单元、21-伺服电机、211-磁电式限位开关、212-绝对式编码器、22-驱动器、 3-检测单元、31-力传感器、32-第一压力传感器、33-第二压力传感器、 4-脚制动阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1至图2所示，一种测试脚制动阀特性的试验装置，包括控制单元1、驱动单元2、检测单元3和脚制动阀4，控制单元1与驱动单元2单向电连接，驱动单元2与脚制动阀4连接，驱动单元2为脚制动阀4提供推力；检测单元3与驱动单元2以及脚制动阀4电连接，用于收集驱动单元2以及脚制动阀4的信号，检测单元3与控制单元1电连接，检测单元3可将收集到的信号反馈到控制单元1。

其中，控制单元1包括HMI人机交互面板11和PLC控制器12，驱动单元2包括伺服电机21和用来驱动伺服电机21的驱动器22， PLC控制器12与驱动器22电连接，驱动器22与伺服电机21电连接，并且本实施例中HMI人机交互面板11通过网线与PLC控制器12双向连接，HMI人机交互面板11包括可以显示PLC控制器12内的控制参数的显示屏，PLC控制器12的Output端口与驱动器22单向输出连接，驱动器22可将PLC控制器12发出的控制信号转换为驱动伺服电机21的驱动信号；伺服电机21与驱动器22相连，伺服电机 21接收来自驱动器22的运动指令即驱动信号，使伺服电机21按照控制指令推动脚制动阀4上的顶杆移动，实现对脚制动阀4制动行程、制动速度的精确控制，检测单元3包括力传感器31和第一压力传感器32，力传感器31用于采集伺服电机21作用在脚制动阀4上的力信号，第一压力传感器32用于采集脚制动阀4输出的压力信号，力传感器31和第一压力传感器32均与PLC控制器12电连接并将接收的信号反馈至PLC控制器，力传感器31固定于伺服电机21的电机轴下方(即力传感器31设置于脚制动阀4顶杆与伺服电机21中间，在测试时，脚制动阀4的顶杆上方与力传感器31接触)，当PLC控制器12收到来自力传感器31、第一压力传感器32，可以将参数通过 HMI人机交互面板11的显示屏显示，并且操作人员也可以根据HMI 人机交互面板11上的参数更改PLC控制器12内的参数，从而获得更加准确的脚制动阀4的输出特性。

伺服电机21装配有磁电式限位开关211和绝对式编码器212，磁电式限位开关211通过反馈电路与PLC控制器12的Input端口电连接，磁电式限位开关211包括上限位开关、下限位开关和原点开关，上限位开关和下限位开关用于限制伺服电机21移动范围，防止对待测脚制动阀4或伺服电机21过载产生意外伤害，原点开关用于伺服电机21寻找原点，便于精确定位，由于绝对式编码器212的每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆，所以绝对式编码器212能够用于实时测量伺服电机21的移动距离及移动速度。

PLC控制器12的Input端口分别与力传感器2、第一压力传感器 32、绝对式编码器5的信号线相连，可以采集力传感器31、第一压力传感器32输出的模拟信号，也可以采集绝对式编码器212输出的脉冲信号，通过PLC程序将信号值转换为实际的物理值的移动距离及移动速度，以此来达到精准地控制伺服电机21每次的输出量的目的。

HMI人机交互面板11上显示有需要对脚制动阀4执行的运动参数，运动指令以及命令表指令，能够对运动参数进行修改，以满足不同的测试需求，并且HMI人机交互面板11能够实时显示控制信号和由PLC控制器12采集到的传感器数据，并且将接收到的力传感器31，压力传感器32，绝对式编码器212的输出信号，实时显示在坐标系内，便于实时分析记录测试数据，显著提高工作效率，运动参数包括移动速度、移动距离、移动加速度、移动减速度和保持时间等；运动指令包括绝对运动指令、相对运动指令、回原点指令和停止运动指令；命令表指令包含对脚制动阀多种运动参数和运动指令的组合控制指令，测试人员能够通过组态命令表，实现同一种测试任务的重复运行以提高测试效率及测试准确性，也能进行多种不同控制命令的组合控制，便于实现复杂测试任务。

本实施例的有益之处在于本装置通过一种基于PLC的伺服电机 21控制系统，实现对脚制动阀4的气控、电控输出特性测试，该测试装置利用PLC控制指令对伺服电机21进行控制，实现对脚制动阀 4不同制动距离，不同制动速度的精确控制。同时利用PLC控制的灵活性，能够实现复杂的测试任务和测试序列，显著提高对脚制动阀4 输出特性的测试精度、测试范围和测试效率。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：控制单元1 还包括用于结合计算机仿真和实际的实验的HIL装置13，检测单元 3还包括第二压力传感器33，HIL装置13与第二压力传感器33电连接，第二压力传感器33能够采集脚制动阀4的压力输出信号，将压力输出信号输入HIL装置13，HIL装置13的Output端与PLC控制器12的Input端连接，HIL装置13的Input端与脚制动阀4电控信号输出线连接。

通过HMI人机交互面板11，还能将PLC控制器12控制的模式切换至由HIL装置13控制的模式，PLC控制器12配置有两路Input 接口，分别接收HIL装置13输出的PWM频率信号和模拟信号，实现对脚制动阀4制动速度，制动行程的控制，脚制动阀4电控信号输出线与HIL装置13连接，HIL装置13采集脚制动阀4输出的电控信号，验证脚制动阀4的电控输出特性，实现对脚制动阀4的硬件在环仿真测试。

本实施例通过配置接口，使得该测试装置能够与HIL装置13通信，接受HIL装置13控制指令，同时将脚制动阀4输出的电控信号反馈给HIL装置13，实现脚制动阀4的硬件在环仿真测试，在准确测试出脚制动阀4的输出特性的基础上，还实现了降低测试成本的目的。

实施例3

本实施例详述了一种控制控制测试脚制动阀特性的试验装置的方法，包括以下步骤：

步骤一、HMI人机交互面板11对PLC控制器控制器12输入命令组合，PLC控制器12将命令组合转换为脉冲控制信号输出至驱动器22；

步骤二、驱动器22接收到PLC控制器12的脉冲控制信号，并将脉冲控制信号转换为驱动信号发送给伺服电机21，使伺服电机21 按照命令推动脚制动阀4移动，此时力传感器31、第一压力传感器 32和第二压力传感器33均采集不同的信号并且反馈给PLC控制器 12转换为实际物理值在HMI人机交互面板11内显示；

步骤三、检测好脚制动阀4的输出特性之后，通过HMI人机交互面板11将PLC控制模式切换成HIL装置13控制模式，PLC控制器12接收HIL装置13输出的PWM频率信号和模拟信号，实现对脚制动阀4制动速度，制动行程的控制，并且HIL装置13采集脚制动阀输4出的电控信号，验证脚制动阀4的电控输出特性，得出脚制动阀4的准确输出特性。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种测试脚制动阀特性的试验装置，包括控制单元(1)、用于提供力的驱动单元(2)、检测单元(3)和脚制动阀(4)，其特征在于：控制单元(1)与驱动单元(2)电连接，驱动单元(2)工作时与脚制动阀(4)连接为脚制动阀(4)提供推力；检测单元(3)与驱动单元(2)以及脚制动阀(4)电连接，用于收集驱动单元(2)以及脚制动阀(4)的信号，检测单元(3)与控制单元(1)电连接，检测单元(3)可将收集到的信号反馈到控制单元(1)。

2.根据权利要求1所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：控制单元(1)包括HMI人机交互面板(11)和PLC控制器(12)，驱动单元(2)包括伺服电机(21)和用来驱动伺服电机(21)的驱动器(22)，PLC控制器(12)与驱动器(22)电连接，驱动器(22)与伺服电机(21)电连接，驱动器(22)可将PLC控制器(12)发出的控制信号转换为驱动伺服电机(21)的驱动信号；检测单元(3)包括力传感器(31)和第一压力传感器(32)，力传感器(31)用于采集伺服电机(21)作用在脚制动阀(4)上的力信号，第一压力传感器(32)用于采集脚制动阀(4)输出的压力信号，力传感器(31)和第一压力传感器(32)均与PLC控制器(12)电连接并将接收的信号反馈至PLC控制器。

3.根据权利要求2所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：HMI人机交互面板(11)通过网线与PLC控制器(12)连接，HMI人机交互面板(11)包括可以显示PLC控制器(12)内的控制参数的显示屏，PLC控制器(12)的Output端口与驱动器(22)单向输出连接，力传感器(31)和第一压力传感器(32)均与PLC控制器(12)的Input端口电连接。

4.根据权利要求2所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：伺服电机(21)装配有磁电式限位开关(211)和绝对式编码器(212)，磁电式限位开关(211)和绝对式编码器(212)均通过反馈电路与PLC控制器(12)的Input端口电连接。

5.根据权利要求4所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：磁电式限位开关(211)包括上限位开关、下限位开关和原点开关。

6.根据权利要求2所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：控制单元(1)还包括用于结合计算机仿真和实际的实验的HIL装置(13)，检测单元(3)还包括第二压力传感器(33)，HIL装置(13)与第二压力传感器(33)电连接，第二压力传感器(33)能够采集脚制动阀(4)的压力输出信号，将压力输出信号输入HIL装置(13)，HIL装置(13)的Output端与PLC控制器(12)的Input端连接，HIL装置(13)的Input端与脚制动阀(4)电控信号输出线连接。

7.根据权利要求2所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：HMI人机交互面板(11)上显示有需要对脚制动阀(4)执行的运动参数，运动指令以及命令表指令，并实时显示控制信号和由PLC控制器(12)采集到的传感器数据。

8.根据权利要求7所述的一种测试脚制动阀特性的试验装置，其特征在于：HMI人机交互面板(11)显示有需要对脚制动阀(4)执行的运动参数，包括移动速度，移动距离，移动加速度，移动减速度，保持时间等；HMI人机交互面板(11)显示有需要对脚制动阀(4)执行的运动指令，包括绝对运动指令，相对运动指令，回原点指令，停止运动指令；HMI人机交互面板(11)显示有需要对脚制动阀(4)执行的命令表指令，命令表指令包含对脚制动阀(4)多种运动参数和运动指令的组合控制指令。

9.一种用于控制权利要求6所述的测试脚制动阀特性的试验装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、HMI人机交互面板(11)对PLC控制器控制器(12)输入命令组合，PLC控制器(12)将命令组合转换为脉冲控制信号输出至驱动器(22)；

步骤二、驱动器(22)接收到PLC控制器(12)的脉冲控制信号，并将脉冲控制信号转换为驱动信号发送给伺服电机(21)，使伺服电机(21)按照命令推动脚制动阀(4)移动，此时力传感器(31)、第一压力传感器(32)和第二压力传感器(33)均采集不同的信号并且反馈给PLC控制器(12)转换为实际物理值在HMI人机交互面板(11)内显示；

步骤三、检测好脚制动阀(4)的输出特性之后，通过HMI人机交互面板(11)将PLC控制模式切换成HIL装置(13)控制模式，PLC控制器(12)接收HIL装置(13)输出的PWM频率信号和模拟信号，实现对脚制动阀(4)制动速度，制动行程的控制，并且HIL装置(13)采集脚制动阀输(4)出的电控信号，验证脚制动阀(4)的电控输出特性，得出脚制动阀(4)的准确输出特性。

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