CN111912630B - 一种abs制动性能测试在环仿真双轮试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台及试验方法，其中，驱动与惯量模拟系统模拟车辆行驶惯量输出至综合性能测试系统；综合性能测试系统通过在滚筒的转动方向前后设置车辆前后轴各一侧车轮，控制车轮与滚筒之间的压力模拟车辆的垂向力，车轮配有制动器及检测车轮状态的传感器；电控系统HIL测试平台上设置主缸踏板作动装置、分别与车辆前后轴另一侧车轮对应的制动器和制动轮缸压力传感器和轮速模拟机构，主缸踏板作动装置与待测ABS相连后分别与四个制动器相连，实现待测ABS仿真制动控制；精准水膜控制系统在滚筒与车轮之间喷水模拟湿滑路面工况。本发明能够真实模拟制动工况及车辆触发ABS制动时轮胎的制动状态。

Description

一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台及试验方法

技术领域

本发明属于ABS制动性能测试技术领域，具体涉及ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台及试验方法。

背景技术

国内外针对车辆的ABS制动性能检测主要使用的手段是路试检测，欧洲国家参照联合国欧洲经济委员会组织制定“采用制动防抱死装置的车辆的试验要求”进行道路检测，我国则是按照国标GB13594-2003《机动车和挂车防抱死制动系统性能和试验方法》进行道路试验。但是，路试检测存在周期长、受外部环境因素影响大、耗费成本高、安全性差等不足。

针对路试检测存在的问题，近年来，不少关于ABS性能检测的试验台相继被设计生产，但是，目前这类试验台仍存在测试功能不全面、对实际轮胎接地印迹模拟效果不好，以及难以模拟在湿滑路面制动的工况等问题。例如：

专利CN106198046A一种可进行多种测试的车辆ABS制动试验台，提出了一种可进行多种测试的车辆ABS制动试验台，该试验台可调节滚筒的间距以适应不同轴距和轮胎尺寸的汽车，但是，采用双滚筒的形式不能真实反映车辆在实际路面上制动时轮胎与路面的接触情况；此外，利用磁粉制动器，通过改变磁粉制动器激磁线圈的电流改变传递的扭矩大小实现附着系数的改变，也不能模拟轮胎在湿滑路面，路面存在水膜的制动工况。

专利CN103308321B可控滚筒附着力的汽车ABS性能检测试验台，提出了一种不解体且可以调节轴距的ABS性能检测试验台，同样也是使用磁粉离合器实现对不同附着系数路面的模拟。

专利CN202770641U汽车ABS制动试验台，提出了一种轴距可调、能模拟湿滑路面的ABS制动试验台，但是每个轮胎在试验台上与三个滚筒相接触，轮胎与滚筒的接触印迹与在真实路面上的差别较大，影响轮胎所受到的纵向力，从而影响ABS的制动性能。

专利CN201497607U多功能汽车ABS动态试验台，提出了一种解体式的ABS动态试验台，包括龙门支架可以实现对轮胎进行驱动、垂向以及侧向加载，但是未考虑车辆在制动过程中载荷转移对纵向力的影响。此外，对于传统轮胎六分力测试台架而言，有无法获取湿滑路面度的附着性能、无法实现真实ABS循环条件纵滑性能测试、无法有效评估制动距离等不足。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台及试验方法，能够真实模拟制动工况及车辆触发ABS制动时轮胎的制动状态。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，包括：驱动与惯量模拟系统、综合性能测试系统、电控系统HIL测试平台、精准水膜控制系统、上位机以及工控机；

所述驱动与惯量模拟系统的动力输出端与综合性能测试系统的滚筒传动连接，所述驱动与惯量模拟系统与工控机控制连接，通过工控机控制驱动与惯量模拟系统输出惯量以及转速，实现将转动惯量和滚筒转速信号输出至综合性能测试系统；

综合性能测试系统中，在安装有滚筒转速传感器的滚筒的旋转方向前后两侧，分别设有安装车辆前轴一侧车轮与车辆后轴一侧车轮的轮胎装配机构，且每一车轮对应安装安装相应制动回路的制动器、轮速传感器、制动轮缸压力传感器和轮胎三分力传感器，在安装车轮的轮胎支承板件外侧对应安装有电动轴向伸缩推拉杆，电动轴向伸缩推拉杆与工控机控制连接，通过工控机控制电动轴向伸缩推拉杆伸缩，以控制轮胎与滚筒之间的压力；

所述电控系统HIL测试平台上设有主缸踏板作动装置、与车辆前轴另一侧车轮对应的制动器和制动轮缸压力传感器、与车辆后轴另一侧车轮对应的制动器和制动轮缸压力传感器、轮速模拟机构以及待测ABS；内置有踏板压力传感器的主缸踏板作动装置与待测ABS管路连接，待测ABS分别与四个车轮对应的制动器管路连接，所述主缸踏板作动装置的控制端与工控机控制连接，通过工控机控制主缸踏板作动装置动作；

待测ABS分别接收滚筒转速传感器、轮速传感器、制动轮缸压力传感器、轮胎三分力传感器和踏板压力传感器采集的信号，以及轮速模拟机构输出的轮速模拟信号后，经内部决策输出相应的制动轮缸压力控制信号，控制器内置的电磁阀动作，进而控制对应的制动回路内制动液的压力，实现制动控制；

所述精准水膜控制系统的喷水端口对应设置在滚筒与前后车轮的接触面位置，以实现在滚筒与车轮之间形成水膜，所述精准水膜控制系统与工控机控制连接，通过工控机控制精准水膜控制系统的喷水量；

所述上位机通过工控机控制驱动与惯量模拟系统、综合性能测试系统、电控系统HIL 测试平台和精准水膜控制系统运行。

进一步地，所述驱动与惯量模拟系统Ⅰ中，伺服电机、电磁离合器和传动轴依次同轴连接，传动轴中部安装有惯性模拟机构，传动轴末端与综合性能测试系统中的滚筒同轴安装连接；

所述惯性模拟机构由若干惯量盘组成，通过将不同的惯量盘卡接为一体实现生成不同的转动惯量；

所述伺服电机、电磁离合器和惯性模拟机构分别与工控机控制信号连接，通过工控机分别向伺服电机、电磁离合器和惯性模拟机构发送控制信号，以实现控制伺服电机的转速、控制电磁离合器的结合或分离以及控制惯性模拟机构中的卡扣卡接不同的惯量盘以模拟实车制动时的平动惯量。

进一步地，所述轮胎装配机构包括：轮胎三分力传感器、轮速传感器、制动器、制动轮缸压力传感器、电动轴向伸缩推拉杆、滑轨和轮胎装配机构支承板件；

所述轮胎三分力传感器安装在对应的轮胎的轮辋上，并与待测ABS信号接收端连接，轮胎三分力传感器用于在试验过程中实时检测轮胎的三分力信号并将轮胎的三分力信号发送至待测ABS；所述轮速传感器安装在支撑轮胎的轴承上，并与待测ABS信号连接，轮速传感器用于实时测量轮胎的转速，并将轮胎转速信号发送至待测ABS；所述制动器安装在轮胎上，制动轮缸压力传感器安装在连接制动器的液压制动管路上，并与工控机的功能板卡相连，制动轮缸压力传感器用于实时检测制动轮缸压力信号，并将检测到的制动轮缸压力信号发送至工控机，通过工控机将制动轮缸压力值发送至上位机，以作为上位机车辆模型的输入；

所述滑轨沿着滚筒转动方向设置，滑轨底部固定安装在试验台台架上，轮胎装配机构支承板件滑动连接在滑轨上，所述电动轴向伸缩推拉杆的一端通过支架与一滑轨固定连接，电动轴向伸缩推拉杆的另一端与第一轮胎装配机构支承板件相连，在第一电动轴向伸缩推拉杆的推拉动作下，相应的轮胎将随轮胎装配机构支承板件沿着滑轨水平前后运动，实现靠近或远离滚筒，实现对相应的轮胎施加垂向载荷。

进一步地，在所述滚筒的正上方安装有轮胎粉末过滤收集装置，用于回收和过滤因轮胎和滚筒摩擦而产生的粉末。

进一步地，待测ABS通过液压组合阀块分别与四个车轮对应的制动器管路连接，通过改变液压组合阀块的位置状态实现调整综合性能测试系统上的两组制动器分别对应车辆的左前轮和左后轮、左前轮和右后轮、右前轮和左后轮或右前轮和右后轮。

进一步地，所述精准水膜控制系统中，有两个喷头分别朝向滚筒与前后车轮的接触面位置，经喷头喷出的水流喷入滚筒与车轮之间形成水膜，且水膜从轮胎滚动方向前方被压入轮胎与滚筒之间的间隙；

有两个泵水电机分别通过水管与两个喷头一一对应管路连接，且在两个泵水电机上分别安装有水流量传感器；

所述水流量传感器与工控机信号连接，工控机通过接收水流量传感器反馈的水流量信号调整控制泵水电机的泵水量，以模拟不同湿滑路面条件下的制动工况，以及模拟对开路面制动工况。

进一步地，所述滚筒直径不小于1400mm。

一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验方法，所述试验方法步骤如下：

步骤S1：将被测试轮胎装配至试验台上，并安装相应的车辆制动总成，将带有基于轮胎力控制的ABS控制策略导入待测ABS的控制器中，在上位机里利用车辆动力学软件搭建车辆动力学模型，根据车辆平移惯量设置相应的转动惯量，设置试验所需路面附着系数，在硬件在环实时仿真系统中设置相应的软硬件信息输入输出接口；

步骤S2：上位机将控制信号发送至工控机，工控机控制驱动与惯量模拟系统中的伺服电机转动达到目标转速后，工控机控制驱动与惯量模拟系统中的电磁离合器分离，实现切断动力源，工控机控制电控系统HIL测试平台上的主缸踏板作动装置动作执行踩踏制动踏板进行制动，待测ABS根据接收到的制动踏板压力信号、轮速信号、车速信号和以及轮胎三分力信号控制车辆四个车轮对应的制动轮缸压力进行制动，并根据控制策略对轮胎的角速度以及滑移率进行控制；

步骤S3：记录测试过程的试验数据，对数据进行分析后，可对基于轮胎力控制的ABS 控制策略的制动性能进行评估。

所述步骤S2中：

首先，待测ABS分别接收来自主缸踏板作动装置的制动系统主缸制动压力；四个车轮的轮速信号，其中安装在综合性能测试系统上的两个车轮分别通过轮速传感器实测，另外两个车轮的轮速信号是通过轮速模拟机构发出的轮速模拟信号；车速信号，通过安装在滚筒上的滚筒转速传感器测量采集；轮胎三分力信号，由与车轮对应安装在轮胎三分力传感器实测获得；

然后，待测ABS根据接收到的上述信号输出四个轮缸的制动压力值，待测ABS内置有电磁阀，通过待测ABS内置的电磁阀直接改变不同制动回路中制动油压的值；

最后，待测ABS循环接收上述信号，进而调整四个轮缸的压力值，实现制动轮缸增压、保压或减压。

所述步骤S3中：

待测ABS四个制动轮缸分别进行制动压力控制后，ABS需要实时检测四个轮速信号、四个轮胎的三分力信号和滚筒的转速信号，工控机Ⅶ接收并记录滚筒的转速信号、四个轮缸的制动压力信号、四个车轮的轮速信号；其中，四个轮速信号、轮胎三分力信号以及滚筒转速信号分别通过轮速传感器、轮速模拟机构、轮胎三分力传感器和滚筒转速传感器直接发送至待测ABS的控制器，此外，ABS所需的路面附着系数信号由工控机通过CAN通信板卡发送；滚筒的转速信号、四个轮缸的制动压力信号以及车轮的轮速信号分别通过滚筒的转速传感器、轮缸压力传感器、轮速传感器以及轮速模拟机构将信号发送至工控机Ⅶ，再通过工控机Ⅶ传输至上位机Ⅵ，上位机Ⅵ接收信息后调整相应车辆模型姿态，与整个测试形成一个闭环，并记录数据用于制动性能分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够使轮胎在滚筒上的接地印记更接近于真实道路上轮胎的接地印记；

2、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够真实改变轮胎与滚筒间附着系数；

3、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够模拟湿滑路面制动工况；

4、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够实现制动时前后轴载荷转移；

5、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够实测轮胎力；

6、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验过程控制简单，便于操作；

7、本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台能够在不拆卸轮胎的情况下对不同的制动回路进行测试。

附图说明

图1为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的整体结构轴测图；

图2为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，驱动与惯量模拟系统和综合性能测试系统装配结构轴测图；

图3为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，驱动与惯量模拟系统轴测图；

图4为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，综合性能测试系统轴测图；

图5为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，第二轮胎装配机构轴测图；

图6为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，第一轮胎装配机构的局部结构轴测图；

图7为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，电控系统HIL测试平台轴测图；

图8为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台中，精准水膜控制系统主视图；

图9为本发明所述ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验过程流程框图。

图中：

Ⅰ驱动与惯量模拟系统， Ⅱ综合性能测试系统， Ⅲ电控系统HIL测试平台，

Ⅳ精准水膜控制系统， Ⅴ试验台台架， Ⅵ上位机，

Ⅶ工控机；

A惯性模拟机构， B滚筒转动机构， C第一轮胎装配机构，

D第二轮胎装配机构；

1伺服电机， 2电磁离合器， 3传动轴，

4惯性模拟支撑架， 5滚筒， 6滚筒支承板件，

7滚筒转速传感器， 8第一轮胎三分力传感器， 9第二轮胎三分力传感器，

10第一轮速传感器， 11第二轮速传感器， 12第一制动器，

13第二制动器， 14第一制动轮缸压力传感器， 15第二制动轮缸压力传感器，

16第一电动轴向伸缩推拉杆， 17第二电动轴向伸缩推拉杆， 18第一滑轨，

19第二滑轨， 20第一轮胎支承板件， 21第二轮胎支承板件，

22轮胎粉末过滤收集装置， 23第三制动器， 24第四制动器，

25主缸踏板作动装置， 26待测ABS， 27-轮速模拟装置，

28液压组合阀块， 29第三制动轮缸压力传感器， 30第四制动轮缸压力传感器，

31第一泵水电机， 32第二泵水电机， 33第一水管，

34第二水管， 35第一喷头， 36第二喷头，

37第一水流量传感器， 38第二水流量传感器， 39电控仿真台架，

40水膜控制台架。

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

实施例一：

本具体实施方式一公开了一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，如图1所示，所述试验台包括：驱动与惯量模拟系统Ⅰ、综合性能测试系统Ⅱ、电控系统HIL测试平台Ⅲ、精准水膜控制系统Ⅳ、试验台台架Ⅴ、上位机Ⅵ以及工控机Ⅶ；其中，所述驱动与惯量模拟系统Ⅰ与综合性能测试系统Ⅱ成T字型排布安装在试验台台架Ⅴ上，所述电控系统HIL测试平台Ⅲ与精准水膜控制系统Ⅳ分别排布安装在试验台台架Ⅴ的一侧，所述上位机Ⅵ与工控机Ⅶ与上述试验执行系统分开设置，以保证试验人员的安全。

如图2所示，在成T字型排布的驱动与惯量模拟系统Ⅰ与综合性能测试系统Ⅱ中，驱动与惯量模拟系统Ⅰ中的惯性模拟机构的轴线与综合性能测试系统Ⅱ中的滚筒转动机构B的轴线共线，综合性能测试系统Ⅱ中第一轮胎装配机构C和第二轮胎装配机构D对称设置在滚筒转动机构B轴线两侧。

如图3所示，所述驱动与惯量模拟系统Ⅰ中包括：伺服电机1、电磁离合器2、传动轴3、惯性模拟机构A以及惯性模拟支撑架4；其中，所述伺服电机1通过电机支架固定安装在试验台台架Ⅴ上，伺服电机1的输出轴水平设置，并通过电磁离合器2与传动轴3一端同轴相连；所述惯性模拟机构A由若干个同轴设置的惯量盘组成，其中一个惯量盘与所述传动轴3同轴固定连接，其余惯量盘与传动轴3同轴设置，通过将不同数量的惯量盘通过卡扣卡接，实现不同数量的惯量盘随传动轴3同轴旋转，实现不同惯量大小的模拟；所述传动轴 3的两端支撑安装在惯性模拟支撑架4上，传动轴3的另一端与综合性能测试系统Ⅱ中的滚筒5同轴固连；

所述伺服电机1、电磁离合器2和惯性模拟机构A分别与工控机Ⅶ控制信号连接，通过工控机Ⅶ分别向伺服电机1、电磁离合器2和惯性模拟机构A发送控制信号，以实现控制伺服电机1的转速、控制电磁离合器2的结合或分离以及控制惯性模拟机构A中的卡扣卡接不同的惯量盘以模拟实车制动时的平动惯量；

所述惯性模拟机构A以转动惯量模拟平动惯量，可实现1t至2t车辆运动惯量等效模拟，工控机Ⅶ根据上位机Ⅵ中车辆模型和如下公式计算车辆制动时的惯量：

上述计算车辆制动时的惯量的公式中：

m为车辆质量；v为车辆速度(即轮胎滚动的线速度)；I₁为惯量盘转动惯量；I₂为滚筒转动惯量；v₁为惯量盘最外侧线速度；v₂为滚筒最外侧线速度(在不存在滑移率时与轮胎线速度相同)；R₁为惯量盘半径；R₂为滚筒半径；

测试前，设定车速v和车辆质量m，惯量盘半径R₁以及滚筒半径R₂均已知，车速v与滚筒最外侧转速v₂相同，惯量盘最外侧线速度

因为在同一传动轴上滚筒与惯量盘的角速度相同，滚筒的转动惯量I₂已知，根据上述公式即可求得惯量盘的转动惯量I₁，最终根据惯量盘的转动惯量I₁确定惯量模拟机构A中的卡扣卡住不同的惯量盘以达到模拟实车制动时平动惯量。所有部件均由驱动与惯性模拟系统支承板件4支承与试验台台架Ⅴ上。

如图2所示，综合性能测试系统Ⅱ包括：滚筒转动机构B，第一轮胎装配机构C和第二轮胎装配机构D；

如图4所示，所述滚筒转动机构B包括滚筒5、滚筒支承板件6、滚筒转速传感器7以及轮胎粉末过滤收集装置22；其中，滚筒5支撑安装在滚筒支承板件6上，且与传动轴3 的末端同轴连接，滚筒转速传感器7通过滚筒支承板件6与滚筒5同轴安装，并与待测ABS26 信号连接，滚筒转速传感器7用于检测滚筒5的转速，并将测得的滚筒5转速发送至待测 ABS26，进而实现将测得的车辆行驶速度发送至待测ABS26；所述滚筒5的直径不小于 1400mm；所述轮胎粉末过滤收集装置22设置安装在滚筒5的正上方，用于回收和过滤因轮胎和滚筒5摩擦而产生的粉末。

所述第一轮胎装配机构C和第二轮胎装配机构D结构相同，且相向对称地安装在滚筒转动机构B转动方向的前后位置，分别用于安装车辆前轴一侧轮胎和车辆后轴一侧轮胎；

如图4和图6所示，所述第一轮胎装配机构C包括：第一轮胎三分力传感器8、第一轮速传感器10、第一制动器12、第一制动轮缸压力传感器14、第一电动轴向伸缩推拉杆16、第一滑轨18和第一轮胎装配机构支承板件20；其中，所述第一轮胎三分力传感器8安装在对应的轮胎的轮辋上，并与待测ABS26信号连接，第一轮胎三分力传感器8用于在试验过程中实时检测轮胎的三分力信号并将轮胎的三分力信号发送至待测ABS26，轮胎的三分力信号包括轮胎的纵向力、侧向力和垂向力；所述第一轮速传感器10安装在支撑轮胎的轴承上，并与待测ABS26信号连接，第一轮速传感器10用于实时测量轮胎的转速，并将轮胎转速信号发送至待测ABS26；所述第一制动器12安装在轮胎上，且安装方式与实车相同，第一制动轮缸压力传感器14安装在连接第一制动器12的液压制动管路上，并与工控机Ⅶ的功能板卡相连，第一制动轮缸压力传感器14用于实时检测制动轮缸压力信号，以测试ABS对轮胎的制动情况，此外，第一制动轮缸压力传感器14将检测到的制动轮缸压力信号发送至工控机Ⅶ的功能板卡，利用工控机Ⅶ的功能板卡实时测量制动轮缸压力值，并将制动轮缸压力值发送至上位机Ⅵ，以作为上位机Ⅵ车辆模型的输入；所述第一滑轨18沿着滚筒转动机构B转动方向设置，第一滑轨18底部固定安装在试验台台架Ⅴ上，第一轮胎装配机构支承板件20滑动连接在第一滑轨18上，所述第一电动轴向伸缩推拉杆16的一端通过支架与第一滑轨18固定连接，第一电动轴向伸缩推拉杆16的另一端作为推拉端与第一轮胎装配机构支承板件20相连，第一轮胎装配机构支承板件20用于安装对应的轮胎及与其配套连接的部件，在第一电动轴向伸缩推拉杆16的推拉动作下，相应的轮胎将随第一轮胎装配机构支承板件20沿着第一滑轨18水平前后运动，实现靠近或远离滚筒5，实现对相应的轮胎施加垂向载荷；

如图4和图6所示，所述第二轮胎装配机构D包括：第二轮胎三分力传感器9、第二轮速传感器11、第二制动器13、第二制动轮缸压力传感器15、第二电动轴向伸缩推拉杆17、第二滑轨19和第二轮胎装配机构支承板件21；其中，所述第二轮胎三分力传感器9安装在对应的轮胎的轮辋上，并与待测ABS26信号连接，第二轮胎三分力传感器9用于在试验过程中实时检测轮胎的三分力信号并将轮胎的三分力信号发送至待测ABS26，轮胎的三分力信号包括轮胎的纵向力、侧向力和垂向力；所述第二轮速传感器11安装在支撑轮胎的轴承上，并与待测ABS26信号连接，第二轮速传感器11用于实时测量轮胎的转速，并将轮胎转速信号发送至待测ABS26；所述第二制动器13安装在轮胎上，且安装方式与实车相同，第二制动轮缸压力传感器15安装在连接第二制动器13的液压制动管路上，并与工控机Ⅶ的功能板卡相连，第二制动轮缸压力传感器15用于实时检测制动轮缸压力信号，以测试ABS对轮胎的制动情况，此外，第二制动轮缸压力传感器15将检测到的制动轮缸压力信号发送至工控机Ⅶ的功能板卡，利用工控机Ⅶ的功能板卡实时测量制动轮缸压力值，并将制动轮缸压力值发送至上位机Ⅵ，以作为上位机Ⅵ车辆模型的输入；所述第二滑轨19沿着滚筒转动机构B转动方向设置，第二滑轨19底部固定安装在试验台台架Ⅴ上，第二轮胎装配机构支承板件21滑动连接在第二滑轨19上，所述第二电动轴向伸缩推拉杆17的一端通过支架与第二滑轨19固定连接，第二电动轴向伸缩推拉杆17的另一端作为推拉端与第二轮胎装配机构支承板件21相连，第二轮胎装配机构支承板件21用于安装对应的轮胎及与其配套连接的部件，在第二电动轴向伸缩推拉杆17的推拉动作下，相应的轮胎将随第二轮胎装配机构支承板件21沿着第二滑轨19水平前后运动，实现靠近或远离滚筒5，实现对相应的轮胎施加垂向载荷；

所述第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17的控制端分别与工控机Ⅶ控制信号连接，工控机Ⅶ直接分别向第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17发送控制信号，控制第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17动作，通过分别控制第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17的伸缩量，进而控制对应的车轮与滚筒5之间的压力大小，最终可实现对装配在试验台上的轮胎加载垂向载荷，并实现模拟车辆在制动时的前、后轴载荷转移；具体控制过程简述如下：

上位机Ⅵ中车辆动力学软件根据制动工况下前、后轴载荷转移模型的计算，得出前、后轴在制动工况下的载荷转移情况，前、后轴载荷转移模型公式如下：

上述前、后轴载荷转移模型公式中：

v为车辆速度；m车辆的质量；m_t为簧下质量；F_b为车辆制动力；z为车身垂向位移；z_s为悬架垂向位移；z_s0悬架静止时初始位移位置；z_t轮胎跳动量；z_t0轮胎静止时初始位移位置；F_s为悬架垂向力；g为重力加速度；J_c为底盘绕侧向运动方向的转动惯量；

为车辆俯仰角加速度； a、b为车辆质心到前轴、后轴的距离；k_s为悬架刚度；k_t为轮胎刚度；h为车辆质心高度；F_z为轮胎的垂向载荷；d为减震器减震系数；f、r用于区分前、后轴不同变量；

为车辆加速度；

车身垂向加速度；

为前轴悬架垂向力；

为后轴悬架垂向力；

为前轴制动力；

为后轴制动力；k^f为前轴悬架刚度；

为前轴悬架垂向位移；

为前轴悬架静止时初始位移位置；

为前轴轮胎跳动量；d^f为前轴减震器减震系数；

为前轴悬架垂向速度；

为前轮对应车身的垂向速度；k^r为后轴悬架刚度；

为后轴悬架垂向位移；

为后轴悬架静止时初始位移位置；

为后轴轮胎跳动量；d^r为后轴减震器减震系数；

为后轴悬架垂向速度；

为后轮对应车身的垂向速度；p为车辆俯仰角；

为前轴轮胎跳动加速度；

为前轴轮胎的垂向载荷；

为后轴轮胎跳动加速度；

为后轴轮胎的垂向载荷；

为前轴轮胎跳动量；

为后轴轮胎跳动量；

为前轮静止时初始位移位置；

为后轮静止时初始位移位置；

上位机Ⅵ根据上述前、后轴载荷转移模型公式计算出前轴轮胎的垂向载荷

和后轴轮胎的垂向载荷

后，将相应的信号发送至工控机Ⅶ，工控机Ⅶ根据上位机Ⅵ计算出的前、后轴轮胎的垂向载荷，驱动第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17动作，对装配在试验台上的轮胎加载垂向载荷实现模拟车辆在制动时的前、后轴载荷转移；

与此同时，第一轮胎三分力传感器8和第二轮胎三分力传感器9分别将监测到的被测轮胎的垂向分力反馈至工控机Ⅵ，工控机Ⅵ根据前、后轴载荷转移模型输出的前、后轴轮胎的垂向载荷以及三分力传感器的反馈值，调整第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17伸缩动作，对第一电动轴向伸缩推拉杆16和第二电动轴向伸缩推拉杆17进行闭环控制，以实现轮胎载荷量的精准模拟。

如图7所示，所述电控系统HIL测试平台Ⅲ包括：分别设置安装在电控仿真台架39上的第三制动器23、第四制动器24、主缸踏板作动装置25、轮速模拟机构27、液压组合阀块28、第三制动轮缸压力传感器29和第四制动轮缸压力传感器30，此外，待测ABS26也设置在电控系统HIL测试平台Ⅲ上；

所述第三制动器23为与所述第一制动器12相对应地，与车辆前轴另一侧轮胎对应安装的制动器，所述第四制动器24为与所述第二制动器13相对应地，与车辆后轴另一侧轮胎对应安装的制动器；所述第三制动轮缸压力传感器29和第四制动轮缸压力传感器30分别对应安装在连接第三制动器23和第四制动器24的液压制动管路上，所述第三制动，轮缸压力传感器29和第四制动轮缸压力传感器30分别与工控机Ⅶ的功能板卡相连，第三制动轮缸压力传感器29和第四制动轮缸压力传感器30分别用于实时检测对应安装的制动轮缸压力信号，以测试ABS对轮胎的制动情况，此外，第三制动轮缸压力传感器29和第四制动轮缸压力传感器30将检测到的制动轮缸压力信号发送至工控机Ⅶ的功能板卡，利用工控机Ⅶ的功能板卡实时测量制动轮缸压力值，并将制动轮缸压力值发送至上位机Ⅵ，以作为上位机Ⅵ车辆模型的输入；

主缸踏板作动装置25的控制端与工控机Ⅶ信号连接，工控机Ⅶ根据上位机Ⅵ发送的指令控制主缸踏板作动装置25动作实现对制动回路进行制动；主缸踏板作动装置25与待测 ABS 26信号连接，待测ABS 26根据制动主缸的压力对车辆四个轮胎对应的第一制动器12、第二制动器13、第三制动器23和第四制动器24对应的制动液压回路进行控制，实现液压制动；

所述轮速模拟机构27的信号输入端与上位机Ⅵ相连，轮速模拟机构27的信号输出端与待测ABS 26相连；所述轮速模拟机构27针对与第三制动器23和第四制动器24相对应设置的两个无真实轮速信号的车轮设置，上位机Ⅵ根据车辆动力学仿真软件对车辆模型计算的结果，将与第三制动器23和第四制动器24相对应的车轮轮速信息进行单位换算后发送至工控机Ⅶ，工控机Ⅶ通过功能板卡发送相应频率的方波电压信号，方波电压信号经轮速模拟机构27转换成待测ABS 26能直接识别的方波电流信号，使待测ABS 26能获得完整的轮速信号；完整的轮速信号包括设置在综合性能测试系统Ⅱ上与第一制动器12和第二制动器13对应安装的车辆前轴一侧车轮和车辆后轴一侧车轮对应的轮速信号，以及设置在电控系统HIL 测试平台Ⅲ上与第三制动器23和第四制动器24对应安装的车辆前轴另一侧车轮和车辆后轴另一侧车轮对应的轮速信号；

待测ABS 26除了需要获取四个完整的车轮轮速信号以外，还需要获取在实车真实驾驶环境下所需获取的其它信息，上述信息通过工控机Ⅶ的CAN通讯板卡发送至待测ABS26；待测ABS 26在获取主缸踏板作动装置25所施加在制动踏板上，并由制动主缸响应的压力后，分别对第一制动器12、第二制动器13、第三制动器23和第四制动器24对应的四个液压制动回路进行制动控制；

待测ABS 26与液压组合阀块28管路连接，液压组合阀块28再分别与第一制动器12、第二制动器13、第三制动器23和第四制动器24管路连接，通过改变液压组合阀块28的位置实现对处于综合性能测试系统Ⅱ上的第一制动器12和第二制动器13对应安装的轮胎与实际车辆上对应的车轮位置的不同对应组合，以使第一制动器12和第二制动器13分别对应车辆的左前轮和左后轮、左前轮和右后轮、右前轮和左后轮或右前轮和右后轮，以使测试更加全面且便捷；

上述液压组合阀块28用于交换第一制动器12、第二制动器13、第三制动器23和第四制动器24对应的四个液压制动油路的位置，如：经待测ABS26引出的四个液压制动油路分别连接车辆左前轮、右前轮、左后轮和右后轮对应的制动轮缸，通过液压组合阀块28可以任意交换液压制动回路的顺序，能够实现不拆卸试验台上的任何设备的前提下，测试不同方位轮胎组合形式，当综合性能测试系统Ⅱ上与滚筒5对应的是左前轮和左后轮，其对应连接的制动回路也是左前液压制动回路和左后液压制动回路，当这组试验测试完成后，使用液压组合阀块26进行液路切换，以交换制动回路的顺序，这样可以将与滚筒5对应的制动回路换成其它的组合形式，并不用重新拆装制动系统。

如图8所示，所述精准水膜控制系统Ⅳ包括：水膜控制台架40、第一泵水电机31、第二泵水电机32、第一水管33、第二水管34、第一喷头35、第二喷头36、第一水流量传感器37和第二水流量传感器38；

所述第一泵水电机31设置安装在水膜控制台架40上，第一泵水电机31的一端与水源管路连接，第一泵水电机31的另一端通过第一水管33与第一喷头35管路连接，在第一泵水电机31的驱动下，水源被泵入第一水管33，并经第一喷头35喷出，所述第一喷头35位于滚筒5与安装第二制动器13的车轮相接触面的正上方，经第一喷头35喷出的水路沿着滚筒5与安装第二制动器13的车轮相接触旋转的方向喷入滚筒5与安装第二制动器13的车轮之间形成水膜，并保证水膜能从轮胎滚动方向前方被压入轮胎与滚筒5之间的间隙；所述第一水流量传感器37对应安装在第一泵水电机31上，以检测经第一泵水电机31的水流量信号，所述第一泵水电机31的控制端和第一水流量传感器37分别与工控机Ⅶ信号连接，工控机Ⅶ通过接收第一水流量传感器37反馈的水流量信号调整控制第一泵水电机31的泵水量，使水膜厚度控制更加精准；

所述第二泵水电机32设置安装在水膜控制台架40上，第二泵水电机32的一端与水源管路连接，第二泵水电机32的另一端通过第二水管34与第二喷头36管路连接，在第二泵水电机32的驱动下，水源被泵入第二水管34，并经第二喷头36喷出，所述第二喷头36位于滚筒5与安装第一制动器12的车轮相接触面的正下方，经第二喷头36喷出的水路沿着滚筒5与安装第一制动器12的车轮相接触旋转的方向喷入滚筒5与安装第一制动器12的车轮之间形成水膜，并保证水膜能从轮胎滚动方向前方被压入轮胎与滚筒5之间的间隙；所述第二水流量传感器38对应安装在第二泵水电机32上，以检测经第二泵水电机32的水流量信号，所述第二泵水电机32的控制端和第二水流量传感器38分别与工控机Ⅶ信号连接，工控机Ⅶ通过接收第二水流量传感器38反馈的水流量信号调整控制第二泵水电机32的泵水量，使水膜厚度控制更加精准；

上述精准水膜控制系统Ⅳ中，水分别经过第一水管34和第二水管35分别从第一喷头 36和第二喷头37喷出形成高压高精度的水膜厚度，以模拟不同湿滑路面条件下的制动工况，此外，还能控制其中一个泵水电机工作，另一个泵水电机不工作，以模拟对开路面的制动工况。

实施例二：

本实施例二公开了一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验方法，所述试验方法基于上述实施例一中所述的ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，如图9所示，本发明所述 ABS制动性能测试在环仿真双轮试验方法的试验过程如下：

步骤S1：将被测试轮胎装配至试验台上，并安装相应的车辆制动总成，将带有基于轮胎力控制的ABS控制策略导入待测ABS26的控制器中，在上位机Ⅵ里利用车辆动力学软件搭建车辆动力学模型，根据车辆平移惯量设置相应的转动惯量，设置试验所需路面附着系数，在硬件在环实时仿真系统中设置相应的软硬件信息输入输出接口；

步骤S2：上位机Ⅵ将控制信号发送至工控机Ⅶ，工控机Ⅶ控制伺服电机1转动达到目标转速后，工控机Ⅶ控制电磁离合器2分离，实现切断动力源，工控机Ⅶ控制主缸踏板作动装置25动作执行踩踏制动踏板进行制动，待测ABS 26根据制动主缸压力值、轮速信号、车速信号和轮胎三分力信号对车辆四个车轮对应的制动轮缸压力进行控制，使轮胎开始制动，并根据控制策略对轮胎的角速度以及滑移率进行控制；

本步骤S2中，首先，待测ABS 26分别接收来自主缸踏板作动装置25的制动踏板压力，即制动系统主缸制动压力；四个车轮的轮速信号，其中安装在综合性能测试系统Ⅱ上的两个车轮分别通过轮速传感器实测，另外两个车轮的轮速信号是通过轮速模拟机构27发出的轮速模拟信号；车速信号，通过安装在滚筒5上的滚筒转速传感器7测量采集；轮胎三分力信号，由与车轮对应安装在轮胎三分力传感器实测获得；然后，待测ABS 26根据接收到的上述信号根据算法输出四个轮缸的制动压力值，待测ABS 26内置有电磁阀，通过待测ABS 26内置的电磁阀直接改变不同制动回路中制动油压的值；最后，待测ABS 26循环接收上述信号，进而调整四个轮缸的压力值，实现制动轮缸增压、保压或减压；

以其中一个车轮的控制为例，针对于一个车轮的控制策略：

F_x＝μ(S)·F_z

其中：m是车辆质量；

是车辆加速度；F_x是轮胎纵向力；I是车轮转动惯量；

是车轮角加速度；r是车轮滚动半径；T_b是车轮制动力矩；μ是车轮与地面的附着系数；μ(S)是摩擦系数μ和滑移率s的函数关系；F_z是车轮垂向载荷；

是制动系数；F_B是制动压力；s是滑移率；

步骤S3：记录测试过程的试验数据，对数据进行分析后，可对基于轮胎力控制的ABS 控制策略的制动性能进行评估；

本步骤S3中，待测ABS 26对四个制动轮缸分别进行制动压力控制后，ABS需要实时检测四个轮速信号、四个轮胎的三分力信号和滚筒5的转速信号，工控机Ⅶ接收并记录滚筒5的转速信号、四个轮缸的制动压力信号、四个车轮的轮速信号；其中，四个轮速信号、轮胎三分力信号和滚筒5的转速信号分别通过轮速传感器、轮速模拟机构、轮胎三分力传感器和滚筒转速传感器直接发送至待测ABS 26的控制器，此外，ABS26所需的路面附着系数信号由工控机Ⅶ通过CAN通信板卡发送；滚筒5的转速信号、四个轮缸的制动压力信号以及车轮的轮速信号分别通过滚筒的转速传感器、轮缸压力传感器、轮速传感器以及轮速模拟机构将信号发送至工控机Ⅶ，在通过工控机Ⅶ传输至上位机Ⅵ，上位机Ⅵ记录数据并用于制动性能分析。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

包括：驱动与惯量模拟系统、综合性能测试系统、电控系统HIL测试平台、精准水膜控制系统、上位机以及工控机；

所述驱动与惯量模拟系统的动力输出端与综合性能测试系统的滚筒传动连接，所述驱动与惯量模拟系统与工控机控制连接，通过工控机控制驱动与惯量模拟系统输出惯量以及转速，实现将转动惯量和滚筒转速信号输出至综合性能测试系统；

综合性能测试系统中，在安装有滚筒转速传感器的滚筒的旋转方向前后两侧，分别设有安装车辆前轴一侧车轮与车辆后轴一侧车轮的轮胎装配机构，且每一车轮对应安装相应制动回路的制动器、轮速传感器、制动轮缸压力传感器和轮胎三分力传感器，在安装车轮的轮胎支承板件外侧对应安装有电动轴向伸缩推拉杆，电动轴向伸缩推拉杆与工控机控制连接，通过工控机控制电动轴向伸缩推拉杆伸缩，以控制轮胎与滚筒之间的压力；

所述轮胎装配机构包括：轮胎三分力传感器、轮速传感器、制动器、制动轮缸压力传感器、电动轴向伸缩推拉杆、滑轨和轮胎装配机构支承板件；

所述轮胎三分力传感器安装在对应的轮胎的轮辋上，并与待测ABS信号接收端连接，轮胎三分力传感器用于在试验过程中实时检测轮胎的三分力信号并将轮胎的三分力信号发送至待测ABS；所述轮速传感器安装在支撑轮胎的轴承上，并与待测ABS信号连接，轮速传感器用于实时测量轮胎的转速，并将轮胎转速信号发送至待测ABS；所述制动器安装在轮胎上，制动轮缸压力传感器安装在连接制动器的液压制动管路上，并与工控机的功能板卡相连，制动轮缸压力传感器用于实时检测制动轮缸压力信号，并将检测到的制动轮缸压力信号发送至工控机，通过工控机将制动轮缸压力值发送至上位机，以作为上位机车辆模型的输入；

所述滑轨沿着滚筒转动方向设置，滑轨底部固定安装在试验台台架上，轮胎装配机构支承板件滑动连接在滑轨上，所述电动轴向伸缩推拉杆的一端通过支架与一滑轨固定连接，电动轴向伸缩推拉杆的另一端与第一轮胎装配机构支承板件相连，在第一电动轴向伸缩推拉杆的推拉动作下，相应的轮胎将随轮胎装配机构支承板件沿着滑轨水平前后运动，实现靠近或远离滚筒，实现对相应的轮胎施加垂向载荷；

所述电控系统HIL测试平台上设有主缸踏板作动装置、与车辆前轴另一侧车轮对应的制动器和制动轮缸压力传感器、与车辆后轴另一侧车轮对应的制动器和制动轮缸压力传感器、轮速模拟机构以及待测ABS；内置有踏板压力传感器的主缸踏板作动装置与待测ABS管路连接，待测ABS分别与四个车轮对应的制动器管路连接，所述主缸踏板作动装置的控制端与工控机控制连接，通过工控机控制主缸踏板作动装置动作；

待测ABS分别接收滚筒转速传感器、轮速传感器、制动轮缸压力传感器、轮胎三分力传感器和踏板压力传感器采集的信号，以及轮速模拟机构输出的轮速模拟信号后，经内部决策输出相应的制动轮缸压力控制信号，控制器内置的电磁阀动作，进而控制对应的制动回路内制动液的压力，实现制动控制；

所述精准水膜控制系统的喷水端口对应设置在滚筒与前后车轮的接触面位置，以实现在滚筒与车轮之间形成水膜，所述精准水膜控制系统与工控机控制连接，通过工控机控制精准水膜控制系统的喷水量；

所述上位机通过工控机控制驱动与惯量模拟系统、综合性能测试系统、电控系统HIL测试平台和精准水膜控制系统运行。

2.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

所述驱动与惯量模拟系统中，伺服电机、电磁离合器和传动轴依次同轴连接，传动轴中部安装有惯性模拟机构，传动轴末端与综合性能测试系统中的滚筒同轴安装连接；

所述惯性模拟机构由若干惯量盘组成，通过将不同的惯量盘卡接为一体实现生成不同的转动惯量；

所述伺服电机、电磁离合器和惯性模拟机构分别与工控机控制信号连接，通过工控机分别向伺服电机、电磁离合器和惯性模拟机构发送控制信号，以实现控制伺服电机的转速、控制电磁离合器的结合或分离以及控制惯性模拟机构中的卡扣卡接不同的惯量盘以模拟实车制动时的平动惯量。

3.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

在所述滚筒的正上方安装有轮胎粉末过滤收集装置，用于回收和过滤因轮胎和滚筒摩擦而产生的粉末。

4.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

待测ABS通过液压组合阀块分别与四个车轮对应的制动器管路连接，通过改变液压组合阀块的位置状态实现调整综合性能测试系统上的两组制动器分别对应车辆的左前轮和左后轮、左前轮和右后轮、右前轮和左后轮或右前轮和右后轮。

5.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

所述精准水膜控制系统中，有两个喷头分别朝向滚筒与前后车轮的接触面位置，经喷头喷出的水流喷入滚筒与车轮之间形成水膜，且水膜从轮胎滚动方向前方被压入轮胎与滚筒之间的间隙；

有两个泵水电机分别通过水管与两个喷头一一对应管路连接，且在两个泵水电机上分别安装有水流量传感器；

所述水流量传感器与工控机信号连接，工控机通过接收水流量传感器反馈的水流量信号调整控制泵水电机的泵水量，以模拟不同湿滑路面条件下的制动工况，以及模拟对开路面制动工况。

6.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台，其特征在于：

所述滚筒直径不小于1400mm。

7.如权利要求1所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验方法，其特征在于：

所述试验方法步骤如下：

步骤S1：将被测试轮胎装配至试验台上，并安装相应的车辆制动总成，将带有基于轮胎力控制的ABS控制策略导入待测ABS的控制器中，在上位机里利用车辆动力学软件搭建车辆动力学模型，根据车辆平移惯量设置相应的转动惯量，设置试验所需路面附着系数，在硬件在环实时仿真系统中设置相应的软硬件信息输入输出接口；

步骤S2：上位机将控制信号发送至工控机，工控机控制驱动与惯量模拟系统中的伺服电机转动达到目标转速后，工控机控制驱动与惯量模拟系统中的电磁离合器分离，实现切断动力源，工控机控制电控系统HIL测试平台上的主缸踏板作动装置动作执行踩踏制动踏板进行制动，待测ABS根据接收到的制动踏板压力信号、轮速信号、车速信号和以及轮胎三分力信号控制车辆四个车轮对应的制动轮缸压力进行制动，并根据控制策略对轮胎的角速度以及滑移率进行控制；

步骤S3：记录测试过程的试验数据，对数据进行分析后，可对基于轮胎力控制的ABS控制策略的制动性能进行评估。

8.如权利要求7所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验方法，其特征在于：

本步骤S2中：

首先，待测ABS分别接收来自主缸踏板作动装置的制动系统主缸制动压力；四个车轮的轮速信号，其中安装在综合性能测试系统上的两个车轮分别通过轮速传感器实测，另外两个车轮的轮速信号是通过轮速模拟机构发出的轮速模拟信号；车速信号，通过安装在滚筒上的滚筒转速传感器测量采集；轮胎三分力信号，由与车轮对应安装在轮胎三分力传感器实测获得；

然后，待测ABS根据接收到的上述信号输出四个轮缸的制动压力值，待测ABS内置有电磁阀，通过待测ABS内置的电磁阀直接改变不同制动回路中制动油压的值；

最后，待测ABS循环接收上述信号，进而调整四个轮缸的压力值，实现制动轮缸增压、保压或减压。

9.如权利要求7所述一种ABS制动性能测试在环仿真双轮试验台的试验方法，其特征在于：

所述步骤S3中：

待测ABS四个制动轮缸分别进行制动压力控制后，ABS需要实时检测四个轮速信号、四个轮胎的三分力信号和滚筒的转速信号，工控机Ⅶ接收并记录滚筒的转速信号、四个轮缸的制动压力信号、四个车轮的轮速信号；其中，四个轮速信号以及轮胎三分力信号分别通过轮速传感器、轮速模拟机构、轮胎三分力传感器和滚筒转速传感器直接发送至待测ABS的控制器，此外，ABS所需的路面附着系数信号由工控机通过CAN通信板卡发送；滚筒的转速信号、四个轮缸的制动压力信号以及车轮的轮速信号分别通过滚筒的转速传感器、轮缸压力传感器、轮速传感器以及轮速模拟机构将信号发送至工控机Ⅶ，再通过工控机Ⅶ传输至上位机Ⅵ，上位机Ⅵ接收信息后调整相应车辆模型姿态，与整个测试形成一个闭环，并记录数据用于制动性能分析。

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