CN112857825A - 一种附着系数实时可调的车辆abs制动模拟台架及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架及其试验方法，实验台包括机械传动系统、信号采集与控制系统，其中机械传动系统包括三相异步电动机、电磁离合器、飞轮、无级变速机、转矩转速传感器、磁粉离合器、制动器、车轮，信号采集与控制系统包括信号采集传感器、信号采集系统、上位机。本发明方法通过将磁粉离合器内外转子之间的滑差模拟地面和轮胎之间的相互作用，紧急制动时可根据实时滑移率的变化模拟路面制动力，以达到路面附着系数根据滑移率的变化实时改变的目的。本发明方法通过选择典型路面或对接路面，根据Burckhardt轮胎模型来获得最佳滑移率，用于ABS系统的控制参数选择。

Description

一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架及其试验 方法

技术领域

本发明涉及一种ABS(Anti-lock Breaking System)性能台架试验领域，尤其涉及一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架及其试验方法。

背景技术

随着车辆低碳化、电气化、智能化的发展，车辆零部件和子系统也在逐步改造，相应的功能和性能也面临着严峻的挑战。车辆制动系统对车辆的安全驾驶起着至关重要的作用。汽车ABS(Anti-lock Breaking System)在汽车紧急制动时，通过检测实时车速、轮速的变化，控制滑移率在最佳滑移率附近，以达到最佳的制动效果。

为准确、快速、安全地对制动器ABS性能进行检测，专利CN104266847A公开了一种高速车辆制动实验装置及其控制方法，该专利实现了高速制动，但其高速滚筒的安装角度对实验车轮的受力情况影响较大，并且其试验方法以恒定的路面附着力代替实时变化的附着力，不能真实的模拟实际路面情况。

发明内容

本发明提供一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架及其试验方法，以实现精确模拟制动路况和对制动器ABS制动性能测试的目的。

为了解决技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，包括机械传动系统、信号采集与控制系统，其中：

机械传动系统包括三相异步电动机、飞轮、无级变速机、转矩转速传感器、磁粉离合器、制动器、车轮，所述三相异步电动机的输出轴通过电磁离合器与飞轮的输入轴共中心轴连接，飞轮的输出轴后方设有无级变速机，所述飞轮的输出轴通过一级联轴器与无级变速机的输入端共中心轴连接，无级变速机的后方设有转矩转速传感器，无级变速机的输出端与转矩转速传感器的输入端通过二级联轴器共中心轴连接，转矩转速传感器的后方设有磁粉离合器，所述转矩转速传感器的输出端通过三级联轴器与磁粉离合器的输入端共中心轴连接，磁粉离合器的后方设有转矩转速传感器，所述磁粉离合器的输出端通过四级联轴器与转矩转速传感器的输入端共中心轴连接，转矩转速传感器后方设有制动器，所述转矩转速传感器的输出端通过五级联轴器与制动器的输入轴共中心轴连接，制动器的后方设有车轮，所述制动器的输出轴通过法兰盘与车轮共中心轴连接；

信号采集与控制系统包括信号采集传感器、信号采集系统、上位机，其中信号采集传感器包括无级变速机与磁粉离合器之间的转矩转速传感器和磁粉离合器与制动器之间的转矩转速传感器，所述转矩转速传感器输出的频率信号通过一个变送器传送至信号采集系统输入端，信号采集系统输出端与上位机电连接，所述上位机通过一个变频器与所述三相异步电动机的控制端电连接，上位机还分别与所述电磁离合器、电流调节器的控制端电连接；

所述制动器为线控制动器；

所述转矩转速传感器测量路面附着力力矩，转矩转速传感器测量制动器制动力矩；

所述上位机中存储Burckhardt提出七种标准路面附着系数和车轮滑移率之间的关系；

所述上位机中存储ABS控制系统；

所述机械传动系统置于一个试验台底座上；

一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架的试验方法，包括如下步骤：

步骤一：检查确保实验平台信号采集与控制系统的电路连接正确无误；

步骤二：上位机中选择一种典型路面，根据所需模拟的汽车制动车速，调节无级变速机档位，使输出转速达到目标值；

步骤三：给磁粉离合器预置适当电流使得车轮与飞轮同步转动，启动三相异步电动机和电磁离合器，试运行一分钟，待转速平稳和磁粉离合器彻底搅匀后，记录上位机监控界面的制动初速度；

步骤四：断开三相异步电动机、电磁离合器和磁粉离合器的电流，然后启动ABS系统调节电流调节器的输出电流大小使得制动器工作，飞轮和车轮转速在制动器作用下下降至零，其中所述信号采集与控制系统收集转矩转速传感器和转矩转速传感器的转速信号，计算出滑移率的值，根据Burckhardt轮胎模型计算出当前路面附着系数，进而调整磁粉离合器的励磁电流大小，所述信号采集与控制系统同时根据步骤一中所选择的典型路面确定路面最佳滑移率，作为ABS控制系统的目标滑移率；

步骤五：记录车速、轮速、滑移率、路面制动力矩、制动器制动力矩；

步骤六：重新选择一种典型路面，重复步骤二至步骤五的内容，从而模拟汽车处于不同的路面、档位和制动初速度下，制动器的工作特性和ABS系统的有效性。

与本发明具有以下优势：

(1)本发明可以通过调节无级变速机的调节手轮来模拟汽车的不同制动初速度，同时可以通过上位机手动选择选择制动路面，操作方便、简单；

(2)本发明可以通过控制磁粉离合器励磁电流的大小，根据实时滑移率的变化，准确模拟路面附着系数；

(3)本发明通过将已知路面最佳滑移率作为ABS系统的目标滑移率，可以由此对ABS系统的可靠性和制动器性能检测。

附图说明

图1为本发明试验台结构示意图。

图2为本发明信号采集与控制的原理图。

图3为七种典型路面附着系数-滑移率曲线图。

图4为本发明基于最佳滑移率辨识的ABS系统台架试验方法流程图。

图5为本发明试验方法流程图。

具体实施方式

一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，包括机械传动系统、信号采集与控制系统，其中：

如图1所示，机械传动系统包括三相异步电动机2、电磁离合器3、飞轮4、一级联轴器5、无级变速机6、二级联轴器7、转矩转速传感器8、三级联轴器9、磁粉离合器10、四级联轴器11、转矩转速传感器12、五级联轴器13、制动器14、法兰盘15、车轮16；三相异步电动机2的输出轴通过电磁离合器3与飞轮4的输入轴共中心轴连接，飞轮4的输出轴通过一级联轴器5与无级变速机6的输入端共中心轴连接，无级变速机6的输出端与转矩转速传感器8的输入端通过二级联轴器7共中心轴连接，转矩转速传感器8的输出端通过三级联轴器9与磁粉离合器10的输入端共中心轴连接，磁粉离合器10的输出端通过四级联轴器11与转矩转速传感器12的输入端共中心轴连接，转矩转速传感器12的输出端通过五级联轴器13与制动器14的输入轴共中心轴连接，制动器的输出轴通过法兰盘15与车轮16共中心轴连接，其中，机械传动系统均固定在试验台底座1上；

其中，飞轮4和车轮16的转动惯量之和模拟单轮车辆模型中的平动惯量和车轮的转动惯量之和，飞轮的转速模拟车速，车轮的转速模拟轮速；磁粉离合器内外转子之间的滑差模拟地面和轮胎之间的相互作用。转矩转速传感器8测量路面附着力力矩，转矩转速传感器12测量制动器制动力矩。

信号采集与控制系统包括信号采集传感器、信号采集系统19、上位机20，其中信号采集传感器包括无级变速机6与磁粉离合器10之间的转矩转速传感器8和磁粉离合器10与制动器14之间的转矩转速传感器12，所述转矩转速传感器8和转矩转速传感器14输出的频率信号通过一个变送器传送至信号采集系统17输入端，信号采集系统19输出端与上位机20电连接，所述上位机20通过一个变频器17与所述三相异步电动机2的控制端电连接，上位机20还分别与所述电磁离合器3、磁粉离合器10、电流调节器18的控制端电连接。

其中，上位机中存储Burckhardt提出七种标准路面附着系数和车轮滑移率之间的关系：

对式(1)进行数学解析可得到路面最佳滑移率：

其中s为滑移率μ(s)为路面附着系数，c₁、c₂、c₃为各个典型路面的参数值，s_opt为路面最佳滑移率。

如表1所示，七种典型路面的参数值，和最佳滑移率的数值。

表1

路面	c<sub>1</sub>	c<sub>2</sub>	c<sub>3</sub>	s<sub>opt</sub>
					冰	0.050	306.39	0.001	0.031
雪	0.195	94.130	0.646	0.060
					湿鹅卵石	0.400	33.710	0.120	0.147
湿沥青	0.857	33.820	0.350	0.131
					干鹅卵石	1.371	6.460	0.670	0.400
干水泥	1.197	25.170	0.540	0.160
					干沥青	1.280	23.990	0.520	0.170

一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架的试验方法，具体实施步骤如下：

步骤一：检查确保实验平台机械传动系统和信号采集与控制系统之间的电路连接正确无误；

步骤二：上位机20中选择一种典型路面，根据所需模拟的汽车制动车速，调节无级变速机6档位，使输出转速达到目标值；

步骤三：给磁粉离合器10预置适当电流使得车轮16与飞轮4同步转动，启动三相异步电动机2和电磁离合器3，试运行一分钟，待转速平稳和磁粉离合器10彻底搅匀后，记录上位机20监控界面的制动初速度；

步骤四：断开三相异步电动机2、电磁离合器3和磁粉离合器10的电流，然后启动ABS系统调节电流调节器18的输出电流大小使得制动器14工作，飞轮4和车轮16转速在制动器14作用下下降至零。

其中信号采集与控制系统收集转矩转速传感器8和转矩转速传感器12的转速信号，计算出滑移率的值，根据Burckhardt轮胎模型计算出当前路面附着系数，进而调整磁粉离合器10的励磁电流大小，所述信号采集与控制系统同时根据步骤一中所选择的典型路面确定路面最佳滑移率，作为ABS控制系统的目标滑移率；

步骤五：记录车速、轮速、滑移率、附着系数利用率、路面制动力矩、制动器制动力矩。

步骤六：重新选择一种典型路面，重复步骤二至步骤五的内容，从而模拟汽车处于不同的路面、档位和制动初速度下，制动器14的工作特性和ABS系统的有效性。

特别地，本发明也可对对接路面进行测试，具体实施步骤如下：

步骤一：检查确保实验平台机械传动系统和信号采集与控制系统之间的电路连接正确无误；

步骤二：上位机20中选择需要的对接路面，根据所需模拟的汽车制动车速，调节无级变速机6档位，使输出转速达到目标值；

步骤三：给磁粉离合器10预置适当电流使得车轮16与飞轮4同步转动，启动三相异步电动机2和电磁离合器3，试运行一分钟，待转速平稳和磁粉离合器10彻底搅匀后，记录上位机20监控界面的制动初速度；

步骤四：断开三相异步电动机2、电磁离合器3和磁粉离合器10的电流，然后启动ABS系统调节电流调节器18的输出电流大小使得制动器工作，飞轮4和车轮16转速在制动器14作用下下降至零。其中信号采集与控制系统收集转矩转速传感器8和转矩转速传感器12的转速信号，计算出滑移率的值，根据Burckhardt轮胎模型计算出当前路面附着系数，进而调整磁粉离合器10的励磁电流大小，信号采集与控制系统同时根据步骤一中所选择的典型路面确定路面最佳滑移率，作为ABS控制系统的目标滑移率，在路面跃变的时刻，上位机20改变Burckhardt轮胎模型参数值，重新计算出当前路面附着系数，进而改变磁粉离合器10励磁电流大小，信号采集与控制系统同时根据跃变后的路面确定路面最佳滑移率，作为ABS控制系统的目标滑移率；

步骤五：记录车速、轮速、滑移率、附着系数利用率、路面制动力矩、制动器制动力矩；

步骤六：重新选择一种对接路面，重复步骤二至步骤五的内容，从而模拟汽车处于不同的路面、档位和制动初速度下，制动器14的工作特性和ABS系统的有效性。

Claims (7)

1.一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：包括机械传动系统、信号采集与控制系统，其中：

机械传动系统包括三相异步电动机、飞轮、无级变速机、转矩转速传感器、磁粉离合器、转矩转速传感器、制动器、车轮，所述三相异步电动机的输出轴通过电磁离合器与飞轮的输入轴共中心轴连接，飞轮的输出轴后方设有无级变速机，所述飞轮的输出轴通过一级联轴器与无级变速机的输入端共中心轴连接，无级变速机的后方设有转矩转速传感器，无级变速机的输出端与转矩转速传感器的输入端通过二级联轴器共中心轴连接，转矩转速传感器的后方设有磁粉离合器，所述转矩转速传感器的输出端通过三级联轴器与磁粉离合器的输入端共中心轴连接，磁粉离合器的后方设有转矩转速传感器，所述磁粉离合器的输出端通过四级联轴器与转矩转速传感器的输入端共中心轴连接，转矩转速传感器后方设有制动器，所述转矩转速传感器的输出端通过五级联轴器与制动器的输入轴共中心轴连接，制动器的后方设有车轮，所述制动器的输出轴通过法兰盘与车轮共中心轴连接；

信号采集与控制系统包括信号采集传感器、信号采集系统、上位机，其中信号采集传感器包括无级变速机与磁粉离合器之间的转矩转速传感器和磁粉离合器与制动器之间的转矩转速传感器，所述转矩转速传感器输出的频率信号通过一个变送器传送至信号采集系统输入端，信号采集系统输出端与上位机电连接，所述上位机通过一个变频器与所述三相异步电动机的控制端电连接，上位机还分别与所述电磁离合器、电流调节器的控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：所述制动器为线控制动器。

3.根据权利要求1所述的一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：所述转矩转速传感器测量路面附着力力矩，转矩转速传感器测量制动器制动力矩。

4.根据权利要求1所述的一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：所述上位机中存储Burckhardt提出七种标准路面附着系数和车轮滑移率之间的关系：

5.根据权利要求1所述的一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：所述上位机中存储ABS控制系统。

6.根据权利要求1所述的一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架，其特征在于：所述机械传动系统置于一个试验台底座上。

7.一种附着系数实时可调的车辆ABS制动模拟台架的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：检查并确保实验平台信号采集与控制系统的电路连接正确无误；

步骤二：上位机中选择一种典型路面，根据所需模拟的汽车制动车速，调节无级变速机档位，使输出转速达到目标值；

步骤三：给磁粉离合器预置适当电流使得车轮与飞轮同步转动，启动三相异步电动机和电磁离合器，试运行60s，待转速平稳和磁粉离合器彻底搅匀后，记录上位机监控界面的制动初速度；

步骤四：断开三相异步电动机、电磁离合器和磁粉离合器的电流，然后启动ABS系统调节电流调节器的输出电流大小使得制动器工作，飞轮和车轮转速在制动器作用下下降至零，其中所述信号采集与控制系统收集转矩转速传感器和转矩转速传感器的转速信号，计算出滑移率的值，根据Burckhardt轮胎模型计算出当前路面附着系数，进而调整磁粉离合器的励磁电流大小，所述信号采集与控制系统根据步骤一中所选择的典型路面确定路面最佳滑移率，作为ABS控制系统的目标滑移率；

步骤五：记录车速、轮速、滑移率、附着系数利用率、路面制动力矩、制动器制动力矩；

步骤六：重新选择一种典型路面，重复步骤二至步骤五的内容，从而模拟汽车处于不同的路面、档位和制动初速度下，制动器的工作特性和ABS系统的有效性。

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