CN113324767A - 一种多功能制动系统硬件在环测试台架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能制动系统硬件在环测试台架，包括台架基础框架和台架控制系统，所述的台架基础框架包括台架本体和精确控制自动测试装置，被测制动系统、独立真空源和传感器组；被测制动系统为原目标车型的传统制动系统；本发明首先通过采用铝型材搭建的工作台，可根据实车需求调整轮距轴距，实现不同车型管路系统的布置安装，可扩展性强，然后通过多个传感器的安装检测，采集主缸及轮缸建压曲线、踏板力‑踏板行程曲线、踏板力‑减速度曲线、制动距离、真空助力器真空度、踏板感主观评价（静态），从而实现整个行车制动系统，含制动管路、踏板、助力器、ABS/ESP、制动盘/制动鼓、制动器的硬件在环测试，测试效果更加准确客观。

Description

一种多功能制动系统硬件在环测试台架

技术领域

本发明涉及制动测试技术领域，尤其涉及一种多功能制动系统硬件在环测试台架。

背景技术

目前，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:现有技术方案：如中国专利CN_203551292_U，公开了一种测试用乘用车制动踏板感觉的试验台架，实用新型涉及一种测试乘用车制动踏板感觉的试验台架，包括支撑台和固定在支撑台上的驱动机构、真空助力器、制动主缸及制动器总成，试验台架还包括真空装置、拉压力传感器组件、位移传感器组件及油压传感器组件，真空装置与真空助力器连接，为真空助力器提供不同的真空压力，拉压力传感器组件设置在驱动机构上，用于测量真空助力器的推杆力；位移传感器组件与真空助力器推杆和输出杆连接，用于测量真空助力器推杆和输出杆的位移；制动主缸通过油压传感器组件作用制动器总成。其虽然可用于研究真空助力器、制动主缸等部件以及不同真空度、推杆速度对乘用车制动踏板感觉的影响，具有结构简单、节省成本、容易实现及可改进性等优点。但是其只是针对制动踏板感觉的测试和评价，功能单一，且由于制动踏板未实现在环测试，所以无法进行主观的评价。

又如中国专利CN_110132611_A公开了一种车辆制动测试台架，系统结构包括：压力泵、储压缸、制动主管路、电子脚阀、控制管路、前端电子制动阀、第一前端防抱死制动阀、第二前端防抱死制动阀、第一前端制动分泵、第二前端制动分泵、后端电子制动阀、第一后端防抱死制动阀、第二后端防抱死制动阀、第一后端制动分泵、第二后端制动分泵与接线端子等部件，各部件通过电信号与压力信号进行台架中相关阀的打开与关闭，从而完成待检测的车辆制动系统各项性能指标的试验与检测。此专利虽然可用于车辆防抱死系统、车身稳定系统、电子驻车系统与自动紧急制动系统的测试，但是由于制动踏板等输入装置、制动管路等液压传输部件、制动器等执行部件未实现在环测试，不能充分模拟实车状态，且无法进行性能测试。

综上，现有制动相关的台架多针对的是单一部品或单一功能的测试，比如制动器、助力器、真空泵等单品的测试或制动踏板感、线控制动等单一功能的测试，不能快速有效完成整个制动系统基础性能及功能的全方位测试，导致主机厂无法在实车出来前对整个系统的性能进行测试和把握，同时无法进行全面高效的功能检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能制动系统硬件在环测试台架，能够进行制动系统性能及功能的全面测试，更切合实车状态，且更加全面高效。

本发明采用的技术方案为：

一种多功能制动系统硬件在环测试台架，包括台架基础框架和台架控制系统，所述的台架基础框架包括台架本体和设置在台架本体上的用于对对制动踏板位移的精确控制自动测试装置，被测制动系统、用于对被测制动系统提供真空的独立真空源和传感器组；

被测制动系统为原目标车型的传统制动系统，包括制动踏板、真空助力器、制动主缸、电动真空泵、ABS/ESC、制动管路和制动器；

用于为真空助力器提供制动助力所需的真空源的独立真空源包括真空泵、真空罐和真空泵控制器，真空泵、真空罐和真空助力器之间通过真空软管连接，真空泵控制器输入端连接真空度传感器的输出端，真空泵控制器上还设置有CAN通讯接口，用于接收综合信号调理箱提供的信号，同时反馈系统工作状况到CAN总线上；

所述的传感器组包括用于输出踏板位移信号的制动踏板位移传感器，用于输出踏板踩踏力量的踏板力传感器和用于测量真空罐内真空度的真空度传感器，用于分别采集主缸的前腔和后腔压力的缸压传感器组、用于分别采集左前、右前、左后、右后4个轮的轮缸压力的轮缸压力传感器组，传感器组的输出端依次通过故障注入板和综合信号调理箱与目标机连接；

台架控制系统包括上位机、目标机和综合信号调理箱；所述的上位机用于模型搭建和修改，利用上位机作操作界面，对车辆动力学模型、电机电池模型和控制算法模型进行搭建、修改、配置、编译；

目标机用于对台架基础框架进行控制和传感器组的信号采集；编译完成后，上位机通过以太网将实时代码下载到目标机，目标机具有实时内核，实时运行上位机生成的代码；

综合信号调理箱用于对采集的信号进行转化，同时对控制信号进行输出；

目标机通过信号调理箱中I/O接口进行传感器信号的采集以及控制信号的输出；I/O接口通过数据采集卡采集模拟信号并输出控制信号。

所述的自动测试装置包括电动缸和连接杆，电动缸的输出轴通过连接杆与踏板连接，且输出轴的行程与踏板的踩踏行程相对，通过精确控制电动缸内电机的进给量和进给速度，对制动踏板位移的精确控制。

所述的台架本体上还设置有座椅安装区，座椅可拆卸固定设置在座椅安装区，用于方便试验人员人工踩踏板。

所述的台架本体上还设置有工作台桌面，工作台桌面放置上位机和电源急停按钮，电源急停按钮串联在设备的电源供电总回路上。

还包括控制柜，所述的控制柜固定设置在工作台桌面上或一侧，用于台架控制系统的组装和放置。

所述的台架本体由铝型材构成，且台架本体的左右和前后均可调节设置，便于安装配合不同型号的被测制动系统。

所述的故障注入板可以对传感器信号和负载驱动信号实现故障注入，对于传感器信号，可实现的故障有断路、对地短路、对电源短路，通过外接电压源实现将任意信号注入到传感器信号线中；对于电磁阀和真空泵的驱动信号，实现断路、对地短路和对电源短路故障的注入。

所述的踏板力传感器采用应变盘，应变盘通过螺栓固定安装在踏板上。

本发明首先通过采用铝型材搭建的工作台，可根据实车需求调整轮距轴距，实现不同车型管路系统的布置安装，可扩展性强，然后通过多个传感器的安装检测，采集主缸及轮缸建压曲线、踏板力-踏板行程曲线、踏板力-减速度曲线、制动距离、真空助力器真空度、踏板感主观评价（静态），从而实现整个行车制动系统，含制动管路、踏板、助力器、ABS/ESP、制动盘/制动鼓、制动器的硬件在环测试，最终实现制动系统基础性能客观测试（含电动车真空泵系统性能及耐久测试）和制动能量回收效果测试，功能全面，测试效果更加准确客观。

本发明专利具有故障注入板，可实现对调试过程中或市场上可能出现的如ABS电磁阀异常动作、真空泄漏、主缸漏油、踏板感异常、制动踏板下沉等问题进行硬件在环分析确认、对策验证等，有效缩短问题解析及对策验证时间；

本发明专利预留了ABS/ESP/真空泵控制器等液压控制单元的信号接口，同时含CAN接口板，可通过模拟触发各功能的触发信号发送到CAN接口板，验证ABS/ESP/真空泵等的执行情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括台架基础框架和台架控制系统，所述的台架基础框架包括台架本体和设置在台架本体上的用于对对制动踏板位移的精确控制自动测试装置，被测制动系统、用于对被测制动系统提供真空的独立真空源和传感器组；

被测制动系统为原目标车型的传统制动系统，包括制动踏板、真空助力器、制动主缸、电动真空泵、ABS/ESC、制动管路和制动器；

用于为真空助力器提供制动助力所需的真空源的独立真空源包括真空泵、真空罐和真空泵控制器，真空泵、真空罐和真空助力器之间通过真空软管连接，真空泵控制器通过硬线与真空泵和集成在真空罐上的真空度传感器连接，测试出来的值即真空压力值,真空泵控制器上同时有CAN通讯接口，用于接收综合信号调理箱提供的信号，同时反馈系统工作状况到CAN总线上；电动真空泵安装于稳固的支架上，出气口应水平放置,之后安装在台架中间区域隔板上；

真空罐作为储存真空的容积安装在台架中间区域隔板上。该真空罐集成真空压力传感器，用于测量其内部的真空度。

真空泵控制器根据监测出的真空度以及控制柜提供的整车信息（如车速信号、刹车信号、油门信号、扭矩信号等）控制调节电动真空泵的启停。

所述的传感器组包括用于输出踏板位移信号的制动踏板位移传感器，用于输出踏板踩踏力量的踏板力传感器和用于测量真空罐内真空度的真空度传感器，用于采集主缸压力的主缸压力传感器组2个（含前腔和后腔）、用于采集轮缸压力的轮缸压力传感器组（含左前、右前、左后、右后4个轮），实际使用中，需要对其进行安装，其中主缸压力传感器通过三通接头安装在液压管路上。轮缸压力传感器需要安装在轮缸附近，试验台架通过空心螺丝安装。踏板位移传感器通过螺栓固定在踏板支架上，踏板杆上加工通孔，连杆经螺栓与踏板连接，当踏板转动时，连杆带动位移传感器输入端转动，输出踏板位移信号。踏板力传感器使用时只需将应变盘安装在踏板上，通过螺栓固定即可。

台架控制系统包括上位机、目标机和综合信号调理箱；所述的上位机用于模型搭建和修改，利用上位机作操作界面，对车辆动力学模型、电机电池模型和控制算法模型进行搭建、修改、配置、编译；

目标机用于对台架基础框架进行控制和传感器组的信号采集；编译完成后，上位机通过以太网将实时代码下载到目标机，目标机具有实时内核，实时运行上位机生成的代码；

综合信号调理箱用于对采集的信号进行转化，同时对控制信号进行输出；

目标机通过信号调理箱中I/O接口进行传感器信号的采集以及控制信号的输出；I/O接口通过数据采集卡采集模拟信号并输出控制信号，

ABS的驱动电路包括开关阀驱动和线性阀驱动以及液压泵驱动，驱动电路集成在信号调理箱中。

所述的自动测试装置包括电动缸和连接杆，电动缸的输出轴通过连接杆与踏板连接，且输出轴的行程与踏板的踩踏行程相对，通过精确控制电动缸内电机的进给量和进给速度，对制动踏板位移进行精确控制。

所述的台架本体上还设置有座椅安装区，座椅可拆卸固定设置在座椅安装区，用于方便试验人员人工踩踏板。安装方式选择螺纹连接。在座椅底部加工螺纹孔，座椅底部型材加工通孔，型材与座椅通过螺纹固定。所述的试验台架进行复杂工况制动试验时，制动实施装置难以满足试验需求，因此仍然需要人为踩制动踏板。

所述的台架本体上还设置有工作台桌面（工作台桌面放置上位机可以和控制柜互联）和电源急停按钮，为了方便试验人员踩踏板时随时观察试验数据，台架控制系统硬件均安装在控制机柜中，安装在工作台旁。所述的台架本体由铝型材构成，且台架本体的左右和前后均可调节设置，便于安装配合不同型号的被测制动系统。

所述的故障注入板可以对传感器信号和负载驱动信号实现故障注入，对于传感器信号，可实现的故障有断路、对地短路、对电源短路，也可以通过外接电压源实现将任意信号注入到传感器信号线中；对于电磁阀和泵的驱动信号，也可以实现断路、对地短路和对电源短路故障的注入。

所述的踏板力传感器采用应变盘，应变盘通过螺栓固定安装在踏板上。 踏板位移传感器通过螺栓固定在踏板支架上，踏板杆上加工通孔，连杆经螺栓与踏板连接，当踏板转动时，连杆带动位移传感器输入端转动，输出踏板位移信号。为了精确控制踏板位移和踏板速度，试验台架通过自动测试装置施加制动力，自动测试装置包括电动缸和踏板连接杆。

电动缸是伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，可将伺服电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动。由于伺服电机可精确控制转速转矩，自动测试装置可精确控制电动缸输出端的位移和速度。踏板连接杆用于连接电动缸和踏板。踏板连接杆接头为U型叉状，其一端加工有长方形平面，平面与杆垂直，电动缸通过踏板连接杆输出推力。踏板连接杆与电动缸采用销轴连接，台架上通过T型螺栓固定U型叉，电动缸与台架U型叉采用螺栓连接。

实际使用中，所述的台架上，在上位机电脑上利用Matlab/Simulink建立数据采集和测试系统模型，然后利用Simulink-Realtime实时工具生成实时运行代码。上位机与目标机利用以太网连接，将所需控制模型下载到实时仿真的目标机上，四个轮缸压力传感器、主缸压力传感器、踏板位移传感器、踏板力传感器和真空度传感器的输出信号经过信号调理装置后利用数据采集卡进行采集，执行机构的控制信号通过自制的驱动板进行驱动控制。

试验台架利用电动缸模拟各种运行工况下驾驶员对制动踏板的操作，实现踏板力与踏板位移的精确控制。

试验台架硬件装置包括自动测试装置、被测制动系统、独立真空源、传感器和台架控制系统硬件，为了方便试验人员进行试验操作，台架上还需设置座椅和工作台。因此台架尺寸要足够大，并且留有安装原厂制动系统的位置，保证原厂制动管路和其他硬件有充分的空间布置。

试验台架进行复杂工况制动试验时，制动实施装置难以满足试验需求，因此仍然需要人为踩制动踏板。为了方便试验人员踩踏板，台架右端设置座椅安装区。座椅安装方式选择螺纹连接。在座椅底部加工螺纹孔，座椅底部型材加工通孔，型材与座椅通过螺纹固定。

为了方便试验人员踩踏板时随时观察试验数据，在台架中间设置工作台桌面，工作台桌面放置电脑和电源急停按钮，工作台旁用于安装目标机等仿真控制系统硬件。工作台位于制动操纵机构上方，桌面上加工通孔，工作台通过T型螺栓与型材连接。

台架控制系统硬件均安装在控制机柜中，安装在工作台旁。

试验台架所有导线均走线槽，轮缸压力传感器导线从台架两边沿线槽连接至仿真控制系统；液压调节单元（为ABS的驱动电路包括开关阀驱动和线性阀驱动以及液压泵驱动，驱动电路集成在信号调理箱中，为现有产品结构，在此不再追溯），电动真空泵、踏板位移传感器等装置导线由台架中间沿线槽连接至仿真控制系统。线槽与台架型材间通过双面胶固定。

本发明专利可实现整个行车制动系统（含制动管路、踏板、助力器、ABS/ESP、制动盘/制动鼓、制动器）的硬件在环测试；

本发明专利采用铝型材搭建的工作台，可根据实车需求调整轮距轴距，实现不同车型管路系统的布置安装，可扩展性强；

本发明专利可实现制动系统基础性能客观测试（含主缸及轮缸建压曲线、踏板力-踏板行程曲线、踏板力-减速度曲线、制动距离、真空助力器真空度）、踏板感主观评价（静态）、电动车真空泵系统性能及耐久测试和制动能量回收效果测试，功能全面；

本发明专利具有故障注入板，可实现对调试过程中或市场上可能出现的如ABS电磁阀异常动作、真空泄漏、主缸漏油、踏板感异常、制动踏板下沉等问题进行硬件在环分析确认、对策验证等，有效缩短问题解析及对策验证时间；

本发明专利可实现整个行车制动系统（含制动管路、踏板、助力器、ABS/ESP、制动盘/制动鼓、制动器）的硬件在环测试；

本发明专利采用铝型材搭建的工作台，可根据实车需求调整轮距轴距，实现不同车型管路系统的布置安装，可扩展性强；

本发明专利可实现制动系统基础性能客观测试（含主缸及轮缸建压曲线、踏板力-踏板行程曲线、踏板力-减速度曲线、制动距离、真空助力器真空度）、踏板感主观评价（静态）、电动车真空泵系统性能及耐久测试和制动能量回收效果测试，功能全面；

本发明专利具有故障注入板，可实现对调试过程中或市场上可能出现的如ABS电磁阀异常动作、真空泄漏、主缸漏油、踏板感异常、制动踏板下沉等问题进行硬件在环分析确认、对策验证等，有效缩短问题解析及对策验证时间；

本发明专利预留了ABS/ESP/真空泵控制器等液压控制单元的信号接口，同时含CAN接口板，可通过模拟触发各功能的触发信号发送到CAN接口板，验证ABS/ESP/真空泵等的执行情况；

本发明专利可通过自动测试装置施加制动力，也可通过人为自主进行踩踏板动作，可实现制动踏板感主观评价和客观数据测试，同时可通过设置自动测试装置的时间、频次、力度等最制动系统相关部品可靠性进行测试。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖

直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：包括台架基础框架和台架控制系统，所述的台架基础框架包括台架本体和设置在台架本体上的用于对对制动踏板位移的精确控制自动测试装置，被测制动系统、用于对被测制动系统提供真空的独立真空源和传感器组；

被测制动系统为原目标车型的传统制动系统，包括制动踏板、真空助力器、制动主缸、电动真空泵、ABS/ESC、制动管路和制动器；

用于为真空助力器提供制动助力所需的真空源的独立真空源包括真空泵、真空罐和真空泵控制器，真空泵、真空罐和真空助力器之间通过真空软管连接，真空泵控制器输入端连接真空度传感器的输出端，真空泵控制器上还设置有CAN通讯接口，用于接收综合信号调理箱提供的信号，同时反馈系统工作状况到CAN总线上；

所述的传感器组包括用于输出踏板位移信号的制动踏板位移传感器，用于输出踏板踩踏力量的踏板力传感器和用于测量真空罐内真空度的真空度传感器，用于分别采集主缸的前腔和后腔压力的缸压传感器组、用于分别采集左前、右前、左后、右后4个轮的轮缸压力的轮缸压力传感器组，传感器组的输出端依次通过故障注入板和综合信号调理箱与目标机连接；

台架控制系统包括上位机、目标机和综合信号调理箱；所述的上位机用于模型搭建和修改，利用上位机作操作界面，对车辆动力学模型、电机电池模型和控制算法模型进行搭建、修改、配置、编译；

目标机用于对台架基础框架进行控制和传感器组的信号采集；编译完成后，上位机通过以太网将实时代码下载到目标机，目标机具有实时内核，实时运行上位机生成的代码；

综合信号调理箱用于对采集的信号进行转化，同时对控制信号进行输出；

目标机通过信号调理箱中I/O接口进行传感器信号的采集以及控制信号的输出；I/O接口通过数据采集卡采集模拟信号并输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的自动测试装置包括电动缸和连接杆，电动缸的输出轴通过连接杆与踏板连接，且输出轴的行程与踏板的踩踏行程相对，通过精确控制电动缸内电机的进给量和进给速度，对制动踏板位移的精确控制。

3.根据权利要求2所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的台架本体上还设置有座椅安装区，座椅可拆卸固定设置在座椅安装区，用于方便试验人员人工踩踏板。

4.根据权利要求3所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的台架本体上还设置有工作台桌面，工作台桌面放置上位机和电源急停按钮，电源急停按钮串联在设备的电源供电总回路上。

5.根据权利要求4所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：还包括控制柜，所述的控制柜固定设置在工作台桌面上或一侧，用于台架控制系统的组装和放置。

6.根据权利要求5所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的台架本体由铝型材构成，且台架本体的左右和前后均可调节设置，便于安装配合不同型号的被测制动系统。

7.根据权利要求6所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的故障注入板可以对传感器信号和负载驱动信号实现故障注入，对于传感器信号，可实现的故障有断路、对地短路、对电源短路，通过外接电压源实现将任意信号注入到传感器信号线中；对于电磁阀和真空泵的驱动信号，实现断路、对地短路和对电源短路故障的注入。

8.根据权利要求7所述的多功能制动系统硬件在环测试台架，其特征在于：所述的踏板力传感器采用应变盘，应变盘通过螺栓固定安装在踏板上。

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