CN113740723B - 故障测试装置、故障测试方法和故障测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种故障测试装置、故障测试方法和故障测试系统。故障测试装置用于臂架系统，包括：遥控器，与控制器通信连接，用于获取臂架系统的目标运行参数；控制器，与硬件在环测试台架通信连接，用于接收目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；硬件在环测试台架，与控制器通信连接，用于接收脉冲宽度调制参数，根据脉冲宽度调制参数获取臂架系统的角度传感器的角度参数，并将角度参数发送至控制器，以使控制器根据角度参数控制臂架系统；测量标定设备，用于录制臂架系统的故障测试数据。本发明能够对混凝土泵车的臂架系统故障进行高效、精准地测试。

Description

故障测试装置、故障测试方法和故障测试系统

技术领域

本发明涉及机械设备故障检测的技术领域，具体而言，涉及故障测试装置、故障测试方法和故障测试系统。

背景技术

臂架系统的智能化是当前混凝土泵车的发展趋势。通过智能控制臂架系统，可实现臂架系统的自动展收、多节臂架的协调控制及臂架系统的自动跟随等功能。智能臂架系统可提升臂架系统的稳定性、精确性，并有效提升施工效率。

相关技术中针对智能臂架的测试系统和方法通常采用实车试验并进行软件功能验证。这导致了臂架系统故障检测的效率较低。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题的至少之一。

为此，本发明的第一目的在于提供一种故障测试装置。

本发明的第二目的在于提供一种故障测试方法。

本发明的第三目的在于提供一种故障测试系统。

为实现本发明的第一目的，本发明的实施例提供了一种故障测试装置，用于臂架系统，故障测试装置包括：遥控器，遥控器与控制器通信连接，遥控器用于遥控臂架系统并用于获取臂架系统的目标运行参数；控制器，控制器与硬件在环测试台架通信连接，控制器用于接收来自遥控器的目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；硬件在环测试台架，硬件在环测试台架用于接收来自控制器的脉冲宽度调制参数，根据脉冲宽度调制参数获取臂架系统的角度传感器的角度参数，并将角度参数发送至控制器，以使控制器根据角度参数控制臂架系统；测量标定设备，测量标定设备分别与控制器和硬件在环测试台架通信连接，用于录制臂架系统的故障测试数据。

本实施例能够高效、精准地完成臂架系统的可靠性验证，并能够在臂架系统的设计开发阶段进行故障测试、提升测试效率。

另外，本发明上述实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，故障测试装置还包括：计算机，计算机分别与硬件在环测试台架和测量标定设备通过以太网连接；其中，硬件在环测试台架和测量标定设备之间通过计算机进行数据传输。

本实施例能够对测量标定设备获得的故障测试数据进行有效采集和利用。

上述任一技术方案中，控制器和测量标定设备之间通过控制器局域网络通信连接。

测量标定设备由控制器局域网络之中获取脉冲宽度调制参数，并利用其进行故障测试数据的录制。

上述任一技术方案中，控制器和硬件在环测试台架之间通过线束通信连接。

上述通信连接方式可便于硬件在环测试台架接收脉冲宽度调制波信号，并快速计算出臂架系统中倾角度传感器的角度参数。

上述任一技术方案中，目标运行参数包括臂架系统的臂架末端目标位置。

本实施例的臂架末端目标位置是指臂架系统的最后一个臂节的末端期望运行至的理想位置。本实施例的控制器根据该最后一个臂节的末端期望运行至的理想位置输出脉冲宽度调制参数，以控制臂架系统的运行。

上述任一技术方案中，故障测试装置还包括：故障注入装置，故障注入装置用于向控制器中注入对臂架系统进行测试用的故障。

本实施例的故障注入装置用于对臂架系统进行人为地故障注入，以便研究开发人员能够在臂架系统的设计开发阶段进行故障测试。

为实现本发明的第二目的，本发明的实施例提供了一种故障测试方法，采用如本发明任一实施例的故障测试装置检测臂架系统的故障，故障测试方法包括：控制遥控器发出上电指令，并获取臂架系统的目标运行参数；控制控制器接收来自遥控器的目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；控制硬件在环测试台架接收来自控制器的脉冲宽度调制参数，根据脉冲宽度调制参数获取臂架系统的角度传感器的角度参数，并将角度参数发送至控制器；控制控制器根据角度参数控制臂架系统；测量标定设备录制臂架系统的故障测试数据。

本实施例的故障测试方法采用如本发明任一实施例的故障测试装置检测臂架系统的故障，因此其具有本发明任一实施例的故障测试装置的全部有益效果，在此不再赘述。

另外，本发明上述实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，在执行遥控器发出上电指令之后，故障测试方法还包括：基于臂架系统进入测试工况，故障注入装置向控制器中注入对臂架系统进行测试用的故障。

本实施例通过故障注入装置对臂架系统进行人为地故障注入，以便研发人员能够在臂架系统的设计开发阶段进行故障测试。

上述任一技术方案中，在执行测量标定设备录制臂架系统的故障测试数据之后，故障测试方法还包括：测量标定设备结束对故障测试数据的录制，遥控器发出下电指令。

本实施例在故障测试数据的录制完成之后，采用遥控器发出下电指令，控制臂架系统停止运行。

为实现本发明的第三目的，本发明的实施例提供了一种故障测试系统，包括：臂架系统；如本发明任一实施例的故障测试装置，故障测试装置用于检测臂架系统的故障。

本实施例的故障测试系统包括如本发明任一实施例的故障测试装置，因此其具有本发明任一实施例的故障测试装置的全部有益效果，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一些实施例的故障测试装置的组成示意图之一；

图2为本发明一些实施例的故障测试装置的组成示意图之二；

图3为本发明一些实施例的混凝土泵车的组成示意图；

图4为本发明一些实施例的故障测试方法的步骤流程图之一；

图5为本发明一些实施例的故障测试方法的步骤流程图之二；

图6为本发明一些实施例的故障测试方法的步骤流程图之三；

图7为本发明一些实施例的故障测试方法的步骤流程图之四。

其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10：故障测试系统，100：臂架系统，110：液压系统，120：电磁阀，130：角度传感器，200：故障测试装置，210：遥控器，220：控制器，230：硬件在环测试台架，240：测量标定设备，250：计算机，260：故障注入装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图7描述本发明一些实施例的故障测试装置200、故障测试方法和故障测试系统10。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种故障测试装置200，用于臂架系统100，故障测试装置200包括：遥控器210、控制器220、硬件在环测试台架230和测量标定设备240。遥控器210与控制器220通信连接，遥控器210用于遥控臂架系统100并用于获取臂架系统100的目标运行参数。控制器220与硬件在环测试台架230通信连接，控制器220用于接收来自遥控器210的目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统100的液压系统110中各个电磁阀120的脉冲宽度调制参数。硬件在环测试台架230与控制器220通信连接，硬件在环测试台架230用于接收来自控制器220的脉冲宽度调制参数，根据脉冲宽度调制参数获取臂架系统100的角度传感器130的角度参数，并将角度参数发送至控制器220，以使控制器220根据角度参数控制臂架系统100。测量标定设备240分别与控制器220和硬件在环测试台架230通信连接，用于录制臂架系统100的故障测试数据。

本实施例提供的臂架系统100为智能化臂架系统，其能够实现自动展收、多节臂架的协调控制及臂架的自动跟随。其中，本实施例提供的臂架系统100具体为通过液压驱动的臂架系统100。其包括多个收尾连接的臂节。各个臂节收到液压系统的驱动，以实现伸展或收缩。在臂架系统100投入使用前，需要对臂架系统100进行故障测试。尤其，在臂架系统100的研发、生产过程中，经常需要通过人工注入故障，而判断臂架系统100的故障诊断功能是否完善和精准。相关技术中实现上述检测的方式是采用实车实验进行故障诊断软件的功能验证。其存在的弊端是整机试验周期长、可靠性低。此外，未经充分验证的软件直接针对进行实车试验，还存在着较大的危险性。并且，实车测试进行故障模拟需对线束及传感器进行较大改造，其成本较高。

因此，为了高效、精准地完成臂架系统100的可靠性验证，并能够在臂架系统100的设计开发阶段进行故障测试、提升测试效率，本实施例提供了故障测试装置200。

本实施例的故障测试装置200包括遥控器210。遥控器210通过无线信号控制臂架系统100的上电和下电，并在上电完成后发送目标运行参数臂至控制器220。

本实施例的控制器220具体为SYMC控制器，其分别与遥控器210和硬件在环测试台架230通信连接，由此，控制器220能够接收由遥控器210发出的目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统100的液压系统110中各个电磁阀120的脉冲宽度调制参数。进而，控制器220将脉冲宽度调制参数发送至控制器局域网络(英文全称：Controller AreaNetwork，英文简称：CAN中)。

硬件在环测试台架230采用硬件在环(英文全称：Hardware in the Loop，英文简称：HIL)技术。其通过实时仿真机的实时参数控制(英文全称：Real Time ParameterControl，英文简称：RTPC)实时模拟液压系统及机械系统，并接收脉冲宽度调制波信号，计算出臂架系统100中角度传感器130的角度参数相关信息，通过输入/输出(英文全称：Input/Output，英文简称：IO)通道板卡发送相应的角度信号给控制器220，从而实现闭环控制。

测量标定设备240分别与控制器220和硬件在环测试台架230通信连接。在上述过程中，例如CANape系统的测量标定设备240实时录制系统的各项故障测试数据，用于后续的软件功能分析和故障排查。

综上，本实施例能够高效、精准地完成臂架系统100的可靠性验证，并能够在臂架系统100的设计开发阶段进行故障测试、提升测试效率。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了一种故障测试装置200，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

故障测试装置200还包括：计算机250。计算机250分别与硬件在环测试台架230和测量标定设备240通过以太网连接。其中，硬件在环测试台架230和测量标定设备240之间通过计算机250进行数据传输。

具体而言，计算机250可为PC设备。测量标定设备240为在PC设备运行的INCA软件。本实施例能够对测量标定设备240获得的故障测试数据进行有效采集和利用。

实施例3：

本实施例提供了一种故障测试装置200，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

控制器220和测量标定设备240之间通过控制器局域网络通信连接。

本实施例中，控制器220将脉冲宽度调制参数发送至控制器局域网络(英文全称：Controller Area Network，英文简称：CAN)中，测量标定设备240由控制器局域网络之中获取脉冲宽度调制参数，并利用其进行故障测试数据的录制。

实施例4：

本实施例提供了一种故障测试装置200，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

控制器220和硬件在环测试台架230之间通过线束通信连接。

上述通信连接方式可便于硬件在环测试台架230接收脉冲宽度调制波信号，并快速计算出臂架系统100中倾角度传感器130的角度参数。

实施例5：

本实施例提供了一种故障测试装置200，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

目标运行参数包括臂架系统100的臂架末端目标位置。

本实施例的臂架末端目标位置是指臂架系统100的最后一个臂节的末端期望运行至的理想位置。本实施例的控制器220根据该最后一个臂节的末端期望运行至的理想位置输出脉冲宽度调制参数，以控制臂架系统100的运行。

实施例6：

如图2所示，本实施例提供了一种故障测试装置200，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

故障测试装置200还包括：故障注入装置260。故障注入装置260用于向控制器220中注入对臂架系统100进行测试用的故障。

本实施例的故障注入装置260用于对臂架系统100进行人为地故障注入，以便研究开发人员能够在臂架系统100的设计开发阶段进行故障测试。

具体而言，在臂架系统100初始化完成后，通过遥控器210发出运动指令，遥控器210接收指令后，发送脉冲宽度调制信号，电磁阀120执行过程中，通过DSPACE系统直接将对应的传感器注入电气故障。上述电气故障包括：短地、短电源或断路等。进而，本实施例能够观测臂架系统100的控制软件是否能正确执行故障诊断，并发出报警提示。

实施例7：

如图4所示，本实施例提供了一种故障测试方法，采用如本发明任一实施例的故障测试装置200检测臂架系统100的故障，故障测试方法包括：

步骤S102，控制遥控器发出上电指令，并获取臂架系统的目标运行参数；

步骤S104，控制控制器接收来自遥控器的目标运行参数，并根据目标运行参数获取臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；

步骤S106，控制硬件在环测试台架接收来自控制器的脉冲宽度调制参数，根据脉冲宽度调制参数获取臂架系统的角度传感器的角度参数，并将角度参数发送至控制器；

步骤S108，控制控制器根据角度参数控制臂架系统；

步骤S110，测量标定设备录制臂架系统的故障测试数据。

本实施例的故障测试方法采用如本发明任一实施例的故障测试装置200检测臂架系统100的故障，因此其具有本发明任一实施例的故障测试装置200的全部有益效果，在此不再赘述。

实施例8：

如图5所示，本实施例提供了一种故障测试方法，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

在执行遥控器发出上电指令之后，故障测试方法还包括：

步骤S202，基于臂架系统进入测试工况，故障注入装置向控制器中注入对臂架系统进行测试用的故障。

本实施例通过故障注入装置260对臂架系统100进行人为地故障注入，以便研究开发人员能够在臂架系统100的设计开发阶段进行故障测试。

实施例9：

如图6所示，本实施例提供了一种故障测试方法，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征。

在执行测量标定设备录制臂架系统的故障测试数据之后，故障测试方法还包括：

步骤S302，测量标定设备结束对故障测试数据的录制，遥控器发出下电指令。

本实施例在故障测试数据的录制完成之后，采用遥控器210发出下电指令，控制臂架系统100停止运行。

实施例10：

如图3所示，本实施例提供了一种故障测试系统10，包括：臂架系统100和如本发明任一实施例的故障测试装置200，故障测试装置200用于检测臂架系统100的故障。

本实施例的故障测试系统10包括如本发明任一实施例的故障测试装置200，因此其具有本发明任一实施例的故障测试装置200的全部有益效果，在此不再赘述。

具体实施例

本实施例的故障测试装置200包括遥控器210、控制器220、硬件在环测试台架230、例如CANape系统的测量标定设备240和计算机250。遥控器210用于发送启停、末端期望位置等信号。硬件在环测试台架230模拟智能臂架系统，并输出硬线和CAN信号。测量标定设备240为测量标定软件及试验环境软件，计算机250运行测量标定软件及试验环境软件。

控制器220接收遥控器210的上电指令、下电指令及期望位置，发送相应的脉冲宽度调制目标值给各个执行器，硬件在环测试台架230中的实时参数控制系统实时模拟臂架系统100，臂架系统100的液压系统110的电磁阀120响应控制器220的指令，臂架系统100上布置的角度传感器130随着机械臂的动作发送角度信息给控制器220，实现轨迹的闭环控制。计算机250上运行测试软件和测试标定软件，根据测试工况通过测试软件调整测试环境参数，测试标定软件用来录制系统及控制器中的数据。需要说明的是，本实施例可对电气故障和/或液压故障进行相关故障注入。测量标定设备240亦可为INCA软件。遥控器210也可通过PC端的程序进行模拟，硬件在环测试台架230具体可为DSPACE设备、NI设备或ETAS设备。

如图7所示，本实施例的故障测试方法包括以下步骤：

步骤S402，系统上电，测量标定软件启动数据录制，遥控器发送目标位置；

步骤S404，臂架系统执行器动作，进入轨迹跟踪控制；

步骤S406，判断当前工况是否为测试工况；

其中，判断结果为是则执行步骤S408，判断结果为否则重新执行步骤S406；

步骤S408，注入故障；

步骤S410，恢复故障，结束数据录制，系统下电。

具体而言，系统上电后，测试程序启动，测量标定软件启动数据录制，遥控器210发送目标位置。控制器220解析目标位置，发送脉冲宽度调制信号给执行器。其中，执行器即：电磁阀120，臂架系统100进入轨迹跟踪模式。在进入预设的测试工况后，手动注入相应的电气故障。电气故障具体可包括：短地、短电源或断路等故障。一段时间后，恢复故障，则结束数据录制，臂架系统100下电。

与相关技术中的实车测试方法相比，本实施例通过硬件在环技术进行智能臂架控制软件功能测试，可在软件开发阶段直接进行测试，无需等待样车下线再进行测试，可降低实车测试成本，提升测试效率。

本实施例采用真实的例如SYMC控制器的控制器220进行测试，软硬件功能在测试过程中得到充分验证，可直接用于实车试验，为软硬件系统的可靠性提供有力保障。

本实施例可以快速验证多种控制方案，其验证周期大幅缩短，故障测试充分完全，可避免整机过程中造成返工、危险操作等问题，进一步提升了软件的稳定性及鲁棒性。

综上，本发明实施例的有益效果为：本发明的实施例能够高效、精准地完成臂架系统100的可靠性验证，并能够在臂架系统100的设计开发阶段进行故障测试、提升测试效率。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种故障测试装置，其特征在于，用于臂架系统，所述故障测试装置包括：

遥控器，所述遥控器与控制器通信连接，所述遥控器用于遥控所述臂架系统并用于获取所述臂架系统的目标运行参数；

所述控制器，所述控制器与硬件在环测试台架通信连接，所述控制器用于接收来自所述遥控器的所述目标运行参数，并根据所述目标运行参数获取所述臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；

所述硬件在环测试台架，所述硬件在环测试台架用于接收来自所述控制器的所述脉冲宽度调制参数，根据所述脉冲宽度调制参数获取所述臂架系统的角度传感器的角度参数，并将所述角度参数发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述角度参数控制所述臂架系统；

测量标定设备，所述测量标定设备分别与所述控制器和所述硬件在环测试台架通信连接，用于录制所述臂架系统的故障测试数据；

故障注入装置，所述故障注入装置用于向所述控制器中注入对所述臂架系统进行测试用的故障。

2.根据权利要求1所述的故障测试装置，其特征在于，还包括：

计算机，所述计算机分别与所述硬件在环测试台架和所述测量标定设备通过以太网连接；

其中，所述硬件在环测试台架和所述测量标定设备之间通过所述计算机进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的故障测试装置，其特征在于，

所述控制器和所述测量标定设备之间通过控制器局域网络通信连接。

4.根据权利要求1所述的故障测试装置，其特征在于，

所述控制器和所述硬件在环测试台架之间通过线束通信连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的故障测试装置，其特征在于，

所述目标运行参数包括所述臂架系统的臂架末端目标位置。

6.一种故障测试方法，其特征在于，采用如权利要求1至5中任一项所述的故障测试装置检测臂架系统的故障，所述故障测试方法包括：

控制遥控器发出上电指令，并获取所述臂架系统的目标运行参数；

控制控制器接收来自所述遥控器的所述目标运行参数，并根据所述目标运行参数获取所述臂架系统的液压系统中各个电磁阀的脉冲宽度调制参数；

控制硬件在环测试台架接收来自所述控制器的所述脉冲宽度调制参数，根据所述脉冲宽度调制参数获取所述臂架系统的角度传感器的角度参数，并将所述角度参数发送至所述控制器；

控制所述控制器根据所述角度参数控制所述臂架系统；

测量标定设备录制所述臂架系统的故障测试数据；

在执行所述遥控器发出上电指令之后，所述故障测试方法还包括：

基于所述臂架系统进入测试工况，故障注入装置向所述控制器中注入对所述臂架系统进行测试用的故障。

7.根据权利要求6所述的故障测试方法，其特征在于，在执行所述测量标定设备录制所述臂架系统的故障测试数据之后，所述故障测试方法还包括：

测量标定设备结束对所述故障测试数据的录制，所述遥控器发出下电指令。

8.一种故障测试系统，其特征在于，包括：

臂架系统；

如权利要求1至5中任一项所述的故障测试装置，所述故障测试装置用于检测所述臂架系统的故障。