CN1924538A - 主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了中重型气压制动载货汽车的主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台。该试验台由硬件系统，软件系统和接口电路组成，所述的硬件系统采用了气压制动控制回路；采用了安装在制动气室(1、15、22、36)上直接测量制动气室压力变化的压力传感器(43、16、21、37)；采用了直流伺服电机(5、11、26、32)，模仿车轮转速的齿圈(4、12、25、33)固定在其输出轴上；采用了电子控制单元(27)，电子控制单元(27)通过支架固定在台架上；采用了主机(31)，并与目标机(28)用RS232串口线相连接。本发明为中重型载货汽车上的主动防滑系统的控制策略和关键部件的开发研究和试验提供了平台。

Description

主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台

技术领域

本发明涉及汽车安全行驶装置的试验研究设备，尤其是涉及汽车主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台。

背景技术

经专利检索查出，与本发明主题有关的专利有：南京林业大学申请的名称为“汽车ABS性能试验台”的实用新型，申请号为200420025738.5，公开号为CN2708293，公开日为2005.07.06；北京理工大学和吉林大学非矿技术装备研究院联合申请的名称为“基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置试验台”和“基于制动器惯性试验的汽车ABS/ASR装置试验台”的两项发明，其中，第一项发明的申请号为200410046011.X，公开号为CN1648631，公开日为2005.08.03；第二项发明的申请号为200410046010.5，公开号为CN1651895，公开日为2005.08.10。南京林业大学的“汽车ABS性能试验台”是提高液压ABS系统制动过程的模拟精确度，拓展ABS性能试验的车型适应性和路面适应性；北京理工大学和吉林大学非矿技术装备研究所联合申请的“基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置试验台”是能够进行汽车制动器的各种常规性能试验和汽车制动防抱死装置的性能试验的试验台；而“基于制动器惯性试验的汽车ABS/ASR装置试验台”主要能够进行汽车ABS/ASR性能测试功能。以上三个专利都是针对乘用车的液压制动系统开发的，用来研究乘用车的稳定性控制，但对中重型汽车而言，由于液压的制动系统制动力严重不足，而采用气压制动系统，气压制动的主动防滑系统的硬件在回路试验台在国内还处于空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车安全行驶装置的试验研究设备，尤其是提供一种中重型气压制动载货汽车的主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台。

参阅图1，为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案，即中重型气压制动载货汽车的主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台是由硬件系统，软件系统和接口电路组成，在所述的硬件系统中本发明采用了气压制动控制回路，该回路中的第一条路径包括的气动元件有空气压缩机、卸荷阀、湿储气筒、四回路保护阀，并用管路依次将它们连接起来；该回路中的第二条路径是从四回路保护阀开始，路经储气筒的前腔、制动阀的下腔、两个相同的ABS电磁阀和两个相同的前轮制动气室，从四回路保护阀开始用管路依序将它们连接起来；该回路中的第三条路径是从四回路保护阀开始，路经储气筒的后腔、制动阀的上腔、继动阀、ASR阀、两个相同的ABS电磁阀和两个相同的后轮制动气室，从四回路保护阀开始用管路将它们依序连接起来；该回路中的第四条路径是从四回路保护阀开始，包括的气动元件有手动阀、快放阀与两个相同的后轮制动气室，从四回路保护阀开始用管路将它们依序连接起来；气压制动控制回路中除空气压缩机放置在地面上外，其它的气动元件都安装在试验台的台架上。

技术方案中所述的硬件系统中采用了分别安装在两个相同的前轮制动气室和两个相同的后轮制动气室上的直接测量制动气室的压力变化的四个相同的压力传感器，压力传感器的输出端用电线与数据采集卡和压力传感器处理电路连接，数据采集卡和压力传感器处理电路和目标机用电线连接。

技术方案中所述的硬件系统中采用了四个相同的直流伺服电机，模仿车轮转速的四个相同的齿圈分别固定在直流伺服电机输出轴上，四个相同的直流伺服电机固定在试验台的台架上，其接线端用电线与数据采集卡和压力传感器处理电路连接，数据采集卡和压力传感器处理电路和目标机用电线连接。

技术方案中所述的硬件系统中采用了电子控制单元，电子控制单元与发出轮速信号的四个相同的轮速传感器的接线端，与ASR阀的接线端，与四个相同的ABS阀的接线端，与电子油门的接线端用电线相连接，电子控制单元通过支架固定在台架上。

技术方案中所述的硬件系统中采用了建立整车车辆模型、发动机模型、离合器模型、传动器模型、差速器模型、轮胎和车轮模型、制动器模型、电机调速模型的，并将建好的模型下载到目标机中的主机与已下载所需模型的，在试验中接收四个相同的压力传感器传来的压力信号的，接收电子油门传来的油门位置信号的，计算车辆运动过程和状态的，并实时记录和显示的目标机经RS232串口线相连接，目标机的接线端通过用电线连接的数据采集卡和压力传感器处理电路还与电子油门的另一接线端用电线相连接，主机、目标机与数据采集卡和压力传感器处理电路单独放置在电脑桌上，其中，主机运行的模型是采用Matlab/Simulink建立的。

本发明的有益效果是：

1)本发明中采用了气压制动系统，为中重型气压制动载货汽车上的制动防抱死(ABS，Anti-lock Brake System)和驱动防滑转(ASR，Acceleration Slip Regulation)系统的控制策略研究提供了必备条件。

2)本发明也为主动防滑集成控制系统的关键部件的开发研究和试验提供了平台。

3)在试验台上进行中重型气压制动载货汽车上的制动防抱死(ABS)和驱动防滑转(ASR)系统的试验研究可节省时间、见效快，并节约经费，大大减少室外实车试验次数，为必要的室外实车试验打下基础。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台结构示意图；

图2是主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台软件流程图；

图3是轮速传感器信号处理电路框图；

图4是压力传感器信号处理电路框图；

图中：1.前轮制动气室，2.制动器，3.轮速传感器，4.齿圈，5.直流伺服电机，6.卸荷阀，7.手动阀，8.湿储气筒，9.四回路保护阀，10.储气筒，11.直流伺服电机，12.齿圈，13.轮速传感器，14.制动器，15.后轮制动气室，16.压力传感器，17.ABS电磁阀，18.ASR阀，19.继动阀，20.ABS电磁阀，21.压力传感器，22.后轮制动气室，23.制动器，24.轮速传感器，25.齿圈，26.直流伺服电机，27.电子控制单元(ECU，含轮速处理电路)，28.目标机，29.数据采集卡和压力传感器处理电路，30.电子油门，31.主机，32.直流伺服电机，33.齿圈，34.轮速传感器，35.制动器，36.前轮制动气室，37.压力传感器，38.ABS电磁阀，39.制动阀，40.ABS电磁阀，41.空气压缩机，42.制动管路，43.压力传感器，44.电线，45.快放阀。

具体实施方式

参阅图1，中重型气压制动载货汽车的主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台是由硬件系统，软件系统和接口电路组成，整个试验台成台架式结构，即用型钢焊接成一个支架，然后将已做好的支架放在实验室的地平铁上，再在支架上放置一个工作台面，一个可以安装其它零部件的试验台台架即成。空气压缩机41直接放置在地面上为整个试验台提供压缩空气；主机31与目标机28用RS232串口线连接，目标机28与数据采集卡和压力传感器处理电路29用电线44接好后三者单独放置在电脑桌上；其它的零部件都安装在台架上，即安装在放于支架上的工作台面上。其它零部件在台架上的安装或分布位置和图1所表示的各零部件位置关系基本相同。首先将卸荷阀6，手动阀7，制动阀39，湿储气筒8，四回路保护阀9，储气筒10，继动阀19，快放阀45、四个相同的ABS电磁阀17、20、38、40，ASR阀18和电子油门30通过各自单独的支架固定在台架上；将通过齿圈支架固定有四个相同的齿圈4、12、25、33的四个相同的直流伺服电机5、11、26、32通过各自单独的支架固定在台架上；将四个相同的轮速传感器3、13、24、34通过各自单独的支架固定在台架上，并使得四个相同的轮速传感器3、13、24、34的端部正对着四个相同的齿圈4、12、25、33的齿；将安装有四个相同的压力传感器43、16、21、37的两个相同的前轮制动气室1、36与两个相同的后轮制动气室15、22和四个相同的制动器2、14、23、35通过各自单独的支架固定在台架上，而每一对制动气室和制动器之间分别用顶杆和凸轮轴可相对运动的连接起来；将电子控制单元27(ECU，含轮速处理电路)通过支架也固定在台架上。

参阅图1，各零部件安装到台架上以后，然后用管路42与管接头将各零部件连接成气压制动控制回路，该回路中的第一条路径包括的气动元件有空气压缩机41、卸荷阀6、湿储气筒8和四回路保护阀9，用管路42(橡胶管、塑料管、金属管皆可)依次将它们连接起来，连接处不能漏气，这条路径就是给整个回路提供压缩空气的气源路径，当路径中的气压高于卸荷阀6的调整压力时，压缩空气由卸荷阀6卸压，以保证整个回路工作安全；该回路中的第二条路径是从四回路保护阀9开始，路径经过储气筒10的前腔、制动阀39的下腔、ABS电磁阀38、ABS电磁阀40、前轮制动气室36和前轮制动气室1，从四回路保护阀9开始用管路42依次将储气筒10的前腔、制动阀39的下腔的一个接口连接起来，用管路42将制动阀39下腔的另一个接口与三通管接头一接口连接起来，用管路42通过三通管接头另外两个接口将ABS电磁阀38和前轮制动气室36、ABS电磁阀40和前轮制动气室1分别连接起来，这条路径是给两个前车轮提供压缩空气以实现两个前车轮刹车制动；该回路中的第三条路径也是从四回路保护阀9开始，路径经过储气筒10的后腔、制动阀39上腔、继动阀19、ASR阀18、ABS电磁阀17、ABS电磁阀20、后轮制动气室15和后轮制动气室22，从四回路保护阀9开始用管路42将储气筒10的后腔、制动阀39上腔、继动阀19的控制气压输出口连接起来，用一个三通管接头将继动阀19的出气口与ASR阀18并联起来，用管路42将三通管接头剩余的接口与第二个三通管接头的一个接口连接起来，第二个三通管接头另外两个接口将ABS电磁阀17和后轮制动气室15、ABS电磁阀20和后轮制动气室22分别连接起来，最后，将继动阀19的进气口和ASR阀18的进气口用管路42分别与储气筒10的后腔连接起来，各接口连接处不能漏气，这条路径是给两个后车轮提供压缩空气以实现两个后车轮刹车制动，其中，前后车轮所采用的制动气室不同，用在后车轮的两个制动气室是复合式制动气室，用在前车轮的两个制动气室是膜片式制动气室；该回路中的第四条路径还是从四回路保护阀9开始，包括的气动元件有手动阀7、快放阀45、后轮制动气室15和后轮制动气室22，从四回路保护阀9开始用管路42将其与快放阀45的进气口连接起来，快放阀45的两个出气口分别用管路42与后轮制动气室15、后轮制动气室22连接，这条路径是在停车时按下手动阀7给两个后车轮提供制动力的，防止汽车自走，整个气压制动控制回路装配完成。

参阅图1，将四个相同的轮速传感器3、13、24、34的接线端，ASR阀18的接线端，四个相同的ABS阀40、17、20、38的接线端，电子油门30的接线端用电线44与电子控制单元27相连接。

参阅图1，四个相同的压力传感器43、16、21、37的输出端、四个相同的直流伺服电机5、11、26、32的接线端和电子油门30的另一接线端用电线44与数据采集卡和压力传感器处理电路29连接，再用电线44将数据采集卡和压力传感器处理电路29和目标机28连接。

主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台的工作原理与结构分析：

参阅图1，在正式进行试验以前，先启动空气压缩机41，给整个制动系统，包括湿储气筒8、储气筒10和管路42等充气，使系统压力达到要求，气压制动控制回路中压力的高低可以通过卸荷阀6来调整，当气压制动控制回路中压力过高时，可以通过卸荷阀6卸荷；将所需模型由主机31下载到目标机28后，由主机31向目标机28发出命令，告之试验开始，由目标机28向四个相同的直流伺服电机5、11、26、32发出指令，使之带动四个相同的齿圈4、12、25、33转动，用来模拟实际车辆中的轮速；当车辆需要制动时，踩下制动阀39上的踏板，气压制动系统中的四回路保护阀9、继动阀19开始动作，高压气体进入两个相同的前轮制动气室1、36和两个相同的后轮制动气室15、22，实现车轮的制动，而手动阀7此时并无动作，此时可以看到四个相同的制动器2、14、23、35的蹄片张开，即车轮实现了制动；安装在两个相同的前轮制动气室1、36和两个相同的后轮制动气室15、22上的四个相同的压力传感器43、37、16、21能够准确地将两个相同的前轮制动气室1、36和两个相同的后轮制动气室15、22的压力变化通过数据采集卡和压力传感器处理电路29反映给目标机28中的车辆模型，车辆模型根据各个压力值来计算模型中四个相同的制动器2、14、23、35的制动力矩，模型中的车辆运动状态发生改变，将改变的轮速反映到四个相同的直流伺服电机5、11、26、32的转速上；四个相同的轮速传感器3、13、24、34采集四个相同的齿圈4、12、25、32的转速信号即为轮速信号，通过电线44将轮速信号输入电子控制单元27；电子控制单元27对这些信号做出判断后，根据处理结果，给四个相同的ABS电磁阀17、20、38、40或ASR阀18或电子油门30发出相应的指令，改变两个相同的前轮制动气室1、36和两个相同的后轮制动气室15、22的气压及电子油门30的位置，使目标机28的车辆模型实现主动防滑控制要求。

参阅图2，数据采集卡29将接到的电子油门30位置信号送入发动机模型，确定发动机输出的扭矩经离合器及变速器模型、传动系模型后的左右轮驱动力矩送入整车及轮胎车轮模型，将压力传感器的信号送入制动器模型确定各制动器制动力矩送入整车及轮胎车轮模型，整车及轮胎车轮模型接受驱动力矩、制动力矩及方向盘转角，车辆的运动状态发生改变，记录车辆状态变化过程，并将变化的轮速经数据输出模块送到直流伺服电机改变其轮速。

参阅图3，四个相同的轮速传感器3、13、24、34发出的信号幅值一般在0.2-2v之间，因此有必要用两个二极管对其产生箝位限幅，使其幅值最大不超过0.7v，接着信号经过电容器去掉带有的直流成分，剩下的交流信号经过由RC和放大器构成的惯性环节电路，交流正弦波形会变陂，再经过积分环节电路使之转换为方波(TTL信号)，最终可顺利送入数据采集卡；图中基准电压源电路的功用是为两个环节的放大器提供相同的基准比较电压，提高电路精度。

参阅图4，四个相同的压力传感器43、16、21、37信号的处理电路中共有四个放大器，一个仪用高精度放大器AD620，三个通用放大器OP07，它们的电源是由蓄电池(两块串联至24V直流)通过三端稳压芯片7805、7905产生的+5V、-5V电压提供。压力传感器检测到前后轮制动气室压力的变化产生弱信号，送入AD620进行双端输入、单端输出的差分放大(放大10倍)，出来的信号再送入OP07进行二级放大(约放大5倍)。这时被两次放大后的信号含有大气压力产生的恒定电压信号量值U₀(约2.4V左右)，因此有必要去掉这部分电压值，故设计了减法电路，减法电路中的基准电压由可调稳压器LM317提供。去除U₀再经过一次放大(约5倍)后，信号可被数据采集卡识别而采集。

Claims (5)

1.一种主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台，由硬件系统，软件系统和接口电路组成，其特征在于：所述的硬件系统中采用了气压制动控制回路，该回路中的第一条路径包括的气动元件有空气压缩机(41)、卸荷阀(6)、湿储气筒(8)、四回路保护阀(9)，并用管路(42)依次将它们连接起来；该回路中的第二条路径是从四回路保护阀(9)开始，路径经过储气筒(10)的前腔、制动阀(39)的下腔、ABS电磁阀(38)、ABS电磁阀(40)和两个相同的前轮制动气室(36)与前轮制动气室(1)，从四回路保护阀(9)开始用管路(42)依序将它们连接起来；该回路中的第三条路径是从四回路保护阀(9)开始，路径经过储气筒(10)的后腔、制动阀(39)的上腔、继动阀(19)、ASR阀(18)、ABS电磁阀(17)、ABS电磁阀(20)、两个相同的后轮制动气室(15)和后轮制动气室(22)，从四回路保护阀(9)开始用管路(42)将它们依序连接起来；该回路中的第四条路径是从四回路保护阀(9)开始，包括的气动元件有手动阀(7)、快放阀45与两个相同的后轮制动气室(15)和后轮制动气室(22)，从四回路保护阀(9)开始用管路(42)依序将它们连接起来；气压制动控制回路中除空气压缩机(41)放置在地面上外，其它的气动元件都安装在试验台的台架上。

2.按照权利要求1所述的一种主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台，其特征在于：所述的硬件系统中采用了安装在两个相同的前轮制动气室(1、36)和两个相同的后轮制动气室(15、22)上的直接测量制动气室的压力变化的四个相同的压力传感器(43、16、21、37)，四个相同的压力传感器(43、16、21、37)的输出端用电线(44)与数据采集卡和压力传感器处理电路(29)连接，数据采集卡和压力传感器处理电路(29)和目标机(28)用电线(44)连接。

3.按照权利要求1所述的一种主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台，其特征在于：所述的硬件系统中采用了四个相同的直流伺服电机(5、11、26、32)，模仿车轮转速的四个相同的齿圈(4、12、25、33)固定安装在四个相同的直流伺服电机(5、11、26、32)的输出轴上，四个相同的直流伺服电机(5、11、26、32)固定在试验台的台架上，其接线端用电线(44)与数据采集卡和压力传感器处理电路(29)连接，数据采集卡和压力传感器处理电路(29)和目标机(28)用电线(44)连接。

4.按照权利要求1所述的一种主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台，其特征在于：所述的硬件系统中采用了电子控制单元(27)，电子控制单元(27)与发出轮速信号的四个相同的轮速传感器(3、13、24、34)的接线端，与ASR阀(18)的接线端，与四个相同的ABS阀(40、17、20、38)的接线端，与电子油门(30)的接线端用电线(44)相连接，电子控制单元(27)通过支架固定在台架上。

5.按照权利要求1所述的一种主动防滑集成控制系统的硬件在回路试验台，其特征在于：所述的硬件系统中采用了建立整车车辆模型、发动机模型、离合器模型、传动器模型、差速器模型、轮胎和车轮模型、制动器模型、电机调速模型的，并将建好的模型可下载到目标机(28)中的主机(31)与已下载所需模型的，在试验中接收四个相同的压力传感器(43、16、21、37)传来的压力信号的，接收电子油门(30)传来的油门位置信号的，计算车辆运动过程和状态的，并实时记录和显示的目标机(28)经RS232串口线相连接，目标机(28)的接线端通过用电线(44)连接的数据采集卡和压力传感器处理电路(29)还与电子油门(30)的另一接线端用电线(44)相连接，主机(31)、目标机(28)与数据采集卡和压力传感器处理电路(29)单独放置在电脑桌上。

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