CN203881528U - 刹车测试台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种刹车测试台，包括一交流电动机；一转动惯量设定装置，用于输出设定的转动惯量值；一转速测量装置，用于测量交流电动机的当前转速值；一扭矩测量装置，用于测量交流电动机的当前扭矩值；一速度设定装置，其与所述转动惯量设定装置、转速测量装置以及扭矩测量装置通信连接，根据所述当前转速值、当前扭矩值以及转动惯量值输出交流电动机在预定时刻的预定转速值；一变频器，其与速度设定装置通信连接，并且变频器的输出端与交流电动机电连接，变频器根据从速度设定装置接收的预定转速值使得交流电动机在预定时刻的转速为预定转速值。本实用新型的刹车测试台能够避免飞车风险，还能有效减小受测试数据的累计误差影响。

Description

刹车测试台

技术领域

本实用新型涉及机电控制领域，具体涉及一种刹车测试台。

背景技术

近年来，随着动车、高铁等大型的运载工具的迅速发展，基于安全方面的考虑，对大型交通工具的检验也越来越严格，尤其是对刹车测试的检验。因此需要在实验室精确模拟大型交通工具的实际运行情况，实现转动惯量与摩擦系数的精确模拟，从而精确模拟出大型运载工具在不同的转动惯量情况下的刹车降速曲线。

中国专利授权公告号CN101604489B公开了一种惯量动态模拟系统，该试验系统采用惯量盘来模拟飞机的惯量，将平动转换为惯量盘的转动，控制交流电动机的输出力矩来模拟机械惯量，同时实现转动惯量的无级调节，能够模拟飞机的实际运行情况。但是由于扭矩的测量通常存在误差，容易导致交流电动机的输出力矩也发生较大的误差。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种刹车测试台，包括：

一交流电动机；

一转动惯量设定装置，用于输出设定的转动惯量值；

一转速测量装置，用于测量所述交流电动机的当前转速值；

一扭矩测量装置，用于测量所述交流电动机的当前扭矩值；

一速度设定装置，其与所述转动惯量设定装置、所述转速测量装置以及所述扭矩测量装置通信连接，所述速度设定装置根据所述当前转速值、所述当前扭矩值以及所述转动惯量值输出所述交流电动机在预定时刻的预定转速值；

一变频器，其与所述速度设定装置通信连接，并且所述变频器的输出端与所述交流电动机电连接，所述变频器根据从所述速度设定装置接收的所述预定转速值控制所述交流电动机使得所述交流电动机在所述预定时刻的转速为所述预定转速值。

本实用新型的刹车测试台能够精确控制电动机的转速，并能够避免飞车风险。

优选的，刹车测试台还包括一扭矩控制装置，所述扭矩控制装置与所述扭矩测量装置、所述转速测量装置、以及所述转动惯量设定装置通信连接，所述扭矩控制装置根据所述当前扭矩值、所述当前转速值、所述转动惯量值和所述交流电动机的初始转速输出所述交流电动机的扭矩修正值，其中，所述初始转速为刹车测试开始时的交流电动机的转速；以及所述变频器还与所述扭矩控制装置通信连接，所述变频器根据从所述速度设定装置接收的所述预定转速值和从所述扭矩控制装置接收的所述扭矩修正值控制所述交流电动机使得所述交流电动机在所述预定时刻的转速为所述预定转速值。

本实用新型的刹车测试台还能避免由于扭矩测试的误差对电动机的转速造成累计影响。

优选的，所述刹车测试台还包括一刹车盘、一第一联轴器和一第二联轴器，所述交流电动机包括一转子，所述扭矩测量装置包括一旋转轴，所述旋转轴的一端通过所述第一联轴器与所述转子固定连接，所述旋转轴的另一端通过所述第二联轴器与所述刹车盘固定连接。通过刹车盘可以方便模拟实际的运载工具的平动惯性，同时使得测试成本降低。

优选的，所述刹车测试台还包括对所述刹车盘进行刹车的刹车装置。刹车装置能够对不同环境下的刹车盘进行刹车。

优选的，所述刹车测试台还包括环境舱，所述刹车盘和所述刹车装置位于所述环境舱中。环境舱能够模拟运载工具在不同环境下的刹车情况。

优选的，所述交流电动机为交流异步变频电动机。异步变频电动机可以方便、准确地通过改变电流的频率来控制转速。

优选的，所述变频器为全数字矢量变频器。全数字矢量变频器输出的电流可以同时对交流电动机的转速和扭矩进行控制。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1是根据本实用新型第一个实施例的刹车测试台的结构示意图；

图2是根据本实用新型第二个实施例的刹车测试台的结构示意图。

附图标记说明

1：环境舱

10、20：刹车测试台

11：交流电动机

12：扭矩测量装置

13：转速测量装置

14：转动惯量设定装置

15：速度设定装置

16：变频器

17：刹车盘

18：刹车装置

111：转子

121：旋转轴

191、192：联轴器

21：扭矩控制装置

J：转动惯量值

n：初始转速

具体实施方式

在对现有技术进行研究的过程中，发现当上述试验系统中的刹车片质量不合格，或者在试验过程中由于刹车片产生的高温导致刹车片损坏或刹车力的减小，导致刹车盘的速度增加，即此时试验系统将带动刹车盘失控飞车，可能对测试人员和整个试验系统带来安全隐患，同时导致无法准确模拟转动惯量和降速曲线。基于这样的研究结果，发明人对现有的刹车测试台进行了改进。

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

图1是根据本实用新型第一个实施例的刹车测试台10的结构示意图。如图1所示，刹车测试台10包括交流电动机11、扭矩测量装置12、转速测量装置13、转动惯量设定装置14、速度设定装置15、变频器16、刹车盘17、刹车装置18、联轴器191和联轴器192。

转动惯量设定装置14可以采用可编程逻辑控制器来实现，例如通过输入一个转动惯量值J，该转动惯量值J与所要模拟的大型运载工具的平动惯性相对应。转动惯量设定装置14将该转动惯量值J输出至速度设定装置15。

在本实用新型中，根据运载工具开始刹车的起始速度、运载工具的轮径和希望模拟的转动惯量值J计算出交流电动机11的初始转速。当交流电动机11达到初始转速时，启动刹车装置18。转速测量装置13在第一时刻(初始时刻)测量交流电动机11的第一转速(即初始转速)，并将与测量的第一转速相对应的模拟量输出至速度设定装置15。转速传感器13可以采用现有技术中的任意转速传感器来实现。

扭矩测量装置12为本领域技术人员所公知的扭矩测量装置，例如为市场上所销售的轴式扭矩传感器，扭矩测量装置12包括旋转轴121，旋转轴121的一端通过联轴器191与交流电动机11的转子111固定连接，旋转轴121的另一端通过联轴器192和刹车盘17固定连接，刹车盘17和刹车装置18位于环境舱1中。交流电动机11转动时带动刹车盘17旋转，通过控制刹车盘17的转速可以模拟所需要测试的转动惯量，从而实现了在实验平台上模拟运载工具的刹车情况。扭矩测量装置12获取交流电动机11的第一扭矩值，并将与该第一扭矩值相对应的模拟量输出至速度设定装置15。优选的，交流电动机11采用交流异步变频电动机，除了非常方便地通过改变电流的频率来控制转速外，还能做到节能。在其他的实施例中，还可以采用其他类型的交流电动机。本实用新型的环境舱1可以模拟不同的环境条件，使得测试的情况更加符合运载工具在真实环境下的运行情况，从而以较低的成本使得运载工具的刹车测试结果更加准确。

速度设定装置15与转动惯量设定装置14、转速测量装置13和扭矩测量装置12通信连接，即速度设定装置15接收转动惯量设定装置14输出的转动惯量J、转速测量装置13在第一时刻测量的第一转速以及扭矩测量装置12在第一时刻测量的第一扭矩。速度设定装置15采用速度闭环控制原理，可以通过可编程逻辑芯片实现其功能，根据扭矩和转动惯量之间的数学公式计算得到第一角加速度，以及第一转速加速度，从而计算出在第二时刻的第二预定转速。速度设定装置15将计算得到的第二预定转速输出至变频器16。本领域的技术人员可知，此处描述的通信连接可以是有线连接，还可以是无线连接，当速度设定装置15与转动惯量设定装置14、转速测量装置13和扭矩测量装置12无线连接时，转动惯量设定装置14、转速测量装置13和扭矩测量装置12分别具有信号发送装置，且速度设定装置15具有相对应的一个或多个信号接收装置。

变频器16与速度设定装置15通信连接，并且变频器16的输出端与交流电动机11电连接。变频器16接收速度设定装置15输出的第二预定转速，并输出交流控制电流至交流电动机11，该交流控制电流的频率用来使得交流电动机11在第二时刻的第二转速为第二预定转速。本领域的技术人员可以采用现有技术中的全数字矢量变频器，例如可以采用具备矢量控制算法的IGBT器件全数字技术的有电压中间回路的变频器通过PID控制来实现交流电动机11在第二时刻的第二转速为第二预定转速。本领域的技术人员可知，变频器16与速度设定装置15的“通信连接”可以是有线或无线的方式。

在第二时刻，转速测量装置13测量交流电动机11的第二转速，扭矩测量装置12测量交流电动机11的第二扭矩，速度设定装置15采集转动惯量设定装置14输出的转动惯量J、转速测量装置13输出的第二转速以及扭矩测量装置12输出的第二扭矩。从而计算出交流电动机11在第三时刻的第三预定转速。变频器16接收速度设定装置15输出的第三预定转速基于PID控制使得交流电动机11在第三时刻的第三转速为第三预定转速。

在本实用新型中，转速测量装置13和扭矩测量装置12周期性测量交流电动机11的转速和扭矩，变频器16周期性控制交流电动机11的转速为速度设定装置15输出的转速值，测量的周期可以是1毫秒或2毫秒。在其他的实施例中，测量的周期可以是1毫秒～2毫秒之间的任意数，测量的周期还可以是其他的数目，例如3毫秒、4毫秒等。变频器16在每一个周期内精确控制刹车盘17的转速，使得刹车盘17能够模拟真实的运载工具的平动惯性。在刹车装置10的作用下，刹车盘17的转速逐渐降低到零。最终模拟具有该转动惯量的运载工具的刹车降速曲线。

本实用新型的刹车测试台能够精确控制交流电动机11的转速，如果刹车装置18出现了故障或刹车装置18的刹车力减小，也能避免刹车盘17失控飞车，从根本上避免了刹车盘17飞车对测试人员和设备造成的安全隐患。另外，本实施例中能够对交流电动机11的转速进行精确控制，从而方便、准确地模拟运载工具的实际刹车情况。

图2是根据本实用新型第二个实施例的刹车测试台20的结构示意图。其与图1基本相同，区别在于刹车测试台20还包括扭矩控制装置21，扭矩控制装置21与转速测量装置13、扭矩测量装置12和转动惯量设定装置14通信连接，扭矩控制装置21接收转速测量装置13输出的转速、扭矩测量装置12输出的扭矩和转动惯量设定装置14输出的转动惯量J。变频器16还与扭矩控制装置21通信连接，变频器16接收扭矩控制装置21输出的扭矩值。本领域的技术人员可知，此处陈述的“通信连接”可以是以无线方式实现，还可以是以有线方式实现。

扭矩控制装置21基于扭矩闭环控制，扭矩控制装置21可以采用可编程逻辑控制器来实现其功能。以下将简单陈述其工作方式，扭矩控制装置21在第一时刻(即初始时刻)并不提供扭矩修正值，扭矩控制装置21根据第二扭矩值和第二转速计算得到刹车测试台20从初始时刻到第二时刻所提供的总能量，同时根据交流电动机11的第二转速、初始转速n和转动惯量J计算得到刹车测试台20消耗的能量。通过比较刹车测试台20提供的总能量和消耗的能量计算出需要修正的能量值，从而计算出交流电动机11的第二扭矩修订值。扭矩控制装置21将第二扭矩修订值输出至变频器16，变频器16同时接收第二扭矩修订值和第二预定转速，变频器16基于PID控制输出交流控制电流至交流电动机11，该交流控制电流的频率使得交流电动机11在第二时刻的第二转速为第二预定转速，同时该交流电流中的转矩电流分量控制交流电动机11的扭矩。通过在对转速进行精确调节的过程中，对刹车测试台20提供的能量进行修正，即对扭矩进行修正，对扭矩的修正进一步实现对交流电动机11在下一个时刻的速度的精确控制。

举例说明本实施例的优点，如果扭矩传感器12对交流电动机11的扭矩的测量值偏小，那么在第一时刻计算得到的角加速度偏小，导致第二预定转速偏大，即在第一周期内转速减小变缓慢，通过计算刹车测试台20提供的总能量和消耗的能量，对交流电动机11的扭矩进行补偿，在此情况下使得交流电动机11的扭矩值增加。因此在第二时刻计算得到的角加速度偏大，导致第三预定转速在第二转速的基础上偏小，最终使得第三预定转速与准确的第三转速尽可能相等或基本相等。基于本实施例的技术方案，除了对转速进行控制外，还通过扭矩控制装置21确定补偿的扭矩值，能够消除由于扭矩测量值偏小导致交流电动机11转速的累积偏大，避免了刹车测试台不能准确反映出真实的刹车情况。同理还能消除由于扭矩测量值偏大导致交流电动机11转速的累计偏小。

本文中所陈述的数词“一”并不意欲对数量进行限定，在与本实用新型的教导不违背的情况下也可以指多个。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种刹车测试台，其特征在于，包括：

一交流电动机(11)；

一转动惯量设定装置(14)，用于输出设定的转动惯量值；

一转速测量装置(13)，用于测量所述交流电动机的当前转速值；

一扭矩测量装置(12)，用于测量所述交流电动机的当前扭矩值；

一速度设定装置(15)，其与所述转动惯量设定装置(14)、所述转速测量装置(13)以及所述扭矩测量装置(12)通信连接，所述速度设定装置(15)根据所述当前转速值、所述当前扭矩值以及所述转动惯量值输出所述交流电动机(11)在预定时刻的预定转速值；

一变频器(16)，其与所述速度设定装置(15)通信连接，并且所述变频器(16)的输出端与所述交流电动机(11)电连接，所述变频器(16)根据从所述速度设定装置(15)接收的所述预定转速值控制所述交流电动机(11)使得所述交流电动机(11)在所述预定时刻的转速为所述预定转速值。

2.根据权利要求1所述的刹车测试台，其特征在于，所述刹车测试台(10；20)还包括一扭矩控制装置(21)，所述扭矩控制装置(21)与所述扭矩测量装置(12)、所述转速测量装置(13)、以及所述转动惯量设定装置(14)通信连接，所述扭矩控制装置(21)根据所述当前扭矩值、所述当前转速值、所述转动惯量值和所述交流电动机(11)的初始转速输出所述交流电动机(11)的扭矩修正值，其中，所述初始转速为刹车测试开始时的交流电动机(11)的转速；以及

所述变频器(16)还与所述扭矩控制装置(21)通信连接，所述变频器(16)根据从所述速度设定装置(15)接收的所述预定转速值和从所述扭矩控制装置(21)接收的所述扭矩修正值控制所述交流电动机(11)使得所述交流电动机(11)在所述预定时刻的转速为所述预定转速值。

3.根据权利要求1或2所述的刹车测试台，其特征在于，所述刹车测试台(10；20)还包括一刹车盘(17)、一第一联轴器(191)和一第二联轴器(192)，所述交流电动机包括一转子(111)，所述扭矩测量装置(12)包括一旋转轴(121)，所述旋转轴(121)的一端通过所述第一联轴器(191)与所述转子(111)固定连接，所述旋转轴(121)的另一端通过所述第二联轴器(192)与所述刹车盘(17)固定连接。

4.根据权利要求3所述的刹车测试台，其特征在于，所述刹车测试台(10；20)还包括对所述刹车盘(17)进行刹车的刹车装置(18)。

5.根据权利要求4所述的刹车测试台，其特征在于，所述刹车测试台(10；20)还包括环境舱(1)，所述刹车盘(17)和所述刹车装置(18)位于所述环境舱(1)中。

6.根据权利要求1或2所述的刹车测试台，其特征在于，所述交流电动机(11)为交流异步变频电动机。

7.根据权利要求6所述的刹车测试台，其特征在于，所述变频器(16)为全数字矢量变频器。