CN102004039A - 电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架及测试方法，测试轮胎传动轴中部是待测车型制动盘和缠绕有电磁制动器线圈的电磁制动器铁芯，靠近制动盘设有制动钳，制动钳连接液压油路装置；负载轮传动轴一端紧固连接负载轮胎，另一端连接旋转飞轮；将测试轮胎安装于测试轮胎传动轴上且接触负载轮胎，起动驱动电机带动测试轮胎旋转，接通液压油路装置向制动盘施加摩擦制动力；油压传感器将检测到的油压及轮速传感器检测到的轮胎转速信号传给控制单元或PC机以控制电磁制动器线圈的通电电流，本发明可研究电磁制动器与摩擦制动器制动力矩的分配关系及电磁制动器制动力矩的影响因素等，获取不同车型电磁制动器的最佳结构参数。

Description

电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架及测试方法

 

技术领域

本发明涉及电动车辆的测试台架，尤其涉及电动车辆的电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架。 

背景技术

目前，电动车辆制动系统主要以“油液制动系统”为主，即使增加了ABS、TCS等系统，油液制动系统占主导地位的现状仍未得以改变。虽然安装有ABS的电动车辆能有效地防止车轮抱死、缩短制动距离，但对于频繁制动或者下长坡制动而引起的“热衰退”以及车轮涉水而导致的制动失效等现象并未得到改善。

美国的SEBASTIEN EMMANUEL GAY曾为研究电涡流缓速器性能设计一套以电机带动制动盘旋转的装置，通过该装置能分析制动盘材料、缓速器线圈等对制动力矩的影响；韩国学者Kapjin Lee等人将研究对象按比例缩小，制作了单轮模型对电磁制动器进行研究。目前，专利申请号为200610034807.2、名称为 “一种ABS测试方法和系统”包括车体模拟单元和管理单元，可采集有关机动车运行数据和ABS运行数据并根据数据分析ABS制动性能。专利号为200620097760.X、名称为 “商用车ABS复合制动检测台”通过对普通反力式制动力检测台进行改造，使其成为商用车ABS复合制动检测台，可实现普通商用车的制动检测及配备有ABS系统商用车的检测。但这两项公开技术都没有涉及汽车电磁制动与摩擦制动集成系统及其测试台架。而电磁制动与摩擦制动从根本上影响了电动车辆的整体性能、电池使用效率和续驶里程。 

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车辆电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架及其测试方法，它可针对不同车型开展电磁制动与摩擦制动集成系统性能研究，并可为不同车型选配最佳的电磁制动与摩擦制动集成系统。

本发明电动车辆电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架采用的技术方案是：测试轮胎传动轴一端紧固连接测试轮胎，另一端紧固连接皮带轮装置一端，皮带轮装置另一端与驱动电机连接；测试轮胎传动轴中部是待测车型制动盘和缠绕有电磁制动器线圈的电磁制动器铁芯，靠近制动盘设有制动钳，制动钳连接液压油路装置，在与制动钳连接的最近一截油管上设有油压传感器，液压油路装置外接制动踏板；负载轮传动轴一端紧固连接负载轮胎，另一端连接旋转飞轮；负载轮传动轴两端各是一个滑动轴承和滑动轴承座，滑动轴承座与滑块紧固连接，两个滑块分别滑动接触于两个导轨，两个导轨固定连接测试台架支架；螺纹杆一端紧固连接加载机构手柄，另一端固定连接对滑块加压的加压板；测试轮胎传动轴上设有轮速传感器；油压传感器、轮速传感器和电磁制动器线圈分别连接控制单元或PC机。 

本发明电动车辆电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架的测试方法采用的技术方案是按以下步骤：A、将测试轮胎安装于测试轮胎传动轴上且接触负载轮胎，旋转加载机构手柄旋进加压板，给测试轮胎施加所选汽车1/4全车重量的负载；B、起动驱动电机带动测试轮胎旋转，在测试轮胎速度稳定后踩下制动踏板接通液压油路装置，向制动盘施加摩擦制动力；C、油压传感器将检测到的油压及轮速传感器检测到的轮胎转速信号传给控制单元或PC机，以控制电磁制动器线圈的通电电流，从而控制测试轮胎处于最佳滑移率状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明的加载机构不同于现有专利的压紧装置，现有的压紧装置通过气缸和压紧轮来对车轮施加载荷，虽然此种方法能有效对轮胎施压，但结构与控制均较复杂，而本发明所设计的加载机构由加载机构手柄、螺纹杆、导轨以及加压板组成，通过旋进或旋出加载机构手柄，便可对测试轮胎施加与实车相同的载荷。此外，本发明在参考滚筒试验台结构的基础上，通过改变负载轮胎面，改变测试轮胎转动时的摩擦系数。即在测试过程中，由于负载轮可随意更换，因此可采用新轮胎模拟干燥水泥路面，采用不同行驶里程的轮胎模拟不同路面状况，这种路面模拟方式，有效地改进现有ABS检测台架或滚筒试验台摩擦系数不可调或调整不准确的问题。

2、相对于现有的ABS检测台及试验机构，本发明可对汽车电磁制动器与摩擦式制动器集成系统的性能开展研究，通过比对电磁制动器与摩擦制动器输出的制动力矩关系开展汽车制动的最佳滑移率控制研究，为实现电磁制动与摩擦制动集成化系统在内燃机汽车及纯电动汽车上的应用提供了坚实的研究平台。本发明为研究机构和研究人员提供开放的硬件设备，研究人员只需要自行设计软件就可对电磁制动与摩擦制动集成系统进行研究，从而使电磁制动与摩擦制动集成系统的研究从理论研究上升至实践研究，为集成系统实现产品化提供了最快捷的途径。

3、本发明待测车辆的测试轮胎、制动盘以及电磁制动器线圈等可方便地安装在测试台架上。加载机构可为待测车型轮胎施加相应载荷，并通过采用不同行驶里程的负载轮胎模拟不同路面状况。旋转飞轮可模拟因汽车制动而抱死的纯滑动状态。设置在液压油管中的溢流阀可方便研究人员开展针对电磁制动器的单因素试验，而结合安装在测试轮胎传动轴上的轮速传感器以及安装在液压油管中的油压传感器，又可动态观测摩擦制动力矩与电磁制动力矩随轮速变化的规律，方便开展电磁制动与摩擦制动集成系统性能研究的同时，又易于得到待测车型最佳的电磁制动与摩擦制动集成系统参数。

4、系统布局合理，各部件安装可靠，试验方法科学合理，既适用于内燃机汽车开展电磁制动与摩擦制动集成系统研究，也适用于电动汽车开展电磁制动与摩擦制动集成系统研究。

5、本发明测试台架为各类车型选配最为合适的电磁制动与摩擦制动集成系统，在测试过程中，可将任意待选车型轮胎及相应的制动盘安装于测试轮胎传动轴上，研究电磁制动器与摩擦制动器制动力矩的分配关系及电磁制动器制动力矩的影响因素等。通过测试台架测试，可获取不同车型电磁制动器的最佳结构参数。

6、本发明除了能够通过精确的控制和分配两套制动装置的制动力矩外，还能避免摩擦制动系统所不能消除的“热衰退”以及车轮涉水而导致的制动失效等现象，并有效缩短汽车制动距离和制动时间，实现车辆制动能量再生利用。

附图说明

图1是电动车辆电磁制动与摩擦制动集成系统测试台架的结构示意图；

图2是图1中测试轮胎传动轴31及其关联组件放大结构示意图；

图3是图1中负载轮传动轴5与滑动轴承6的纵向剖视结构放大图。

图中：1.加载机构手柄；2.螺纹杆；3.测试台架支架；4.导轨；5.负载轮传动轴；6.滑动轴承；7.滑动轴承座；8.制动踏板；9.摩擦制动器制动主缸及真空助力器；10.液压油路装置；11.蓄能器；12.增压泵；13.单向阀；14.常开二位二通电磁换向阀；15.常闭二位二通电磁换向阀；16.摩擦制动系统油箱；17.电磁制动器铁芯；18.制动盘；19.电磁制动器线圈；20.电磁制动器线圈紧固支架；21.制动钳；22.皮带轮装置；23.驱动电机；24.测试轮胎；25.油压传感器；26.溢流阀；27.轮速传感器；28.旋转飞轮；29.负载轮胎；30.法兰盘；31.测试轮胎传动轴；32.滑动轴承紧固螺母；33.滑块；34.加压板；35.测试轮胎传动轴滑动轴承；36.测试轮胎传动轴滑动轴承座；37.滑动轴承紧固螺母；38.测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块；39.定位螺栓；40.制动轮缸。

具体实施方式

如图1所示，测试轮胎24与测试轮胎传动轴31一端紧固连接，测试轮胎传动轴31另一端与皮带轮装置22一端紧固连接，皮带轮装置22的另一端与驱动电机23连接。当驱动电机23起动后，动力将按照：驱动电机23→皮带轮装置22→测试轮胎传动轴31→测试轮胎24传递，从而使测试轮胎24旋转，通过电机调速电路可调节驱动电机23转速，以此模拟汽车行驶时的车轮转速。

测试轮胎24与负载轮胎29相接触，负载轮胎29与负载轮传动轴5一端紧固连接，负载轮传动轴5另一端是连接法兰盘30，法兰盘30通过紧固螺栓与旋转飞轮28连接。如图3所示，负载轮传动轴5两端各安装一个滑动轴承6和滑动轴承座7，通过滑动轴承6支撑在滑动轴承座7上，轴承座7通过滑动轴承紧固螺母32与滑块33紧固连接。两个滑块33分别接触安装在两个导轨4上，并可在导轨4上滑动，两个导轨4固定安装在测试台架支架3上。

加载机构手柄1与螺纹杆2一端紧固连接，螺纹杆2另一端固定连接加压板34，操作人员可通过旋转加载机构手柄1旋进或旋出加压板34，加压板34通过对滑块33施加压力，达到负载轮胎29对测试轮胎24施加压力的目的。

液压油路装置10由摩擦制动器制动主缸及真空助力器9、蓄能器11、12.增压泵12、单向阀13、常开二位二通电磁换向阀14、常闭二位二通电磁换向阀15、摩擦制动系统油箱16串接组成；液压油路装置10通过摩擦制动器制动主缸及真空助力器9外接制动踏板8，在与制动钳21连接的最近一截油管上安装有油压传感器25，用以测量液压油的压力。在液压油路装置10上安装溢流阀26，用于设置油管的压力。常开二位二通电磁换向阀14用于向制动轮缸40进油，从而对制动盘18加压；常闭二位二通电磁换向阀15用于使制动轮缸40的油流回摩擦制动系统油箱16，蓄能器11用于稳定油管压力。

如图1和2所示，测试轮胎传动轴31中部安装有待测车型制动盘18和电磁制动器铁芯17，电磁制动器铁芯17靠近待测车型制动盘18，靠近制动盘18设置有制动钳21，制动钳21连接液压油路装置10，工作受到液压油路装置10控制，当油压传递到制动钳21时，将对其施加压力，从而使制动钳21夹住制动盘18施加摩擦制动力。电磁制动器线圈19缠绕在电磁制动器铁芯17上，电磁制动器铁芯17连接电磁制动器线圈紧固支架20，电磁制动器线圈紧固支架20与测试台架支架3紧固连接。对电磁制动器线圈19通以相应电流，将使其在制动盘18上产生制动力矩。测试轮胎传动轴31通过测试轮胎传动轴滑动轴承35支撑在测试轮胎传动轴滑动轴承座36上，滑动轴承座36通过滑动轴承紧固螺母37与测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块38紧固连接，测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块38两端固定连接定位螺栓39，定位螺栓39固定连接测试台架支架3，测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块38由定位螺栓39固定在测试台架支架3上。

在测试轮胎传动轴31上安装轮速传感器27，将油压传感器25、轮速传感器27和电磁制动器线圈19分别连接控制单元或PC机，轮速传感器27检测轮胎转速，电磁制动器线圈19的通断由控制单元或PC机控制。

采用上述测试台架进行测试时，选择某款车型汽车，将该款汽车的车轮作为测试轮胎24安装于测试轮胎传动轴31上，使测试轮胎24与负载轮胎29接触，旋转加载机构手柄1旋进加压板34，给测试轮胎24施加所选汽车1/4全车重量的负载。起动驱动电机23，此时将带动测试轮胎24旋转。当测试轮胎24速度稳定后，踩下制动踏板8接通液压油路装置10，使液压油路装置10中增压泵12电路接通，并开始工作。液压油依次经过：摩擦制动系统油箱16→单向阀13→增压泵12→蓄能器11→摩擦制动器制动主缸及真空助力器9→常开二位二通电磁换向阀14→溢流阀26→制动轮缸40，最终向制动盘18施加摩擦制动力。油压传感器25将检测到的油压P及轮速传感器27检测到的轮胎转速n等信号回传给控制单元或PC机，控制单元或PC机将根据接收到的信号控制电磁制动器线圈19的通电电流，以控制车轮处于最佳滑移率状态。在测试过程中，由于负载轮胎29可以更换，因此可采用新轮胎模拟干燥水泥路面，采用不同行驶里程的轮胎模拟不同路面状况。控制程序由测试人员编译，测试人员可通过调整电磁制动器线圈19匝数、电磁制动器铁芯17与制动盘18的间隙、电磁制动器铁芯17的结构参数及材料等来开展测试，并以测试轮胎24完全停止时间及旋转的圈数作为上述参数的选择依据。

测试轮胎24在瞬间抱死时将停止转动，这与实际汽车制动过程不符合。为模拟汽车在车轮抱死后，因惯性仍使汽车前进的情况，在法兰盘30通过紧固螺栓与旋转飞轮28连接。当测试轮胎24在抱死停止运动后，负载轮胎29因旋转飞轮28惯性仍在旋转。而当测试轮胎24上的制动力矩小于抱死力矩后，负载轮胎29施加在测试轮胎24上的摩擦力将使其继续旋转。测试轮胎24与负载轮胎29均停止转动时，制动结束。

根据轿车制动器台架试验方法(QC/T564-1999)关于单轮实验转动惯量计算方法的规定，测试台架旋转飞轮28转动惯量计算公式如式（1）、式（2）所示：

                                                           

                               （1）

          

                           （2）

式中：W—单轮计算载荷；G ₁—为空车时前轴负荷；

—附着系数；h _g —空车时重心高度；e—中心到后轴距离；K—修正系数，取0.86；r—轮胎滚动半径。

Claims (7)

1.一种电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架，其特征是：测试轮胎传动轴（31）一端紧固连接测试轮胎（24），另一端紧固连接皮带轮装置（22）一端，皮带轮装置（22）另一端与驱动电机（23）连接；测试轮胎传动轴（31）中部是待测车型制动盘（18）和缠绕有电磁制动器线圈（19）的电磁制动器铁芯（17），靠近制动盘（18）设有制动钳（21），制动钳（21）连接液压油路装置（10），在与制动钳（21）连接的最近一截油管上设有油压传感器（25），液压油路装置（10）外接制动踏板（8）；负载轮传动轴（5）一端紧固连接负载轮胎（29），另一端连接旋转飞轮（28）；负载轮传动轴（5）两端各是一个滑动轴承（6）和滑动轴承座（7），滑动轴承座（7）与滑块（33）紧固连接，两个滑块（33）分别滑动接触于两个导轨（4），两个导轨（4）固定连接测试台架支架（3）；螺纹杆（2）一端紧固连接加载机构手柄（1），另一端固定连接对滑块（33）加压的加压板（34）；测试轮胎传动轴（31）上设有轮速传感器（27）；油压传感器（25）、轮速传感器（27）和电磁制动器线圈（19）分别连接控制单元或PC机。

2.根据权利要求1所述的电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架，其特征是：测试轮胎传动轴（31）通过测试轮胎传动轴滑动轴承（35）支撑于测试轮胎传动轴滑动轴承座（36）上，滑动轴承座（36）通过滑动轴承紧固螺母（37）与测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块（38）紧固连接，测试轮胎传动轴滑动轴承座滑块（38）两端固定连接定位螺栓（39），定位螺栓（39）固定连接测试台架支架（3）。

3.根据权利要求1所述的电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架，其特征是：液压油路装置（100由摩擦制动器制动主缸及真空助力器（9）、蓄能器（11）、（12.）增压泵（12）、单向阀（13）、常开二位二通电磁换向阀（14）、常闭二位二通电磁换向阀（15）、摩擦制动系统油箱（16）串接组成；摩擦制动器制动主缸及真空助力器（9）外接制动踏板（8）。

4.一种电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架的测试方法，其特征是按以下步骤： 

A、将测试轮胎（24）安装于测试轮胎传动轴（31）上且接触负载轮胎（29），旋转加载机构手柄（1）旋进加压板（34），给测试轮胎（24）施加所选汽车1/4全车重量的负载；

B、起动驱动电机（23）带动测试轮胎（24）旋转，在测试轮胎（24）速度稳定后踩下制动踏板（8）接通液压油路装置（10），向制动盘（18）施加摩擦制动力；

C、油压传感器（25）将检测到的油压及轮速传感器（27）检测到的轮胎转速信号传给控制单元或PC机，以控制电磁制动器线圈（19）的通电电流，从而控制测试轮胎（24）处于最佳滑移率状态。

5.根据权利要求4所述的电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架的测试方法，其特征是：以测试轮胎（24）完全停止时间及旋转的圈数作为调整电磁制动器线圈（19）匝数、电磁制动器铁芯（17）与制动盘（18）的间隙、电磁制动器铁芯（17）结构参数及材料的依据。

6.根据权利要求4所述的电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架的测试方法，其特征是：当测试轮胎（24）抱死停止运动后，负载轮胎（29）因旋转飞轮（28）惯性仍在旋转；当测试轮胎（24）上的制动力矩小于抱死力矩后，负载轮胎（29）施加在测试轮胎（24）上的摩擦力使其继续旋转；当测试轮胎（24）与负载轮胎（29）均停止转动时，制动结束。

7.根据权利要求6所述的电动车辆电磁与摩擦制动集成系统测试台架的测试方法，其特征是：旋转飞轮（28）转动惯量计算公式是：

                                                         

，    ，                                                  

式中：W—单轮计算载荷；G ₁—空车时前轴负荷；

—附着系数；h _g —空车时重心高度；e—中心到后轴距离；K—修正系数，取0.86；r—轮胎滚动半径。

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