CN111929072A - 一种用于epb后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备及其测试方法，涉及车辆试验装置技术领域，解决了研发中，获取轮速信息会使功能测试效率降低，甚至存在危险的问题。包括上位机、车轮模拟组和带车轮防抱死功能的EPB系统，上位机包括电机转速控制模块、EPB所需信号模拟模块、目标轮速计算模块；车轮模拟组包括电机驱动器、电机、齿轮及轮速传感器；轮速传感器输出接入EPB系统；电机转速控制模块与电机驱动器连接；待测EPB系统包括EPB卡钳，EPB卡钳中设有压力传感器；目标轮速计算模块计算出目标轮速，并将其发送至电机转速控制模块，完成对实际轮速的控制。达到了方便高效的对汽车EPB系统防抱死功能进行测试的效果。

Description

一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备及 其测试方法

技术领域

本发明涉及车辆试验装置技术领域，特别涉及一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备及其测试方法。

背景技术

在汽车相关的研发行业中，轮速是各种功能实现所需要的重要参数，尤其是在制动系统中。通过对轮速和车速等信息的综合判断，系统可以了解车辆及车轮处于何种状态，才可以执行相应功能。EPB防抱死功能主要用于动车制动时，然而在实际车辆运行时获取轮速信息会使功能测试效率降低，同时一些极端情况的轮速信息获取不易甚至存在一些危险性，这些问题给相关汽车EPB系统防抱死功能的研发带来了很大困难。因此，如何提供一种稳定、高效且接近真实情况的轮速模拟及采集装置是一项急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，可以方便高效的对汽车EPB系统防抱死功能进行测试。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，包括上位机、若干组车轮模拟组和带车轮防抱死功能的EPB系统，上位机包括电机转速控制模块、EPB所需信号模拟模块、目标轮速计算模块；

一组车轮模拟组包括电机驱动器、电机、齿轮及轮速传感器，电机驱动器驱动电机转动，电机输出轴驱动齿轮转动，轮速传感器感应齿轮转速；轮速传感器输出接入EPB系统；

电机转速控制模块与电机驱动器连接，电机驱动器通过输出设定频率的PWM波对电机转速进行控制；

待测EPB系统包括EPB卡钳，EPB卡钳中设有压力传感器，压力传感器将卡钳夹紧力反馈到目标轮速计算模块；

EPB所需信号模拟模块完成对带车轮防抱死功能的EPB系统所需的各项信号的模拟，并将其发送到EPB系统；

目标轮速计算模块通过分析实车测试结果生成的模拟公式及模拟参数，配合压力传感器的反馈信息计算出目标轮速，并将其发送至电机转速控制模块，完成对实际轮速的控制。

更进一步地，所述电机驱动器为步进伺服电机驱动器，电机为伺服步进电机，通过上位机输入的控制参数准确控制电机运动。

更进一步地，所述伺服步进电机具有多种脉冲输入模式，电机驱动器包括用于设置电机细分设置、输入沿及方向的拨码开关。

更进一步地，车轮模拟组设有四组，四个电机驱动器独立控制。

更进一步地，EPB系统通过CAN卡与上位机软件连接。

本发明的目的是提供一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，包括如下步骤：

S1：通过电机驱动器对应的上位机软件在电机驱动器中设置各项参数，电机转速控制模块输出设定频率的PWM波，通过电机驱动器控制电机初始转速；

S2：电机带动齿轮转动，通过齿轮的转动结合设定的车轮半径模拟实际车轮转速；

S3：轮速传感器通过采集齿轮转速获取模拟出的车轮转速并将其发送给EPB系统，EPB开关拉起后，开始模拟汽车使用EPB进行紧急制动，EPB系统结合上位机发送的其他模拟信号执行相应功能，包括夹紧和释放；

S4：压力传感器采集EPB卡钳压力并将结果发送给目标轮速计算模块；

S5：目标轮速计算模块获取卡钳压力信息后结合模拟参数计算出目标轮速，模拟参数包括路面附着系数、车轮半径；目标轮速计算模块根据轮速与电机转速的对应关系计算出所需电机转速，再根据电机转速与上位机输出的PWM波频率之间的关系计算出上位机所需输出PWM波的频率，并将其发送到电机转速控制模块；

S6：电机转速控制模块通过S5中得到的PWM波输出到电机驱动器，对电机转速进行控制，达到计算所得的轮速，模拟实车被控制的结果，EPB系统根据轮速传感器输出结果进行相应功能执行，循环运转S4～S6，直至EPB功能执行完成，轮速降为“0”。

更进一步地，步骤S5中，目标轮速计算模块通过设定计算公式、模拟参数、当前轮速、卡钳夹紧力实现目标轮速计算；理想条件、且制动力仅由EPB卡钳提供情况下，其模拟轮速计算公式为：

其中，V₀为设定的初始速度；S为滑移率；μ为制动盘摩擦系数；P为制动盘受到的压力；r为制动盘作用半径，r＝(r₁+r₂)/2，r₁为制动盘内径，r₂为制动盘外径；M为车辆总质量；R为车轮半径。

更进一步地，模拟时，将卡钳产生的制动力和理论上地面所能产生的最大制动力的大小关系作为车轮是否接近抱死的判断条件；理论上地面可以产生的最大制动力为

Fmax＝φMg，

其中，φ为地面附着系数。

更进一步地，步骤S5中，所需输出PWM波的频率的计算公式为：

V_轮＝w_齿轮*2*π*R，

其中，R为车轮半径；f为输入脉冲频率，θ为电机步进角，m为电机细分数。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过上位机控制电机带动齿轮转动，利用传感器对齿轮转速的测量来模拟实际情况中对车辆轮速的采集，将轮速信号发送给EPB系统功能模块，系统综合由上位机模拟的其他信号进行功能执行，并将相应信息发送给上位机，上位机更新对电机转速的控制，测试更加安全、稳定、高效且接近真实情况。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是本发明中车轮模拟组部分的结构示意图；

图3是图2的侧面剖视图；

图4是本发明的模拟检测流程图。

图中，1、壳体；2、电机；21、连接杆；3、齿轮；4、把手；5、散热器；6、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。

一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，如图1所示，包括上位机、四组车轮模拟组和带车轮防抱死功能的EPB系统，上位机包括电机转速控制模块、EPB所需信号模拟模块、目标轮速计算模块；

如图1和图2所示，一组车轮模拟组包括电机驱动器、电机2、齿轮3及轮速传感器，电机驱动器为步进伺服电机驱动器，其包括用于设置电机2细分设置、输入沿及方向的拨码开关；电机转速控制模块与电机驱动器连接，电机2为伺服步进电机且具有多种脉冲输入模式，电机驱动器驱动电机2转动；电机驱动器各自独立受一个电机驱动器控制，通过上位机输入的控制参数准确控制电机2运动。

如图1所示，电机驱动器通过配置电机驱动器参数及输出设定频率的PWM波对电机转速进行控制，PWM波通过数据采集卡输入到电机驱动器；电机2输出轴通过连接杆21同轴连接齿轮3，并驱动齿轮3转动，轮速传感器感应齿轮3转速，齿轮3与连接杆21连接部分通过螺丝加固，并提供适当阻尼，以此消除电机2抖动现象并更好的模拟实际情况；电机驱动器还分别与LED灯相连，可在电机驱动器发生错误或故障时提供警示。

如图2所示，电机驱动器安装于壳体1，壳体1设有两个相邻腔体，一个腔体通过支架安装电机驱动器和电机2，另一个腔体容纳齿轮3，四个齿轮3位于同一与壳体1侧面平行的竖直面内。

如图2所示，壳体1为金属外壳，留有多个外部接口，包括电源接口、使能开关，壳体1底部平稳，顶部有两侧各有一个把手4。电源接口用来连接电源，并通过电源适配器将其转换为所需电源提供给电机驱动器；使能开关按钮，在连接电源后按下按钮电源才能提供给电机驱动器驱动电机2；壳体1还连接有用来控制电机2正反转的开关。

如图3所示，壳体1一侧装有散热器5，另一侧留有通风口；壳体1顶部开设四个用于连接轮速传感器的通孔6，四个通孔6分别正对四个齿轮3上方；通孔6包括上半部分的放置孔和下半部分为圆柱形，上半部分比下半部分横截面积更大，其交界处留有平台，平台中留有螺丝孔，方便放置及固定轮速传感器。

如图3所示，四个轮速传感器以垂直方式分别安装于四个通孔6中，轮速传感器头部向下，通过通孔6正对齿轮3上方的旋转切面，轮速传感器顶部平面与齿轮3上方的旋转切面平行；通孔6下半部分深度匹配常用轮速传感器探头中最短尺寸，通过物理方法如在通孔6平台处加装垫片等物理方法匹配更多型号的轮速传感器。

如图1所示，轮速传感器输出接入EPB系统；待测EPB系统包括EPB卡钳，EPB卡钳中设有压力传感器，压力传感器将卡钳夹紧力反馈到目标轮速计算模块；EPB系统通过CAN卡与上位机软件连接。

如图1所示，EPB所需信号模拟模块完成对带车轮防抱死功能的EPB系统所需的各项信号如车速、地面附着系数、坡度等各项参数的的模拟，并将其发送到EPB系统。

如图1所示，目标轮速计算模块通过分析实车测试结果生成的模拟公式及模拟参数，配合压力传感器的反馈信息计算出目标轮速，并将其发送至电机转速控制模块，完成对实际轮速的控制。

如图4所示，一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，包括如下步骤：

S1：通过上位机在电机驱动器中设置其各项参数，并按需更改电机驱动器的拨码开关设置，然后用数据采集卡连接上位机和电机驱动器，并输入初始轮速和各项参数；电机转速控制模块输出设定频率的PWM波，通过电机驱动器控制电机初始转速；

S2：电机带动齿轮转动，通过齿轮的转动结合设定的车轮半径模拟实际车轮转速；

S3：轮速传感器通过采集齿轮转速获取模拟出的车轮转速并将其发送给EPB系统，EPB开关拉起后，开始模拟汽车使用EPB进行紧急制动，EPB系统结合上位机发送的其他模拟信号执行相应功能，包括夹紧和释放，本发明中的EPB系统如何动作由被测系统决定；

S4：压力传感器采集EPB卡钳压力并将结果发送给目标轮速计算模块；

S5：目标轮速计算模块通过设定计算公式、模拟参数、当前轮速、卡钳夹紧力实现目标轮速计算；本发明中需要设置的模拟参数包括初始速度V₀、制动器摩擦系数、车轮半径R、制动盘作用半径r、车辆总质量M、滑移率s、地面附着系数φ。

理想条件、且制动力仅由EPB卡钳提供情况下，其模拟轮速计算公式为：

其中，V₀为设定的初始速度；S为滑移率；μ为制动盘摩擦系数；P为制动盘受到的压力；r为制动盘作用半径，r＝(r₁+r₂)/2，r₁为制动盘内径，r₂为制动盘外径；M为车辆总质量；R为车轮半径；

目标轮速计算模块根据轮速与电机转速的对应关系计算出所需电机转速，再根据电机转速与上位机输出的PWM波频率之间的关系计算出上位机所需输出PWM波的频率，并将其发送到电机转速控制模块；

所需输出PWM波的频率的计算公式为：

V_轮＝w_齿轮*2*π*R，

其中，R为车轮半径；f为输入脉冲频率，θ为电机步进角，m为电机细分数；

模拟时，将卡钳产生的制动力和理论上地面所能产生的最大制动力的大小关系作为车轮是否接近抱死的判断条件，在车轮接近抱死的情况下，相应车轮的制动压力将被释放并在要求或测得车轮重新加速期间保持恒定，在重新加速之后逐步增加制动压力，实现防抱死功能以进行测试；理论上地面可以产生的最大制动力为

Fmax＝φMg，

其中，φ为地面附着系数；

S6：电机转速控制模块通过S5中得到的PWM波输出到电机驱动器，对电机转速进行控制，达到计算所得的轮速，模拟实车被控制的结果，EPB系统根据轮速传感器输出结果进行相应功能执行，循环运转S4～S6，直至EPB功能执行完成，轮速降为“0”。

综上，通过上位机软件控制电机带动齿轮转动，利用传感器对齿轮转速的测量来模拟实际情况中对车辆轮速的采集，将轮速信号发送给EPB系统功能模块，系统综合由上位机模拟的其他信号进行功能执行，并将相应信息发送给上位机，上位机更新对电机转速的控制，实现EPB测试时对轮速的模拟和采集。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，其特征在于：

包括上位机、若干组车轮模拟组和带车轮防抱死功能的EPB系统，上位机包括电机转速控制模块、EPB所需信号模拟模块、目标轮速计算模块；

一组车轮模拟组包括电机驱动器、电机、齿轮及轮速传感器，电机驱动器驱动电机转动，电机输出轴驱动齿轮转动，轮速传感器感应齿轮转速；轮速传感器输出接入EPB系统；

电机转速控制模块与电机驱动器连接，电机驱动器通过输出设定频率的PWM波对电机转速进行控制；

待测EPB系统包括EPB卡钳，EPB卡钳中设有压力传感器，压力传感器将卡钳夹紧力反馈到目标轮速计算模块；

EPB所需信号模拟模块完成对带车轮防抱死功能的EPB系统所需的各项信号的模拟，并将其发送到EPB系统；

目标轮速计算模块通过分析实车测试结果生成的模拟公式及模拟参数，配合压力传感器的反馈信息计算出目标轮速，并将其发送至电机转速控制模块，完成对实际轮速的控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，其特征在于：所述电机驱动器为步进伺服电机驱动器，电机为伺服步进电机，通过上位机输入的控制参数准确控制电机运动。

3.根据权利要求2所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，其特征在于：所述伺服步进电机具有多种脉冲输入模式，电机驱动器包括用于设置电机细分设置、输入沿及方向的拨码开关。

4.根据权利要求1所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，其特征在于：车轮模拟组设有四组，四个电机驱动器独立控制。

5.根据权利要求1所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备，其特征在于：EPB系统通过CAN卡与上位机软件连接。

6.一种权利要求1所述的用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：通过电机驱动器对应的上位机软件在电机驱动器中设置各项参数，电机转速控制模块输出设定频率的PWM波，通过电机驱动器控制电机初始转速；

S2：电机带动齿轮转动，通过齿轮的转动结合设定的车轮半径模拟实际车轮转速；

S3：轮速传感器通过采集齿轮转速获取模拟出的车轮转速并将其发送给EPB系统，EPB开关拉起后，开始模拟汽车使用EPB进行紧急制动，EPB系统结合上位机发送的其他模拟信号执行相应功能，包括夹紧和释放；

S4：压力传感器采集EPB卡钳压力并将结果发送给目标轮速计算模块；

S5：目标轮速计算模块获取卡钳压力信息后结合模拟参数计算出目标轮速，模拟参数包括路面附着系数、车轮半径；目标轮速计算模块根据轮速与电机转速的对应关系计算出所需电机转速，再根据电机转速与上位机输出的PWM波频率之间的关系计算出上位机所需输出PWM波的频率，并将其发送到电机转速控制模块；

S6：电机转速控制模块通过S5中得到的PWM波输出到电机驱动器，对电机转速进行控制，达到计算所得的轮速，模拟实车被控制的结果，EPB系统根据轮速传感器输出结果进行相应功能执行，循环运转S4～S6，直至EPB功能执行完成，轮速降为“0”。

7.根据权利要求6所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，其特征在于：

步骤S5中，目标轮速计算模块通过设定计算公式、模拟参数、当前轮速、卡钳夹紧力实现目标轮速计算；理想条件、且制动力仅由EPB卡钳提供情况下，其模拟轮速计算公式为：

其中，V₀为设定的初始速度；S为滑移率；μ为制动盘摩擦系数；P为制动盘受到的压力；r为制动盘作用半径，r＝(r₁+r₂)/2，r₁为制动盘内径，r₂为制动盘外径；M为车辆总质量；R为车轮半径。

8.根据权利要求6所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，其特征在于：模拟时，将卡钳产生的制动力和理论上地面所能产生的最大制动力的大小关系作为车轮是否接近抱死的判断条件；理论上地面可以产生的最大制动力为

Fmax＝φMg，

其中，φ为地面附着系数。

9.根据权利要求7所述的一种用于EPB后轮防抱死功能测试的模拟轮速及采集设备的测试方法，其特征在于：步骤S5中，所需输出PWM波的频率的计算公式为：

V_轮＝w_齿轮*2*π*R，

其中，R为车轮半径；f为输入脉冲频率，θ为电机步进角，m为电机细分数。

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