一种基于压电效应的制动器测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及制动器测试技术，具体涉及一种制动器制动行程、制动响应时间、安全释放时间以及制动频率的测试系统。


背景技术：

2.国家强制标准《gb 7258-2017机动车运行安全技术条件》对“制动响应时间、汽车制动完全释放时间”等提出了要求。“7.1.6汽车制动完全释放时间(从松开制动踏板到制动消除所需要的时间)对两轴汽车应小于或等于0.8s，对三轴及三轴以上汽车应小于或等于1.2s。”、“7.2.10采用气压制动的汽车，按照gb12676规定的方法进行测试时，从踩下制动踏板到最不利的制动气室响应时间应小于或等于0.6s，且对具有牵引功能的汽车从踩下制动踏板到主挂间气压控制管路接头延长管路末端的响应时间还应小于或等于0.4s；采用气压制动的挂车，按照gb12676规定的方法进行测试时，从主挂间气压控制管路接头处到最不利的制动气室响应时间应小于或等于0.4s。”其中最小时间精确度为0.01s。防抱死制动系统(abs)对制动器的响应频率提出了较高的要求，特别是随着车辆自动驾驶等智能化技术的发展，如自动紧急制动系统(aebs)对制动器的响应要求更是达到了毫秒级。且不论是鼓式制动器还是盘式制动器，其执行部件都包括刚性与弹性机构，最大制动响应频率的测试一致都是难题。
3.现有的方法是通过测量制动气室的压力来检测制动器的制动响应时间、制动完全释放时间，间接的反映制动器的实际制动响应效果；该方法不能进一步测试制动器的实际响应时间、制动行程，以及最高制动响应频率。
4.而且传统的检测方法，需要对被测制动器的制动回路进行改造，一般是在制动回路上或气缸等位置的接口上接出一个气管，在进行制动和释放测试的时候，测试这个接出来的气管的动态气压变化情况。这在一定程度上影响了制动器的工作效果，并且由于不同检测机构的改造差异性和操作差异性，会导致检测结果尺度不一、不准确的问题。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型提供一种基于压电效应的制动器测试系统。该系统利用永磁体同极排斥原理和压电效应相结合的技术方案，将制动器制动轮缸活塞的物理运动参数表征为电信号，以非接触的方式动态检测制动轮缸活塞的行程，无需改造制动器本身结构，就可以精准、快速测得制动器的制动行程、制动响应时间、安全释放时间以及制动频率。
6.因此本实用新型所采用的技术方案如下：一种基于压电效应的制动器测试系统，包括制动器、动永磁体、定永磁体、压电元件，可编程控制器、二通电磁阀；
7.所述可编程控制器电连接二通电磁阀；
8.所述二通电磁阀连接在制动器的气路上；
9.所述制动器的制动轮缸活塞外端连接动永磁体；
10.所述定永磁体连接压电元件；
11.所述动永磁体与定永磁体之间间隔一定距离，且同极相对。
12.进一步地，所述可编程控制器控制所述二通电磁阀的通断频率的指令可调。
13.进一步地，所述动永磁体与定永磁体同轴心。
14.进一步地，所述压电元件通过a/d转换器将信号传递给所述可编程控制器。
15.进一步地，所述二通电磁阀连接在气压产生及储气装置与制动器之间的气路上。
16.本实用新型结构简单，通过搭建简单的测试系统就可以进行测试，在测试过程中，采集的数据信息只需要是电磁阀的通断频率、制动器的启停时间和压电元件的电信号触发时间，就可以计算出制动行程、制动响应时间，制动释放时间以及制动频率，所采用的方法简单易行，且数据可靠。
附图说明
17.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
18.图1为测试系统结构图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本实用新型技术方案作的唯一限定，凡是在本实用新型技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本实用新型的保护范围。
20.如图1所示，为一种制动器测试系统，该套系统的结构如下：包括气压产生及储气装置1、二通电磁阀2、可编程控制器3、气路4、制动器5、制动轮缸活塞9、动永磁体10、定永磁体11、压电元件12，a/d转换器13。
21.气压产生及储气装置1通过气路4与制动器5连接，在气路上设置二通电磁阀2；二通电磁阀2由可编程控制器3控制，二通电磁阀2阀门打开或关闭时，通过气压产生及储气装置1的作用使制动器5进行制动或停止制动。
22.可编程控制器3可以控制二通电磁阀2的通断频率，控制制动器5的制动频率。
23.制动器5在进行制动动作时，使制动轮缸活塞9伸缩移动，安装在制动轮缸活塞9外侧的动永磁体10，随制动轮缸活塞9一起移动；安装在压电元件12上的定永磁体11；与动永磁体10同极轴心相对，因为同极相对，所以可以产生排斥力，随着两磁体间距的变化，产生的排斥力也变化。定永磁体11受到的动永磁体10的排斥力作用在压电元件12上，从而使压电元件12产生电感应信号，排斥力的变化产生电信号的变化。压电元件12通过a/d转换器13将信号转换后输出。
24.本实用新型提供了一套测试系统，该系统主要采取永磁体同极排斥和压电效应相结合的方案，通过制动轮缸活塞的运动，导致两个永磁体间距的变化，进一步地导致两个永磁体排斥力的变化，进一步地导致与永磁体相连的压电元件由于压电效应产生电信号的变化，最终将制动轮缸活塞的运动行程，表征为连续的电信号，以测得制动器的性能参数。
25.因制动轮缸活塞的运动行程的变化与两永磁体的间距变化一一对应，两永磁体的间距又与两永磁体产生的排斥力一一对应，两永磁体的排斥力又与压电元件产生的电信号
一一对应，所以压电元件可以将制动轮缸活塞的运动行程表征为连续的电信号，也具有对应的参数关系，可以通过压电元件产生的电信号反应制动轮缸活塞的运动行程。
26.通过可编程控制器3控制不同的器件以及不同的时机，可以实现四种测试，分别是制动器5的制动行程测试、制动响应时间测试、安全释放时间测试以及制动频率测试。
27.实施例一：制动行程测试
28.各个装置安装完成后首先进行标定，标定方法如下：
29.将制动器5从初始状态按照一定的间隔移动至制动轮缸活塞9最大行程状态，移动间隔基于测试精度进行调整(如以0.01mm，0.1mm为移动间隔等)。因制动轮缸活塞9的行程和压电元件12产生的电信号是正相关且是一一对应的关系，记录制动轮缸活塞9处于每个行程位置时，压电元件12对应产生的电信号，通过拟合的方法建立两者的关系；将制动轮缸活塞9行程与压电元件12产生电信号的关系输入至可编程控制器中，完成标定，后续备用。
30.测试时，通过可编程控制器3控制二通电磁阀2打开，通过制动器5进行制动，制动轮缸活塞9外移，进一步使动永磁体10外移。由于永磁体同极排斥与压电效应的工作原理，进一步使压电元件12产生电信号。当压电元件产生的电信号值经过不断增大后保持稳定时，根据标定关系，获得与保持稳定时的电信号值相对应的活塞行程值，即为制动器的最大制动行程。
31.实施例二：制动响应时间测试
32.可编程控制器3控制二通电磁阀2打开时，使制动器5进行制动，制动轮缸活塞9外移，使动永磁体10外移；由于永磁体同极排斥与压电效应的工作原理，使压电元件12产生电信号。当制动轮缸活塞9外移到最大位移时，压电元件12产生的不断增大至电信号最大。通过记录可编程控制器3控制二通电磁阀2打开的时刻to和压电元件12达到最大电信号的触发时刻td，计算得出制动响应时间tr。
33.tr＝td–
toꢀꢀ
(2)
34.实施例三：制动释放时间测试
35.可编程控制器3控制二通电磁阀2打开时，制动器5进行制动，制动轮缸活塞9达到最大制动行程后；通过可编程控制器3控制二通电磁阀2关闭，使制动器5停止制动；记录二通电磁阀2关闭的时刻tc和压电元件12的电信号由最大电信号恢复至初始值的时刻ti，计算得出制动释放时间ts，计算公式如下：
36.ts＝ti–
tcꢀꢀ
(3)
37.实施例四：制动频率测试
38.在实际测试中，可编程控制器3控制二通电磁阀2开展不同通断频率的测试，通过对比通断频率和压电元件12产生的电信号的变化频率，可以得到制动器5的实际制动频率和最高制动频率。
39.(1)实际制动频率
40.当可编程控制器3控制二通电磁阀2按照低于被测制动器5最高制动频率的某一固定频率接通和断开气路时，制动器5能够响应每一次制动动作，按照该频率进行制动和停止制动，制动轮缸活塞9在初始位置和最大制动行程位置之间往复运动，使压电元件12产生类似正弦信号的电信号，统计某一时间段t内的压电元件12产生电信号的波峰或波谷数量a，求得制动器5的实际制动频率如下：
41.f＝a/t
ꢀꢀ
(3)
42.式中，f
‑‑
制动器实际制动频率；
43.t
‑‑
测试时间段(s)；
44.a
‑‑
测试时间段内的波峰或波谷数量。
45.进一步地，一般对f向上取整，将取整结果f作为测试结果：
46.f＝[f]
[0047]
(2)最高制动频率
[0048]
可编程控制器3以某一通断频率f0控制二通电磁阀2进行通断：
[0049]
如果二通电磁阀2的通断频率f0≤制动器5的实际制动频率f，可以逐渐增加二通电磁阀2的通断频率，则将f0以t为递增步长逐渐增加，直至二通电磁阀2的通断频率增加到f0 nt，f0 nt＞f时，制动器5的实际工作频率f跟不上二通电磁阀2的通断频率了，则制动器5没有工作能力，因此，取f0 nt前一时段的频率f0 (n-1)t为制动器5的最高制动频率；n≥1。步长t一般取1hz。
[0050]
如果二通电磁阀2的通断频率f0＞制动器5的实际制动频率f，则制动器5的制动频率跟不上二通电磁阀2的通断频率，制动器5没有能力工作，需逐渐减小通断频率，则将f0以t为递减步长逐渐减小，直至f
0-nt≤f时，取f
0-nt为制动器5的最高制动频率。