一种汽车试验用安全冗余型制动控制装置及控制方法

1.本发明属于汽车试验设备技术领域，尤其涉及一种汽车试验用安全冗余型制动控制装置及控制方法。
技术背景
2.随着汽车工业的快速发展，人们对汽车行驶安全性的要求也越来越高，这需要对汽车进行大量的可靠性试验。传统的汽车试验通常由人类驾驶员完成，但人类驾驶员存在诸如控制精度低、控制可重复性差等缺点，为此迫切需要使用控制精度高、可重复性好以及耐久性强的自动驾驶装置来代替人类驾驶员，目前国外在自动驾驶装置方面存在很大的技术垄断，且价格昂贵。在试验测试中，汽车需要频繁地制动，因此开发一款制动控制装置具有很高的工程价值。
3.为了在汽车试验中对车辆进行制动，比较可靠、简单直接的方案便是对汽车的传统液压制动系统的制动主缸活塞的运动进行控制；而其中成本较低的方案便是使用上位机、制动控制器、电机控制器、电机、制动控制器以及传动机构。其中上位机可以给制动控制器发送制动控制信息；电机控制器可以从制动控制器获取控制信息，进而控制电机的转动方向、转速、转角；传动机构用于减速增扭以及将电机的旋转运动转换为直线运动；传动机构的直线运动可带动制动主缸活塞压缩或放松，进而使汽车制动或解除制动状态。
4.对所述方案而言，当汽车需要制动时，若电机或电机控制器在制动主缸活塞被压缩时出现故障，因为传动机构具有自锁特性，此时制动主缸活塞可以保持被压缩的状态，汽车可以减速停车；若电机、电机控制器在制动主缸活塞被压缩之前就出现故障，那么该装置将完全失效。同时所述方案缺少制动主缸活塞的位移测量信息，难以确认是否实现了所需的制动效果。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：设计了一种汽车试验用安全冗余型制动控制装置及控制方法，它可以在汽车试验过程中进行制动操作，并且当制动控制装置所用的部分零部件出现故障时仍然可以实施制动。
6.本发明提出了一种汽车试验用安全冗余型制动控制装置，其特征在于：包括第一安装板、拉伸弹簧、销轴、螺钉、第二安装板、失电型电磁铁、第三安装板、传动机构、电机、上位机、电机控制器、制动控制器、电源、电磁铁驱动器、位移传感器、数据存储器；
7.所述第一安装板通过安装孔与车身固连；
8.所述第一安装板通过拉伸弹簧与第二安装板相连接；
9.所述第二安装板与汽车原有的制动主缸活塞通过销轴固连；
10.所述第二安装板通过螺钉与失电型电磁铁固连；
11.所述失电型电磁铁与电磁铁驱动器相连接；
12.所述失电型电磁铁断电时与第三安装板通过失电型电磁铁的磁力吸引相接触；
13.所述第三安装板通过机械连接的方式与传动机构固连；
14.所述传动机构通过机械连接的方式与电机相连接；
15.所述电机与电机控制器相连接；
16.所述制动控制器与上位机利用无线通信的方式进行通讯；
17.所述制动控制器与电机控制器和数据存储器利用通信线路相连接；
18.所述制动控制器与电磁铁驱动器和位移传感器通过信号线相连接；
19.所述电源为电机控制器、制动控制器、电磁铁驱动器、位移传感器、数据存储器供电。
20.进一步地，所述传动机构具有自锁特性，此外还具有减速增扭以及将电机的旋转运动转换为直线运动的作用。
21.进一步地，所述制动控制器可以与上位机进行通信获得控制信息，进而给电机控制器发送控制信息。
22.进一步地，所述电磁铁驱动器可以从制动控制器获得控制信号，进而控制失电型电磁铁的断电与通电，实现失电型电磁铁的磁性有无。
23.进一步地，所述电机控制器可以与制动控制器进行通信获得控制信息，进而控制电机的转动方向、转速、转角；电机的转动经过传动机构、第三安装板、失电型电磁铁、第二安装板、螺钉、销轴最终传递到制动主缸活塞，实现对制动主缸活塞的运动方向、速度、位移量的控制。
24.进一步地，所述位移传感器用于测量制动主缸活塞的位移。
25.进一步地，所述数据存储器可以存储与制动控制器进行通信获得的失电型电磁铁、电机、位移传感器的工作信息。
26.该实施例还提供了一种制动控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
27.步骤1：失电型电磁铁断电；
28.步骤2：制动控制器从上位机得到控制指令，进而给电机控制器发送控制信息，电机控制器根据接收到的控制信息驱动电机工作；
29.步骤3：制动控制器从位移传感器得到制动主缸活塞的第一位移信息；
30.步骤4：制动控制器将发送给电机控制器的控制信息经过相应计算后得到制动主缸活塞的第二位移信息；
31.步骤5：制动控制器计算第一位移信息与第二位移信息的误差；
32.步骤6：制动控制器将误差与设定阈值进行比较；
33.若误差小于设定阈值，可认为没有部件发生故障，返回所述步骤2；
34.若误差大于等于设定阈值，表明电机或电机控制器或位移传感器可能出现故障，进入步骤7和步骤8；
35.步骤7：制动控制器可以通过信号线向电磁铁驱动器发送失电型电磁铁通电信号，电磁铁驱动器接收到信号后给失电型电磁铁通电，利用失电型电磁铁通电失磁的特性，失电型电磁铁因失去磁性不再吸引第三安装板；
36.步骤8：拉伸弹簧收缩，牵引第二安装板压紧制动主缸活塞，利用拉伸弹簧的收缩力把制动主缸活塞压缩到最大行程，使汽车紧急制动。
37.本发明的优点为：
38.(1)实现难度较小，并且在制动控制装置所用的电机(15)或电机控制器(17)或位移传感器(21)出现故障时仍然可以实施制动，提供了行车安全性；
39.(2)为了在汽车试验中对车辆进行制动，比较可靠、简单直接的方案便是对汽车的传统液压制动系统的制动主缸活塞的运动进行控制；
附图说明
40.图1是一个简易的汽车液压制动系统示意图。
41.图2是本发明提出的制动控制装置的总体方案图。
42.图3是本发明提出的制动控制装置的轴测图。
43.图4是本发明提出的制动控制装置的轴测图。
44.图5是当失电型电磁铁(12)通电后本发明提出的制动控制装置的侧视图。
45.图6是本发明提出的制动控制装置的控制方法框图。
46.其中：1-右前轮制动器；2-右后轮制动器；201-制动轮缸；202-轮缸活塞；203-回位弹簧；204-制动蹄；205-摩擦衬片；206-支承销；207-制动鼓；3-左后轮制动器；4-刹车踏板；5-制动主缸；501-制动主缸活塞；6-左前轮制动器；7-第一安装板；8-拉伸弹簧；9-销轴；10-螺钉；11-第二安装板；12-失电型电磁铁；13-第三安装板；14-传动机构；15-电机；16-上位机；17-电机控制器；18-制动控制器；19-电源；20-电磁铁驱动器；21-位移传感器；22-数据存储器。
具体实施方式
47.以下结合附图对本发明的具体实施方案做详细描述。
48.如图1所示，当汽车需要制动时，驾驶员踩下刹车踏板4，制动主缸活塞501被压缩使得制动液升压，通过液压管路将液压力传至制动轮缸201，轮缸活塞202在制动液挤压的作用下将制动蹄204上的摩擦衬片205压紧制动鼓207来实现制动。
49.从上面的描述中可以看到，只要对制动主缸活塞501的运动进行控制便可以控制汽车的制动，因此，该实施例提供了一种汽车试验用安全冗余型制动控制装置，它通过控制制动主缸活塞501的运动来控制汽车的制动，其包括：第一安装板7、拉伸弹簧8、销轴9、螺钉10、第二安装板11、失电型电磁铁12、第三安装板13、传动机构14、电机15、上位机16、电机控制器17、制动控制器18、电源19、电磁铁驱动器20、位移传感器21、数据存储器22。
50.所述第一安装板7通过安装孔与车身固连；
51.所述第一安装板7通过拉伸弹簧8与第二安装板11相连接；
52.所述第二安装板11与汽车原有的制动主缸活塞501通过销轴9固连；
53.所述第二安装板11通过螺钉10与失电型电磁铁12固连；
54.所述失电型电磁铁12与电磁铁驱动器20相连接；
55.所述失电型电磁铁12断电时与第三安装板13通过失电型电磁铁12的磁力吸引相接触；
56.所述第三安装板13通过机械连接的方式与传动机构14固连；
57.所述传动机构14通过机械连接的方式与电机15相连接；
58.所述电机15与电机控制器17相连接；
59.所述制动控制器18与上位机16利用无线通信的方式进行通讯；
60.所述制动控制器18与电机控制器17和数据存储器22利用通信线路相连接；
61.所述制动控制器18与电磁铁驱动器20和位移传感器21通过信号线相连接；
62.所述电源19为电机控制器17、制动控制器18、电磁铁驱动器20、位移传感器21、数据存储器22供电。
63.所述传动机构14具有自锁特性，此外还具有减速增扭以及将电机15的旋转运动转换为直线运动的作用。
64.所述制动控制器18可以与上位机16进行通信获得控制信息，进而给电机控制器17发送控制信息。
65.所述电磁铁驱动器20可以从制动控制器18获得控制信号，进而控制失电型电磁铁12的断电与通电，实现失电型电磁铁12的磁性有无。
66.所述电机控制器17可以与制动控制器18进行通信获得控制信息，进而控制电机15的转动方向、转速、转角；电机15的转动经过传动机构14、第三安装板13、失电型电磁铁12、第二安装板11、螺钉10、销轴9最终传递到制动主缸活塞501，实现对制动主缸活塞501的运动方向、速度、位移量的控制。
67.所述位移传感器21用于测量制动主缸活塞501的位移。
68.所述数据存储器22可以存储与制动控制器18进行通信获得的失电型电磁铁12、电机15、位移传感器21等部件的工作信息。
69.该实施例还提供了所述装置的控制方法，具体包括如下步骤：
70.步骤1：失电型电磁铁12断电；
71.步骤2：制动控制器18从上位机16得到控制指令，进而给电机控制器17发送控制信息，电机控制器17根据接收到的控制信息驱动电机15工作；
72.步骤3：制动控制器18从位移传感器21得到制动主缸活塞501的第一位移信息；
73.步骤4：制动控制器18将发送给电机控制器17的控制信息经过相应计算后得到制动主缸活塞501的第二位移信息；
74.步骤5：制动控制器18计算第一位移信息与第二位移信息的误差；
75.步骤6：制动控制器18将误差与设定阈值进行比较；
76.若误差小于设定阈值，可认为没有部件发生故障，返回所述步骤2；
77.若误差大于等于设定阈值，表明电机15或电机控制器17或位移传感器21可能出现故障，进入步骤7和步骤8；
78.步骤7：制动控制器18可以通过信号线向电磁铁驱动器20发送失电型电磁铁12通电信号，电磁铁驱动器20接收到信号后给失电型电磁铁12通电，利用失电型电磁铁12通电失磁的特性，失电型电磁铁12因失去磁性不再吸引第三安装板13；
79.步骤8：拉伸弹簧8收缩，牵引第二安装板11压紧制动主缸活塞501，利用拉伸弹簧8的收缩力把制动主缸活塞501压缩到最大行程，使汽车紧急制动。
80.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的具体实现进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施方式，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明
的权利要求范围当中。