技术领域
[0001] 本实用新型属于
电动车辆制动系统测试技术领域，涉及电动客车复合制动硬件在环测试平台，更具体地说，本实用新型涉及基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台，本实用新型不仅适用于开发商用车
再生制动和ABS/EBS控制策略，还适用于实车ECU的错误诊断。
背景技术
[0002] 近年来随着世界
能源枯竭和环境污染问题的日益加重，各国政府纷纷开始推广节能与新能源
汽车，以节能减排来实现可持续发展。在各种类型的新能源汽车中，纯电动汽车以其自身的诸多优势越来越多的受到了人们的关注，特别是纯电动公交客车已经成为各国城市发展公共交通的重要选择。
[0003] 对于城市公交客车，长期行驶在频繁低速制动工况，其制动过程中所消耗的
能量大约占驱
动能量的30％～60％，如果可以通过再生制动技术有效回收这部分制动能量，则可以显著提高车辆的燃油经济性。如今随着电控制动系统的日益普及，越来越多的商用车也开始使用电控制动系统，由于电控制动系统通过
电子信号直接控制安装在轮边的执行机构以建立各个
车轮所需的制动
力，从而可以消除传统气压制动系统响应时间慢制动舒适性差等缺点，通过提高响应时间，缩短了
制动距离从而提高车辆的安全性和舒适性。
[0004] 目前国内外公开了多种关于制动系统测试的试验台，但是主要为传统气压制动系统试验台、商用半
挂车电控制动系统实验台或电控液压制动系统测试平台，还没有一种基于电控制动系统的电动客车复合制动系统的测试平台。
[0005] 中国
专利授权号为CN205507532，授权公告日为2016.08.24，
发明名称为“商用
半挂车电控制动系统实验台”，
申请号为201620222013.8，专利权人为吉林大学。该专利利用第一代电控制动系统(EBS)、驾驶
模拟器、
单片机控制器，通过Labview RT实时系统开展测试研究，主要用于第一代电控制动系统的性能检测及模型仿真，但是该试验台只能用于商用半挂车制动系统的测试，并且该试验台没有考虑商用车的再生制动过程，不能用于电动客车复合制动系统的测试。
发明内容
[0006] 针对上述
现有技术无法对电动客车电控制动系统和再生制动系统进行联合测试的问题，本实用新型提供了基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台。结合
说明书附图，本实用新型的技术方案如下：
[0007] 基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台，由制气组件、电控制动系统、传统制动组件、轮速模拟组件、单片机控制器25、上位机27和目标机26组成；
[0008] 所述制气组件输出空气分别经前轴储气筒5、后轴储气筒6和驻车制动储气筒7输出，形成前轴制动回路、后轴制动回路和驻车制动回路
[0009] 所述电控制动系统由制动总
阀8、前桥压力控
制模块35、后桥压力
控制模块18、左前轮ABS
电磁阀38和右前轮ABS电磁阀34连接组成；
[0010] 所述传统制动组件由驻车
制动阀9、继动阀10以及分别位于左后轮、右后轮、右前轮和左前轮的四组结构相同的制动装置组成，所述制动装置由制动器、制动气室和制动气室压力
传感器依次连接组成；
[0011] 所述轮速模拟组件由分别位于左后轮、右后轮、右前轮和左前轮的四组结构相同的轮速模拟装置组成，所述轮速模拟装置由轮速模拟
电机、齿圈、
轮速传感器依次连接组成；
[0012] 所述目标机26内安装有与所述制动气室
压力传感器连接的
数据采集板卡、用于向轮速模拟电机发送
控制信号的控制信号板卡，以及与单片机控制器25中的CAN模块连接的CAN 卡；
[0013] 所述单片机控制器25的硬件系统由最小系统
电路、向外部
输出信号的外围驱动电路、接收并处理外部信号的
信号处理电路，以及与目标机26通信连接的CAN通信电路组成；
[0014] 所述目标机26与上位机27双向通信连接，上位机27向目标机26下载模型，目标机 26向上位机27反馈车辆实时信息。
[0015] 所述前轴储气筒5的出气口分别与制动总阀8的下进气口和前桥压力控制模块35的高压进气口相连，制动总阀8的下出气口与前桥压力控制模块35的低压控制端口相连，前桥压力控制模块35的出气口与前轴三通阀36的进气口相连，前轴三通阀36的两个出气口分别与左前轮ABS电磁阀38和右前轮ABS电磁阀34的进气口相连，左前轮ABS电磁阀38的出气口与左前轮制动气室42相连，右前轮ABS电磁阀34的出气口与右前轮制动气室32相连，形成前轴制动回路；
[0016] 所述后轴储气筒6的出气口分别与制动总阀8的上进气口和后桥压力控制模块18的高压进气口相连，制动总阀8的上出气口与后桥压力控制模块18的低压控制端口相连，后桥压力控制模块18的左、右侧出气口分别与对应的左后轮、右后轮制动气室相连，形成后轴制动回路；
[0017] 所述驻车制动储气筒7的出气口分别与驻车制动阀9的进气口和继动阀10的高压进气口相连，驻车制动阀9的出气口与继动阀10的低压控制端口相连，继动阀10的出气口经后轴三通阀阀17分别与左后轮制动气室15和右后轮制动气室20相连，形成驻车制动回路。
[0018] 所述显示屏通过VGA数据线与主机连接，所述主机的输出端口与目标机26的SIT模块连接，实现上位机27将整车模型和电机/
电池模型下载至目标机26中实时运行，且目标机 26将车辆状态的实时信息反馈给上位机27，并通过上位机27的显示屏显示。
[0019] 所述最小系统电路分别由电源电路、时钟电路、复位电路、滤波电路和BDM
接口电路组成；
[0020] 所述外围驱动电路包括：分别与左前轮ABS电磁阀38和右前轮ABS电磁阀34的控制信号输入端连接组成的ABS电磁阀驱动电路、与前桥压力控制模块35的控制信号输入端连接组成的前桥模块驱动电路，以及与后桥压力控制模块18的控制信号输入端连接组成的后桥模块驱动电路；
[0021] 所述信号处理电路包括：与制动总阀8的制动信号输出端连接组成的
踏板信号处理电路、分别与前桥压力控制模块35和后桥压力控制模块18中内置的压力传感器信号输出端连接组成的前后轴压力信号处理电路，以及分别与四个轮速信号传感器的信号输出端连接组成的轮速信号处理电路。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
[0023] 1、本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台利用第三代电控制动系统(EBS)并结合相关软
硬件实现了对电动客车电控制动系统和再生制动系统的联合测试。
[0024] 2、本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台利用 LabView实时系统并结合TruckSim
软件中的成熟车辆模型，使得试验台车辆模型与实车更为接近，同时充分利用了LabView系统在数据采集和处理方面的优势。
[0025] 3、本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台不仅可以用于开发电动客车再生制动和ABS/EBS控制策略，还可以用于实车ECU的错误诊断。
[0026] 4、本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台可大大节约电动客车复合制动试验研究的时间，节约试验经费，所需试验人员少，能够实现反复试验，从而大大减少室外实车试验次数，为必要的室外实车试验打下
基础。
[0027] 5、本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台不仅适用于电动客车复合制动系统的测试，还适用于其他电动商用车车型的复合制动系统研究。
附图说明
[0028] 图1为本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台的组成结构示意图；
[0029] 图2为本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台的原理逻辑
框图；
[0030] 图3为本实用新型所述基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台中的单片机控制器的结构示意框图。
[0031] 图中：
[0032] 1.空气
压缩机， 2.湿储气筒， 3.干燥器，
[0033] 4.四回路保护阀， 5.前轴储气筒， 6.后轴储气筒，
[0034] 7.驻车制动储气筒， 8.制动总阀， 9.驻车制动阀，
[0035] 10.继动阀， 11.左后轮轮速模拟电机， 12.左后
轮齿圈，
[0036] 13.左后轮轮速传感器， 14.左后轮制动器， 15.左后轮制动气室，[0037] 16.左后轮制动气室压力传感器， 17.后轴三通阀， 18.后桥压力控制模块，[0038] 19.右后轮制动气室压力传感器， 20.右后轮制动气室， 21.右后轮制动器，[0039] 22.右后轮轮速传感器， 23.右后轮齿圈， 24.右后轮轮速模拟电机，[0040] 25.单片机控制器， 26.目标机， 27.上位机，
[0041] 28.右前轮轮速模拟电机， 29.右前轮齿圈， 30.右前轮轮速传感器，[0042] 31.右前轮制动器， 32.右前轮制动气室， 33.右前轮制动气室压力传感器，[0043] 34.右前轮ABS电磁阀， 35.前桥压力控制模块， 36.前轴三通阀，[0044] 37.左前轮轮速模拟电机， 38.左前轮ABS电磁阀， 39.左前轮齿圈，[0045] 40.左前轮轮速传感器， 41.左前轮制动气室压力传感器， 42.左前轮制动气室，[0046] 43.左前轮制动器。
具体实施方式
[0047] 为了进一步说明本实用新型的技术方案，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：
[0048] 参阅图1，本实用新型公开了基于电控制动系统的电动客车复合制动硬件在环测试平台由制气组件、第三代电控制动系统(EBS)、传统制动组件、轮速模拟组件、单片机控制器 25、上位机27和目标机26组成。
[0049] 所述制气组件包括空气压缩机1、湿储气筒2、
空气干燥器3、四回路保护阀4、前轴储气筒5、后轴储气筒6和驻车制动储气筒7。
[0050] 所述第三代电控制动系统(EBS)包括制动总阀8，型号为WABCO 4800021030；前桥压力控制模块35，型号为WABCO 4801067010；后桥压力控制模块18，型号为WABCO 4801067010；左前轮ABS电磁阀38和右前轮ABS电磁阀34，型号为WABCO 4721950180。
[0051] 所述传统制动组件包括驻车制动阀9、继动阀10、左后轮制动气室15、左后轮制动器 14、左后轮制动气室压力传感器16、右后轮制动气室20、右后轮制动器21、右后轮制动气室压力传感器19、右前轮制动气室32、右前轮制动器31、右前轮制动气室压力传感器33、左前轮制动气室42、左前轮制动器43、左前轮制动气室压力传感器41、前轴三通阀36、后轴三通阀17以及连接上述组件的制动管路和接头。
[0052] 所述轮速模拟组件包括左前轮轮速模拟电机37、左前轮齿圈39、左前轮轮速传感器40、右前轮轮速模拟电机28、右前轮齿圈29、右前轮轮速传感器30、右后轮轮速模拟电机24、右后轮齿圈23、右后轮轮速传感器22、左后轮轮速模拟电机11、左后轮齿圈12、左后轮轮速传感器13。左前轮轮速模拟电机37为
伺服电机，其安装在电机
支架上，左前轮齿圈39 固定在左前轮轮速模拟电机37的
输出轴上，左前轮轮速传感器40固定在电机支架上并与左前轮齿圈39相对安装；右前轮轮速模拟电机28为伺服电机，其安装在电机支架上，右前轮齿圈
29固定在右前轮轮速模拟电机28的输出轴上，右前轮速传感器30固定在电机支架上并与右前轮齿圈29相对安装；右后轮轮速模拟电机24为伺服电机，其安装在电机支架上，右后轮齿圈23固定在右后轮轮速模拟电机24的输出轴上，右后轮轮速传感器22固定在电机支架上并与右后轮齿圈23相对安装；左后轮轮速模拟电机11为伺服电机，其安装在电机支架上，左后轮齿圈12固定在左后轮轮速模拟电机11的输出轴上，左后轮轮速传感器13 固定在电机支架上并与左后轮齿圈12相对安装。所述的轮速模拟装置中，伺服电机驱动齿圈转动，根据系统的需要可以实时控制伺服电机的转速，与所述齿圈相对安装的轮速传感器可以感应到相应的轮速信号，然后传给单片机控制器25。
[0053] 此外，整个测试平台为台架式结构，用
铝合金型材焊接成一个台架放在实验室的地面上，在台架右侧放置一个
工作台。空气压缩机1直接放置在地面上为整个试验平台提供压缩空气；空气干燥器3和四回路保护阀4安装在台架的前端；湿储气筒2、前轴储气筒5、后轴储气筒6和驻车制动储气筒7放置在台架内侧的地面上，并靠近空气干燥器3和四回路保护阀4；左前、右前、左后以及右后四组轮速模拟组件并排放置在台架的右侧靠近工作台的
位置；制动总阀8位于工作台下面，上位机27放置在工作台上，目标机26放置在工作台的一侧，单片机控制器25放置在目标机的机箱内；其他的零部件都安装在台架上，安装位置与图1所表示的各零部件位置关系基本相同，各零部件的连接关系具体如下，图中粗实线为气路连接示意，带有箭头的细实线为电路连接示意：
[0054] 气路连接：
[0055] 参阅图1，所述空气压缩机1的出气口与湿储气筒2的进气口相连，湿储气筒2的出气口与空气干燥器3的进气口相连，空气干燥器3的出气口与四回路保护阀4的进气口相连，四回路保护阀4的三个出气口分别与前轴储气筒5、后轴储气筒6和驻车制动储气筒7的进气口连接。
[0056] 所述前轴储气筒5的出气口分别与制动总阀8的下进气口和前桥压力控制模块35的高压进气口相连，制动总阀8的下出气口与前桥压力控制模块35的低压控制端口相连，前桥压力控制模块35的出气口与前轴三通阀36的进气口相连，前轴三通阀36的两个出气口分别与左前轮ABS电磁阀38和右前轮ABS电磁阀34的进气口相连，左前轮ABS电磁阀38的出气口与左前轮制动气室42相连，左前轮制动气室42与左前轮制动器43相连，右前轮ABS 电磁阀34的出气口与右前轮制动气室32相连，右前轮制动气室32与右前轮制动器31相连，这是前轴制动回路。
[0057] 所述后轴储气筒6的出气口分别与制动总阀8的上进气口和后桥压力控制模块18的高压进气口相连，制动总阀8的上出气口与后桥压力控制模块18的低压控制端口相连，后桥压力控制模块18的左侧出气口与左后轮制动气室15相连，左后轮制动气室15与左后轮制动器14相连，后桥压力控制模块18的右侧出气口与右后轮制动气室20相连，右后轮制动气室20与右后轮制动器21相连，这是后轴制动回路。
[0058] 所述驻车制动储气筒7的出气口分别与驻车制动阀9的进气口和继动阀10的高压进气口相连，驻车制动阀9的出气口与继动阀10的低压控制端口相连，继动阀10的出气口与后轴三通阀17的进气口相连，后轴三通阀阀17的两个出气口分别与左后轮制动气室15和右后轮制动气室20相连，左后轮制动气室15与左后轮制动器14相连，右后轮制动气室20与右后轮制动器21相连，这是驻车制动回路。
[0059] 电路连接：
[0060] 参阅图2，所述上位机27为普通PC机，包括一个显示屏和一个主机，所述显示屏是
用户界面，其通过VGA数据线与所述主机连接，上位机27与目标机26之间为双向信号连接，所述上位机27的主机的输出端口与目标机26的SIT模块连接，所述主机27中安装有LabView 软件、TruckSim软件和MATLAB/Simulink软件。
[0061] 测试过程中，上位机27将TruckSim软件中的整车模型和MATLAB/Simulink软件中的电机/电池模型下载到目标机26中实时运行，同时目标机26将车辆状态的实时信息反馈给上位机27，并通过上位机的显示屏显示。
[0062] 所述目标机26的型号为IPC-610的研华工控机，所述目标机26中安装有数据采集板卡、控制信号板卡和CAN卡，数据采集板卡的模拟端口与左前轮制动气室压力传感器41、右前轮制动气室压力传感器33、右后轮制动气室压力传感器19和左后压力传感器16的信号输出端连接，用于采集上述四个压力传感器检测并输出的压力信号，然后将采集到的信号通过数学转换后得到这些量的实际值并输入到整车模型中去；控制信号板卡的信号输出端与左前轮轮速模拟电机37、右前轮轮速模拟电机28、右后轮轮速模拟电机24和左后轮轮速模拟电机11的控制信号输入端连接，用于向上述四个轮速模拟电机发送控制信号；所述控制信号板卡是一款集成了可编程FPGA芯片的多功能RIO板卡，其信号生成更新率快，采用率高，用于控制轮速模拟电机信号的生成；CAN卡端口与单片机控制器25的CAN模块连接，用于目标机26和单片机控制器25之间的通信。
[0063] 参阅图3，所述单片机控制器25采用飞思卡尔
半导体公司的MC9S12XS128系列
微控制器，单片机控制器25的硬件系统主要包括最小系统电路、外围驱动电路、信号处理电路和 CAN通信电路。
[0064] 所述最小系统电路包括：电源电路、时钟电路、复位电路、滤波电路和BDM接口电路。
[0065] 所述外围驱动电路包括：ABS电磁阀驱动电路，与左前轮ABS电磁阀38和右前轮ABS 电磁阀34的控制信号输入端连接，用于驱动ABS电磁阀的开闭；前桥模块驱动电路，与前桥压力控制模块35的控制信号输入端连接，用于驱动前桥模块开度进而控制前桥模块的输出压力；后桥模块驱动电路，与后桥压力控制模块18的控制信号输入端连接，用于驱动后桥模块的开度进而控制后桥模块的输出压力。
[0066] 所述信号处理电路包括：踏板信号处理电路，与制动总阀8的制动信号输出端连接，将制动总阀8输出的制动信号处理后输入到单片机控制器25当中；前后轴压力信号处理电路，与前桥压力控制模块35和后桥压力控制模块18中内置的压力传感器信号输出端连接，将前后轴压力传感器输出的压力信号处理后输入到单片机控制器25当中；轮速信号处理电路，与左前轮轮速传感器40、右前轮轮速信号传感器30、右后轮轮速信号传感器22和左后轮轮速信号传感器13的信号输出端连接，将轮速传感器输出的轮速信号处理后输入到单片机控制器25当中。
[0067] 所述CAN通信电路与目标机中的CAN卡连接，用于单片机控制器25与目标机26之间通信。
[0068] 参阅图2，所述测试平台的具体工作过程如下：
[0069] 当电动客车没有进行制动时，由空气压缩机1提供的高压制动气体经湿储气筒3、干燥器3、四回路保护阀4、前轴储气筒5和后轴储气筒6到达前桥压力控制模块和后桥压力控制模块的高压进气口，与此同时对上位机27进行操作，将上位机27的主机里TruckSim软件中的整车模型和MATLAB/Simulink软件中的电机和电池模型下载到目标机26中实时运行，然后踩下制动总阀8，这时目标机26中的数据采集系统开始工作。
[0070] 踩下制动总阀8后，制动总阀内置的踏板位移传感器将制动踏板的开度和开度变化率信号输送到单片机控制器25的踏板信号处理电路中，单片机控制器25根据处理后的信号对制动意图进行辨识，由制动踏板的开度来辨识需求制动力，由踏板开度变化率来辨识车辆的制动状态，是处于“常规制动工况”还是处于“紧急制动工况”。
[0071] 当单片机控制器25辨识出车辆处于“常规制动工况”时，则由需求制动力根据常规复合制动控制策略确定出前轴目标气压制动力、后轴目标气压制动力和目标电机制动力。然后根据前轴目标气压制动力和后轴目标气压制动力，通过前桥模块驱动电路和后桥模块驱动电路控制前桥压力控制模块35和后桥压力控制模块18的高压进气口的开度，这时供至前桥压力控制模块35高压进气口的气体通过前桥压力控制模块35、前轴三通阀36、左前轮ABS电磁阀38(
常开阀)、右前轮ABS电磁阀34(常开阀)到达左前轮制动气室42和右前轮制动气室32，通过左前轮制动器43和右前轮制动器31产生相应的前轴气压制动力；供至后桥压力控制模块18高压进气口的气体通过后桥压力控制模块18到达左后轮制动气室15和右后轮制动气室20，通过左后轮制动器14和右后轮制动器21产生相应的后轴气压制动力；这时左前轮制动气室压力传感器41、右前轮制动气室压力传感器33、右后轮制动气室压力传感器19和左后轮制动气室压力传感器16采集对应四个制动气室的压力，然后将采集到的压力
信号传输到目标机26中的数据采集板卡，所述数据采集板卡将采集到的压力信号通过数学转换后得到这些量的实际值输入到TruckSim整车模型中；
[0072] 此外，单片机控制器25将目标电机制动力信号通过CAN总线传输的到目标机26中的 CAN卡，所述CAN卡将采集到的信号输入到目标机26中的电机模型产生相应的电机制动力并作用于TruckSim整车模型，同时，目标机25中整车模型的车速、电机和电池状态信息通过CAN卡和CAN总线反馈到单片机控制器25中，单片机控制器25根据实时的车速、电机和电池信息以及前后轴模块内置压力传感器反馈的实时压力信息对前后轴气压制动力和电机制动力进行实时修正，然后再将修正后的制动力作用于整车模型，从而实现整个制动压力的闭环控制。
[0073] 当单片机控制器25辨识出车辆处于“紧急制动工况”时，这时电机制动力退出，并触发相应的ABS控制，由需求制动力根据ABS控制策略确定出前轴目标气压制动力和后轴目标气压制动力，然后通过前桥模块驱动电路、后桥模块驱动电路和ABS电磁阀驱动电路控制前桥压力控制模块35和后桥压力控制模块18的高压进气口的开度以及前轴左右ABS电磁阀的进排气口的开度，这时供至前桥压力控制模块高压进气口的气体通过前桥压力控制模块35、前轴三通阀36、左前轮ABS电磁阀38、右前轮ABS电磁阀34到达左前轮制动气室42和右前轮制动气室32，通过左前轮制动器43和右前轮制动器31产生相应的前轴气压制动力；供至后桥压力控制模块高压进气口的气体通过后桥压力控制模块18到达左后轮制动气室15 和右后轮制动气室20，通过左后轮制动器14和右后轮制动器21产生相应的后轴气压制动力；
这时左前轮制动气室压力传感器41、右前轮制动气室压力传感器33、右后轮制动气室压力传感器19和左后轮制动气室压力传感器16采集对应四个制动气室的压力，然后将采集到的压力信号传输到目标机26中的数据采集板卡，所述数据采集板卡将采集到的压力信号通过数学转换后得到这些量的实际值输入到TruckSim整车模型中，使车辆的状态发生相应的变化，这时整车模型四个车轮的轮速信息通过目标机26的控制信号板卡输出到四个轮速模拟电机的控制端，控制轮速模拟电机模拟出实时的轮速，然后左前轮轮速传感器40、右前轮轮速传感器30、右后轮轮速传感器22和左后轮轮速传感器13将采集到的轮速信息输入到单片机控制器25的轮速信号处理电路中，单片机控制器25根据处理后的轮速信息估算出整车的实时的车速和各个车轮的
滑移率，然后根据车轮的滑移情况对相应的车轮的制动力进行实时修正，保证各个车轮的滑移率处于最佳滑移率范围，然后再将修正后的制动
力反馈给整车模型，从而实现整个制动压力的闭环控制。
[0074] 在上述制动过程中，车辆状态信息及其相关部件的信息由目标机26反馈到上位机27中，可以通过上位机27的显示屏实时查看车辆状态信息的变化同时监控目标机26的运行。
