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双电机机电混合模拟惯性制动试验台
来源：广搜网
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发布日期： 11:23:03
&&&&发明人：时俊 顾晓丹 何仁（摘要：本实用新型公开一种双电机机电混合模拟惯性制动试验台，主轴的中段设置基础惯量盘，主轴的另一端通过连接套连接制动盘，主轴的一端连接动力耦合箱，动力耦合箱内设置一排行星齿轮和输入、输出轴齿轮，行星齿轮由行星架、太阳轮、齿圈和齿圈齿轮组成；两个电动机分别通过两个小联轴器与动力耦合箱的两根输入轴相连接，第一根输入轴上设有制动器且第一根输入轴与行星架固定连接，第二根输入轴紧固连接输入轴齿轮；太阳轮固接动力耦合箱，齿圈与齿圈齿轮分别固接第一根输入轴，齿圈齿轮与输入轴齿轮分别与输出轴齿轮啮合，输出轴齿轮固接主轴。试验台启动更容易，加速更快，减小了试验所用惯量盘的质量和体积，增加试验台模拟汽车惯量的精度。）
主轴（4）的另一端通过连接套（14）连接制动盘（13），其特征是：主轴（4）的一端连接动力耦合箱（3），动力耦合箱（3）内设置一排行星齿轮和输入、输出轴齿轮，行星齿轮由行星架（23）、太阳轮（21）、齿圈（24）和齿圈齿轮（27）组成；两个电动机（1）分别通过两个小联轴器（2）与动力耦合箱（3）的两根输入轴相连接，第一根输入轴上设有制动器（20）且第一根输入轴与行星架（23）固定连接，第二根输入轴紧固连接输入轴齿轮（25）；太阳轮（21）固接动力耦合箱（3），齿圈（24）与齿圈齿轮（27）分别固接第一根输入轴，齿圈齿轮（27）与输入轴齿轮（25）分别与输出轴齿轮（26）啮合，输出轴齿轮（26）固接主轴（4）。2. 根据权利要求1 所述的双电机机电混合模拟惯性制动试验台，其特征是：主轴（4）上设有转矩传感器（6）和转速传感器（7），转矩传感器（6）和转速传感器（7）分别连接电机控制台（18）和数据采集显示台（19）；靠近制动盘（13）处设有连接数据采集显示台（19）的温度传感器（16）。双电机机电混合模拟惯性制动试验台技术领域[0001] 本实用新型涉及汽车制造领域，具体涉及车辆制动器制动性能测试台。背景技术[0002] 制动系统是汽车的重要系统，为了保障汽车的行车安全，各国都在汽车的制动性能、结构和试验评价方法方面制定了相应的法规和标准。在车辆制动器综合性能测试中，惯性制动台架是重要的试验设备之一。目前，国内外制动器试验台普遍采用单电机作动力装置。在做制动性能试验时，单电机往往由于功率不够，试验台的启动比较困难，而且需要较长的时间才能将试验台的转动部分加速到试验规定的转速。如果采用大型电机，不仅大大提高试验台的制造成本，而且由于大型电机的质量很重，使得试验台的安装、移动极为不方便。[0003] 国内外制动试验台普遍采用机械方式，被称为机械模拟台架。仅采用大型惯量盘或惯量盘组的机械旋转惯量模拟汽车直线运动的惯量，该方法以惯量盘转动时储存的能量对被测试的制动器进行加载。这种大型惯量盘或惯量盘组不仅制造费用高、安装调整不方便，而且反应速度慢、模拟精度低。发明内容[0004] 为了克服传统机械模拟台架动力性不够、惯量调整困难、模拟精度低、反应速度慢的不足，本实用新型提供一种双电机机电混合模拟惯性制动试验台。[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：主轴的中段设置基础惯量盘，主轴的另一端通过连接套连接制动盘，主轴的一端连接动力耦合箱，动力耦合箱内设置一排行星齿轮和输入、输出轴齿轮，行星齿轮由行星架、太阳轮、齿圈和齿圈齿轮组成；两个电动机分别通过两个小联轴器与动力耦合箱的两根输入轴相连接，第一根输入轴上设有制动器且第一根输入轴与行星架固定连接，第二根输入轴紧固连接输入轴齿轮；太阳轮固接动力耦合箱，齿圈与齿圈齿轮分别固接第一根输入轴，齿圈齿轮与输入轴齿轮分别与输出轴齿轮啮合，输出轴齿轮固接主轴。[0006] 本实用新型双电机机电混合模拟惯性制动试验台的有益效果有：[0007] 1. 采用两台电机通过动力耦合给试验台提供动力，机械惯量与电惯量相混合模拟汽车运动惯量，克服了传统试验台转动部分启动困难的缺点，也使试验台主轴转速达到试验规定转速的时间，启动更容易，加速更快。[0008] 2. 在做制动性能试验时，可以利用电机施加反向力矩来等效替代部分机械惯量，减小了试验所用惯量盘的质量和体积；同时由于电机施加的反向转矩可以无级调节，增加了试验台模拟汽车惯量的精度。[0009] 3. 试验时，可以根据所模拟车型，质量轻的车型需要较小电惯量模拟，台架采取单个电机工作施加反向力矩；质量大的车型，需要较大的电惯量模拟，台架采取双电机同时工作施加反向力矩。这种根据模拟车型自动选择双电机的工作模式，增加了可以模拟车型的范围，避免了在做不同车型制动性能试验时需要更换机械惯量的麻烦。附图说明[0010] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。[0011] 图1 是本实用新型双电机机电混合模拟惯性制动试验台总体机构示意图；[0012] 图2 是图1 中动力耦合箱3 的连接结构示意图；[0013] 图3 是被测制动器制动盘在主轴4 上的安装示意图；[0014] 图中：1. 电动机，2. 小联轴器，3. 动力耦合箱，4. 主轴，5. 大联轴器，6. 转矩传感器，7. 转速传感器，8. 轴承，9. 轴承座，10. 基础惯量盘，11. 飞轮键，12. 制动钳总成，13. 制动盘，14. 连接套，15. 螺栓，16. 温度传感器，17. 端盖，18. 电机控制台，19. 数据采集显示台，20. 制动器，21. 太阳轮，22. 行星轮，23. 行星架，24. 齿圈，25. 输入轴齿轮，26. 输出轴齿轮，27. 齿圈齿轮，28. 平键，29. 挡圈。具体实施方式[0015] 如图1 和2 所示，两个电动机1 分别通过两个小联轴器2 与动力耦合箱3 的两根输入轴相连接。动力耦合箱3 内设有一排行星齿轮和输入轴齿轮25、输出轴齿轮26，行星齿轮由行星架23、太阳轮21、齿圈24 和齿圈齿轮27 组成，动力耦合箱3 的第一根输入轴与箱内的行星架23 固定连接，第二根输入轴紧固连接着输入轴齿轮25。行星齿轮的太阳轮21 固定在动力耦合箱3 的箱体上不转动；与行星架23 相连的第一根输入轴上安装有制动器20，制动器20 固定在动力耦合箱3 的箱体上；齿圈24 与齿圈齿轮分别固定连接在第一根输入轴的两端；齿圈齿轮27 与输入轴齿轮25 分别与输出轴齿轮26 啮合，输出轴齿轮26固定连接主轴4。这样，双电机总成与动力耦合箱总成组成一起实现了两个电机1 在台架启动、加速时的动力合成，也实现了通过控制制动器20 的抱死与断开不同模式下电机施加反向力矩得到更宽范围的模拟电惯量。[0016] 主轴4 通过一对轴承8 和轴承座9 实现主轴4 的支撑。主轴4 的一端连接动力耦合箱3，基础惯量盘10 通过飞轮键11 安装在主轴4 的中段，基础惯量盘10 通过分别设在其两端的轴肩和套筒实现轴向定位。[0017] 如图3，主轴4 的另一端通过连接套14 连接制动盘13，主轴4 与连接套14 通过平键28 连接实现传动，连接套14 两端分别通过轴肩和套筒29 实现轴向定位。制动盘13 通过螺栓15 与连接套14 紧固连接，达到主轴4 与制动盘13 之间力与运动的传动。[0018] 如图1，靠近制动盘13 设置有制动钳总成12，制动钳总成12 由制动液压油路装置控制，通过油压控制制动钳对制动盘13 施加摩擦制动力。[0019] 在主轴4 上设有转矩传感器6 和转速传感器7，将转矩传感器6 和转速传感器7 分别连接电机控制台18 和数据采集显示台19，电机控制台18 主要由PC 机和DSP 芯片组成，双电机电惯量的模拟由电机控制台18 控制模拟。在靠近制动盘13 处设有温度传感器16，温度传感器16 连接到数据采集显示台19，数据采集显示台19 负责试验数据的采集、处理、储存与显示。[0020] 本实用新型测试过程如下：[0021] 1. 确定所测试车型所需模拟的惯量。在电机控制台上18 输入相关测试参数，电机控制台18 就可以按照输入的参数控制双电机1 工作模式以及根据所要模拟电惯量电机需要施加反向力矩的数值。[0022] 2. 安装被测制动器。取下轴上端盖，将被测制动器制动盘用螺栓固定到连接套14上，安装好端盖用螺钉固定。固定好制动钳总成12 和制动液压管路装置。[0023] 3. 启动双电机1，加速试验台主轴4 及其转动部件。双电机1 同时工作，短时间内将主轴4 加速到试验规定转速。[0024] 4. 开始测试制动器制动性能。根据轿车制动器台架试验方法（QC/T564-1999）的测试内容，控制制动液压管路使制动钳给制动盘施加制动摩擦力，电机控制台18 根据转、转速信号实时控制双电机1 的工作模式和电机施加反托力矩模拟相应电惯量。数据采集显示台19 实施采集制定力矩、转速、制动盘温度相关试验数据，并分析储存。[0025] 5. 制动结束，试验完成，读取数据。
发明人：时俊 顾晓丹 何仁
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不良信息举报中心惯性测量单元
摘要: 　　惯性导航系统的核心是惯性测量单元（IMU）。一个基本的惯性测量单元包括三个单自由度加速度计和三个单自由度陀螺仪或二个2自由度陀螺仪。这些加速度计和陀螺仪的输入轴分别沿空间的三个互相垂直的坐标轴方向。这样，惯性测量单元 ...
　　惯性导航系统的核心是惯性测量单元（IMU）。一个基本的惯性测量单元包括三个单自由度加速度计和三个单自由度陀螺仪或二个2自由度陀螺仪。这些加速度计和陀螺仪的输入轴分别沿空间的三个互相垂直的坐标轴方向。这样，惯性测量单元就可以敏感空间任意方向的线运动或角运动。但是，由于陀螺仪敏感的是相对于惯性空间的运动，而需要测量的是载体相对于某个参照系的相对运动，因此必须进行坐标变换。此外，加速度计所测加速度输出信号中往往包含重力加速度分量和有害加速度分量，必须对重力加速度分量进行修正，对有害加速度分量进行补偿，然后经过积分与计算得到运载体的速度和所在的地理位置。由此可见，惯性测量单元中各个惯性敏感器件敏感的信号需要经过信号变换和信号处理才能转换成可接受的有用信号。
　　随着微机电系统技术的发展，由微机电系统加速度计和微机电系统陀螺仪组合而成的微惯性测量单元（Micro Inertial Measuremerit Unit，简称MIMU）已研制成功。这种微惯性测量单元具有体积小，重量轻、功耗小、成本低和可靠性高等优点。可广泛应用于汽车安全防护、战术武器制导、个人导航和微小卫星姿态控制等领域。
　　一个典型的微惯性测量组合系统如图4-20所示，该组合系统包括微惯性敏感器组合装置、变换电路的组合及微数字信号处理系统三部分。
　　微惯性敏感器组合装置由三只真空封装的硅微型陀螺仪和三只密封的微硅加速度计及前放组合而成。其中，微陀螺仪和微加速度计分别安装在边长3.8 cm的正六面体基座的三个互相正交的平面内。每个惯性敏感器件的输入轴方向需要经过仔细排列，以保证彼此正交。必要时，组合装置中还包含温度敏感装置和预热装置，以实现温控。
图1　MIMU系统框图
　　变换电路组合具有处理来自敏感装置前放的弱小模拟信号，并能将其转换成数字信号的功能，该电路组合并将信号激励电路、驱动电路和温控电路等集成在一块，形成专用芯片。
　　微型数字信号处理系统将制导、导航和控制的有关运算程序和信号处理软件集成在专用的数字信号处理芯片上。
　　1998年，由美国桑地亚国家实验室（Sandia National Lab简称SNL）及柏克利执行器中心（the Berkeley Sensor Actuater Center，简称BSAC）等单位首次用桑地亚模块式，单片微机电系统工艺（The Sandia Modular，Monolithic，Micr0-Elec-tr0-Mechanical Systems Technology，简称M3EMS）将一个敏感χ、Y平面角速率运动的二维微陀螺和一个敏感垂直轴向即Ζ方向角速率的一维微陀螺及三维加速度计以及相应的测试回路完全集成在一块芯片上，芯片边长1cm，如图2所示。构成了一个集成化的微机电（IMEM）IMU原理样机。该IMU可用于（全球定位系统）辅助的惯性导航系统。
图2　集成微机电IMUJ泉理样机
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栏目导航：国内惯性仪器仪表的市场前景看好
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惯性仪器仪表技术已成为衡量一个国家科学技术水平和国防实力的重要标志之一
　　【机电在线讯】 惯性仪器仪表产业是具有综合性、交叉性的高科技先进制造产业，主要应用于敏感运动体在惯性空间的角运动、线运动，进而获取运动体的姿态、位置和速度等信息，主要包括最基础的加速度计、陀螺仪以及由加速度计和陀螺仪构成的惯性测量组合和由该组合及结算单元等构成的惯性导航系统。惯性仪器仪表的类型很多，入加速度计主要有石英挠性加速度计、液浮摆式加速度计、微机电加速度计、振弦式加速度计、振梁氏加速度计等类型。陀螺仪主要有液浮式、动力调谐式、压电式、微机电式、光纤式、激光式等类型。
　　惯性仪器仪表在航空、航天、航海以及石油、煤炭、汽车制造、机电工业、电子技术、控制科学和信息科技等领域都有着广泛的应用。惯性仪器仪表技术已成为衡量一个国家科学技术水平和国防实力的重要标志之一。
　　新世纪我国面临着祖国统一、保卫南沙和抵制美国干预等复杂的国家安全问题，导弹武器精确制导对惯性仪器仪表提出了更高的要求。必须加强国防建设，为打赢一场高技术条件下的局部战争作好一切准备。未来战争是核威慑条件下的信息化战争。根据这一战争特点，必须重点发展精确制导武器，实现中远程精确打击和非接触作战；大力提高防空、反导、突防、电子和信息作战体系，加强局部作战区域的制空、制海和制电磁权的作战能力。惯性仪器仪表发展是加强武器系统和提高作战能力的关键。
　　近年来，随着汽车工业、消费电子、航空航天、军事装备领域的高速发展，我国的惯性仪器仪表市场出现了同步增长，成为全球发展最快的市场之一。而一些中高端制造企业经过多年追赶，在研发和制造水平上与国际先进水平差距逐渐缩小，部分技术甚至已领先世界水平。
　　在未来的五年里，国内惯性仪器仪表的市场前景看好，主要是由于下游应用产业规模的不断扩大，引导需求快速增长。下游产业产品的不断提升对惯性仪器仪表行业提出了新的需求，一些高端产品的生产厂商通过加大技术投入，引进先进的生产设备，不断提高产品的技术性能，开发新型产品来满足市场需求。由此技术领先的厂商可获得较多的利润，保证对研发和设备的持续投入，保持优势地位。同时，技术含量的提升也提高了行业的进入门槛，避免了行业内的恶性竞争，保证行业的健康发展。国内产业集中速度加快。
　　我国惯性仪器仪表行业已充分进入市场化竞争阶段，各企业面向市场自主经营，但其市场中高低端产品的发展不均衡。高端产品主要应用于航天、航空、航海、兵器等技术领域，生产具有品种多、批量大的特点，其生产企业不过一两家，产品的毛利率普遍偏高。而中低端产品毛利率低，新产品的开发相对滞后。近年来，出现了引进国外低端产品制造技术的企业，其产品主要应用于汽车、消费电子，产品价值相对较低，与国外大型企业竞争十分激烈。
　　鉴于产品质量意识的提高，惯性仪器仪表产品的应用单位在对价格重视的同时，对产品质量体系建设提出新的要求，对生产企业的研发实力、交货期限、质量保障能力都提出了更高的要求，需要规模相当的企业为其提供配套服务。因此，小型生产企业的生存空间越来越小，优势企业的规模日益壮大，国内惯性仪器仪表产业的集中度越来越高。
　　目前对于惯性仪器仪表来说，有利因素正逐渐加多。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，以信息化带动机械化，实现跨越式发展已成为我国的基本策略。未来五年正是我国电子技术和产品更新换代的关键时期，国家产业政策的支持将提高我国的信息化装备和系统集成能力。
（责任编辑: 谢媛）
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