伺服系统在机动车平安带倾斜锁止试验施行方案中的应用.docx

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1、伺服系统在机动车平安带倾斜锁止试验施行方案中的应用伺服系统在机动车平安带倾斜锁止试验施行方案中的应用魏哲温导语：本文讨论了伺服系统在机动车平安带倾斜锁止试验中的应用，引入PLC、伺服电机、编码器等元件，提出了一种检测设备的施行方式。摘要：本文讨论了伺服系统在机动车平安带倾斜锁止试验中的应用，引入PLC、伺服电机、编码器等元件，提出了一种检测设备的施行方式。对我国国家标准规定的试验要求和试验方法进展了具体阐述，阐述了该类检测设备机械局部以及测控系统设计的可行方案，并就PLC编程中涉及的测控流程、各关键件的通讯关系进展了系统讲明。1引言机动车平安带是一种用于约束车辆驾驶员和乘客的防护装置，可有效进

2、步车辆的被动平安性。自从1955年，美国乘用车首次装用平安带以后，其应用愈加普遍。美、欧、日等国家和地区相继立法或者出台规定，要求汽车乘员必须佩戴平安带。我国公安部也已于1992年11月15日公布通告，规定从1993年7月1日起，所有小客车(包括轿车、吉普车、面包车、微型车)驾驶人和前排座乘车人必须使用平安带。另外，我国（道路交通平安法）第五十一条规定：机动车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用平安带。按照国家标准的定义，平安带即具有织带、带扣、调节件以及将其固定在机动车辆内部的连接件，用于在车辆骤然减速或者碰撞时通过限制佩戴者身体的运动以减轻其伤害程度的总成，包括吸能或者卷收织带的装置。目

3、前，平安带的常见种类较多。按照构造形式，平安带可分为腰带、肩带、三点式平安带、S型平安带和全背带式平安带。其中，带卷收器的平安带性能更佳，对制造工艺要求也更高。卷收器作为平安带的关键件，按照其性能和调节方式，可分为无锁式卷收器1型、手调式卷收器2型、自锁式卷收器3型、紧急锁止式卷收器4型、高响应紧急锁止式卷收器4N型。最常见的平安带卷收器型式是4型和4N型，二者都具有带感和/或者车感锁止以及倾斜锁止性能。车感锁止和带感锁止分别用于评价车辆和车辆乘员紧急作动时的平安带防护性能，而倾斜锁止是用于评价车辆在俯仰和侧倾姿态下的平安带防护性能。本文重点讨论平安带的倾斜锁止特性及其检测实现方法。（机动车乘

4、员用平安带、约束系统、儿童约束系统和ISOFIX儿童约束系统）GB14166-20214.2.5.3.1c和4.2.5.3.1d条款规定，当敏感装置在其制造厂规定的安装位置向任意方向倾斜12或者以下时，卷收器不得锁止；对于4型卷收器，当敏感装置在其制造厂规定的安装位置向任意方向倾斜大于27时，卷收器应锁止；对于4N型卷收器，当敏感装置在其制造厂规定的安装位置向任意方向倾斜大于40时，卷收器应锁止。国家标准5.6.2.3条款约定了倾斜锁止试验方法，即为检查是否知足4.2.5.3.1c和4.2.5.3.1d要求，卷收器应安装在程度台面上，并使台面以不超过2/s的速度倾斜直至发生锁止。试验应在其他方

5、向上重复进展以知足要求。2试验流程及设备构建关注点为施行标准规定的试验经过，需筹划相关流程，即卷收器按照规定的安装方法安装完成后，应能模拟车辆的俯仰和侧倾姿态，在前、后、左、右四个翻转方向实时监测卷收器的锁止状态，并记录锁止角度。目前，平安带消费工厂为施行COP试验中的100%检验，均会在消费线上装备倾斜锁止检测设备，但该类线上设备为适应消费线节拍，进步消费效率，国家标准5.6.2.3条款规定的倾斜速度一般不予考虑和知足。且卷收器装夹方式通常为采用适应卷收器外形和尺寸的特制夹具，气动夹紧形式。而作为实验室检测设备，那么不能简单等同于线上设备，前者对安装定位精度、倾斜角度、锁止角度的测量均有更高

6、要求，以适应ISO/IEC17025:2005（检测和校准实验室才能的通用要求）的规定，且该要求转换为2017版之后，对检测仪器的相关要求并未弱化。为构建该项试验检测设备，知足标准规定的倾斜速度精准实现系统、卷收器锁止识别系统、90换向系统、织带抽取系统等应为试验流程实现的必须系统。其中，倾斜速度精准实现系统主要通过引入伺服电机和PLC，构成精准速度控制环节；卷收器锁止识别系统引入压力传感器，假如卷收器锁止，那么织带对压力传感器施加压力骤然增加，设定可信数值，即可实现锁止识别功能；90换向系统用于实现前后、左右两垂直旋转轴的切换，通过伺服电机和PLC构成的伺服系统实现；织带抽取系统采用辊轮夹紧

7、并旋转抽带的方式，夹紧方式利用气缸实现，旋转动作采用小型伺服电机实现。3试验设备构建方法该检测设备由机械局部和测控局部组成。机械局部为执行局部，直接和样品接触，由上述各系统和相关辅件匹配组合而成。测控局部主要由PLC、触摸屏和旋转编码器构成。触摸屏作为人机界面，同时也是上位机，PLC为下位机，上位机对下位机进展参数设置，下位机内置梯形图程序，直/间接与编码器和伺服驱动器通讯。3.1机械局部机械局部的设计直接采用UG绘制三维图，并进展数字样机虚拟装配和干预检查等，涉及上述各个系统，充分考虑人因工程学因素。该经过实现了无纸化，也极大缩短了产品消费周期。设备装配图见图1，设备实物图见图2.图1.平安

8、带倾斜锁止试验设备三维装配图图2.平安带倾斜锁止试验设备实物图3.2测控系统测控系统主要实现倾斜速度控制、90转向控制、锁止判别与锁止角度测量四大功能。倾斜速度控制由电机I、电机II执行，试验开场即可动作，最大旋转范围可至180。90转向由转向电机执行，执行时机为前后旋转轴试验完成，左右旋转轴试验需要开场时。织带抽取由抽带电机执行，在气缸下压并带动辊轮夹紧织带时即可生效。所用共计4台伺服电机。锁止判别条件为压力传感器承受力值超限，并以此执行后续动作。锁止角度测量引入绝对型高精度旋转编码器，开机不必找零位，可对轴的绝对位置信息进展监测，且抗干扰性较强，也无增量型编码器的零点累积误差的问题。表1所

9、示为所选欧姆龙NPN输出绝对值型E6C3-AG5C编码器、CP1H欧姆龙PLC和接线关系对应表。该型编码器可输出格雷码，格雷码属于错误最小化的可靠性编码，有利于减少编码器出错。表1.绝对型编码器、PLC、直流电源接线关系对应表4关键控制局部实现方法上位机采用昆仑通态触摸屏，可进展图形化编程及后台操纵，作为人机界面实现相关参数设置及开、关机功能。通过对下位机PLC进展梯形图编程，获得可靠的控制实现。PLC输出可分为晶体管和继电器输出类型，方案采用晶体管输出型，外加继电器实现对伺服驱动器和电磁阀的控制，以控制电机和气缸动作。控制的具体流程如图3所示。其中，“抽带电机回位正转经过中，回位和正转的分界

10、点为伺服电机I/II旋转至初始位置零度位置时。上位机和下位机之间采用DP通讯，基于PLC可选的RS-232C端口，图4所示为欧姆龙PLC对应一侧的端口引脚定义。图5所示为所选昆仑通态触摸屏和PLC的接线关系图。图3.设备测控流程图图4.PLCRS232C端口引脚定义图5.触摸屏和PLC通讯接线关系图5结语本文讨论了伺服系统在平安带倾斜锁止试验中的应用，构建了一种高精度的自动检测方案。设备样机已投入实际应用，累计检测1000余次，暂无不良反应。设备整体性能知足国家标准要求，对于检测类实验室装备提升有积极作用。在设备研发经过中，四台伺服电机、驱动器、PLC、触摸屏及各类按钮、开关、继电器等辅件之间接线较为复杂，固然实现了技术方案，但仍有可改良、优化之处。如引入总线模块，那么大可缓解目前接线复杂的状态，有望进一步缩短设备开发周期。对于大型、复杂设备，那么可行性尤为明显。另外，设备系统精度是全面考虑了设备所有相关子系统的精度之后，按照设备使用方式、运转状况等得出的综合性精度。短板效应较为适用于该类设备精度的评价。固然编码器精度较高，但应考虑公道匹配，并将机械精度，如减速机齿轮背隙、光电开关安装、对不同样品的适应性，以及外来扰动等因素纳入考虑范围。该经过可谓一系统工程，如能全盘问虑，那么性价比有望到达最优。