CN104316333B - 一种助力自行车中置系统的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种助力自行车中置系统的测试系统，包括安装有Labview软件的工控机和测试系统平台，所述测试系统平台包括用于安装中置系统的中置系统安装座、动力系统平台和磁粉制动器，所述动力系统平台上安装有伺服电机和减速器，所述伺服电机和减速器通过第一转矩转速传感器连接方升套，所述方升套与中置系统的中轴连接，所述中置系统的牙盘通过链条与磁粉制动器连接的齿盘连接，所述磁粉制动器上安装有第二转矩转速传感器，所述工控机与测试系统平台和中置系统连接。该系统提高了中置系统的测试效率，并且可以从整体上反映中置系统的性能，测试结构更加准确，操作更加简单。

Description

一种助力自行车中置系统的测试系统

技术领域

本发明属于力矩中置系统的测试领域，具体涉及一种助力自行车中置系统的自动化测试系统。

背景技术

近年来助力自行车，特别是锂电池助力电动自行车越来越受到人们的青睐，尤其以配置力矩中置系统的自行车，该助力自行车系统能够自动采集人骑自行车的力矩、踏频、自行车速度等相关信息并通过特定的算法计算，从而控制电机输出动力，做到人骑行时候既不感觉到累，又能够达到锻炼身体的目的。

目前国内外有很多家公司都开发了中置系统，然而各个公司的力矩采集方法都不相同，精度也有所不同，然而中置系统中的力矩传感器又尤为重要，目前国内外对于中置系统中各个部分通常采用分开测试，电机采用测控机进行测试并绘制曲线，而系统中的力矩传感器普遍采用静态扭矩测量方法，即把中置系统的输出牙盘固定，通过扭矩扳手去扳动力输出轴-中轴，施加扭矩，并比对扳手上面的读数和中置系统中扭矩传感器的输出值以验证中置系统中的扭矩传感器是否符合标准，此方案需要人为去施加扭矩，效率较低，人为因素较大，不适合中置电机的批量检测，并且分开测试并不能够反应中置系统的整体性能，因此急需一套能对中置系统力矩传感器进行自动化测试的统一测试系统。

发明内容

本发明目的是：提供一种助力自行车中置系统的测试系统，可以进行批量的自动化测试。

本发明的技术方案是：一种助力自行车中置系统的测试系统，包括安装有Labview软件的工控机和测试系统平台，所述测试系统平台包括用于安装中置系统的中置系统安装座、动力系统平台和磁粉制动器，所述动力系统平台上安装有伺服电机和减速器，所述伺服电机和减速器通过第一转矩转速传感器连接方升套，所述方升套与中置系统的中轴连接，所述中置系统的牙盘通过链条与磁粉制动器连接的齿盘连接，所述磁粉制动器上安装有第二转矩转速传感器，所述工控机与测试系统平台和中置系统连接。

进一步的，所述动力系统平台与丝杆连接，所述丝杆连接丝杆旋转盘。

进一步的，所述伺服电机和减速器通过第一联轴器连接第一转矩转速传感器，所述第一转矩转速传感器通过第二联轴器连接方升套，所述磁粉制动器通过第三联轴器与第二转矩转速传感器，所述第二转矩转速传感器通过第四联轴器与齿盘连接。

进一步的，所述伺服电机和减速器通过键和键槽连接。

进一步的，所述工控机的Labview软件通过串口与DC程控电源通信控制DC程控电源的输出电压、最大电流值。

进一步的，所述工控机通过数据采集卡与测试系统平台通信，所述数据采集卡通过模拟信号和程控加载器通信，所述程控加载器控制磁粉制动器电流。

本发明还公开了一种力矩速度传感器的校准方法，包括如下步骤：

（1）关闭中置系统的电机控制；

（2）通过磁粉制动器加载不同的扭矩值，系统可以比对第二转矩转速传感器的值和中置系统的力矩速度传感器的值，分析力矩中置系统的力矩速度传感器的精度。

本发明还公开了一种电机机械特性曲线绘制方法，包括如下步骤：

（1）控制中置系统的中置电机输出最大速度；

（2）调节磁粉制动器的加载力；

（3）读取第一转矩转速传感器的转矩值T，转速值n，计算中置电机输出功率 _out=；

（4）读取DC程控电源的实时电压值U和电流值I，得到中置电机输入功率为Pin=U*I；

（5）计算中置电机的效率η=Pout/Pin；

（6）通过多点采样和最小二乘法拟合电机的性能曲线。

本发明还公开了一种中置系统的传动机构的老化测试方法，包括如下步骤：

控制中置电机输出最大速度；

磁粉制动器采用频率为1HZ的正弦波形式加载负载；

电机按略大于额定电压、额定频率带负载工作，然后在略小于额定电压下工作。

本发明还公开了一种中置系统的中置电机的跟随曲线绘制方法，包括如下步骤：

设置中置系统在自动工作模式下；

当中置系统中控制器检测到扭矩和转速时，控制器根据得到的转矩控制电机输出1:1的转矩值，通过多点采样，绘制出第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器的转矩曲线。

本发明的优点是：该测试系统结构简单，可以对中置系统进行多种自动化性能测试，避免了人为因素，而且所以的测试是在一台测试系统上统一进行的，使得测试结构更加准确。

该测试系统可以测试的性能包括如下五种：

1.力矩速度传感器的校准、精度标定；

2.电机机械特性曲线绘制；

3.控制器跟随曲线绘制；

4.中置系统中传动机构的老化测试；

5.模拟电池放电曲线，从而推断出不同路况下的续航里程。

该系统提高了中置系统的测试效率，并且可以从整体上反映中置系统的性能，测试结构更加准确，操作更加简单。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明助力自行车中置系统的测试系统的结构示意图；

图2为本发明助力自行车中置系统的测试系统的通信原理框图；

图3为本发明助力自行车中置系统的测试系统的电机机械特性曲线图。

其中：1、测试台底板，2、中置系统安装座，3、方升套，4、联轴器，5、中轴，7、轴承，9、联轴器，10、第一转矩转速传感器，11、动力系统平台，12、联轴器，13、减速器，14、伺服电机，18、丝杆旋盘，20、丝杆，22、磁粉制动器，23、联轴器，25、第二转矩转速传感器，26、联轴器，30、齿盘，31、轴承，34、链条，36、中置系统，37、紧固螺丝，38、牙盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

一种助力自行车中置系统的测试系统主要包括控制部分和测试台两部分，控制部分主要包括安装有Labview软件的工控机、DC程控电源和程控加载器，测试台为硬件连接部分。

测试台包括：测试台底板1上安装的动力部分和负载部分。

一、动力部分

伺服电机14和减速器13通过键和键槽连接，再一起通过联轴器12和第一转矩转速传感器10刚性连接，第一转矩转速传感器10通过联轴器9连接轴承7，轴承7通过联轴器4连接方升套3，以上所述零件统一安装于动力系统平台11，动力系统平台11可以通过调节丝杆旋盘18在丝杆20的带动下，前后移动，以调节方升套3是否和中置系统内的中轴5连接。调节好后通过紧固螺丝37固定。

以上主要目的是调节伺服电机和中置电机中轴准确连接，以达到伺服电机的输出带动中置电机中轴，来模拟人骑自行车，并且伺服电机的输出力矩、速度可以通过第一转矩转速传感器10测量出来。

二、负载部分

中置系统36安装在中置系统安装座2中，中置系统36牙盘38通过链条34联接到齿盘30，齿盘30安装在轴承31内通过联轴器26连接到第二转矩转速传感器25，第二转矩转速传感器25通过联轴器23和程控加载器硬性连接，程控加载器可以控制磁粉制动器22的制动值大小。

磁粉制动器22作为负载模拟部分，可以根据需要调节负载大小，例如模拟上坡路，将负载调大。

控制通信

Labview软件通过串口和DC程控电源通信，能够控制DC程控电源的输出电压、最大电流值，并且还能够读出DC程控电源的实时输出电压电流值。

数据采集卡通过模拟信号和程控加载器通信，程控加载在通过控制磁粉制动器的电流大小，从而达到控制不同的负载力。

数据采集通过两路模拟信号，和伺服电机进行通信，可以分别控制伺服电机的输出速度和扭矩。

扭矩转速传感器输出的扭矩信号为频率信号，转速为一圈固定脉冲数信号，数据采集卡通过采集转矩转速传感器的输出频率和脉冲数来测量扭矩和转速。

Labview软件通过串口和中置系统进行通信，从而达到控制中置电机的目的。

该力矩中置系统的测试系统可以进行自动化性能测试，至少包括下列五种：

1.力矩速度传感器的校准、精度标定；

2.电机机械特性曲线绘制；

3.控制器跟随曲线绘制；

4.中置系统中传动机构的老化测试；

5.模拟电池放电曲线，从而推断出不同路况下的续航里程。

一、力矩速度传感器的校准、精度标定

a)关闭中置系统的电机控制；

b)控制伺服电机在转速100RPM，扭矩输出最大100NM；

c)然后控制磁粉制动器加载不同的扭矩值，力矩传感器的扭矩值完全由磁粉制动器的加载力决定，转速值由伺服电机的转速控制；

d)通过磁粉制动器加载不同的扭矩值，系统可以比对第二转矩转速传感器的值和中置系统的扭矩转速传感器的值，通过多组比对，就可以分析出力矩中置系统的力矩速度传感器的精度。

二、电机机械特性曲线绘制

a)控制中置电机输出最大速度；

b)调节磁粉制动器的加载力；

c)读取第一转矩转速传感器的转矩值T，转速值n，计算中置电机输出功率 _out=；

d)读取DC程控电源的实时电压值U和电流值I，得到中置电机输入功率为Pin=U*I；

e)计算中置电机的效率η=Pout/Pin；

f)通过多点采样，再通过最小二乘法即可拟合出电机的性能曲线如下图3所示。

三、控制器跟随曲线绘制

控制器跟随效果主要是测试中置系统的中置电机的跟随情况，例如整车设置人和电机输出的力矩为1：1。设置中置系统在自动工作模式下，当中置系统中控制器检测到扭矩和转速时，控制器根据得到的转矩控制电机输出1:1的转矩值，整套系统即可通过多点采用，绘制出第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器的转矩曲线，例如，1s钟采集一次电机和人分别输出的力矩。这些离散的点，通过最小二乘法拟合出来，即为一个完整的曲线。通过比对即可分析中置系统的跟随效果是否理想。

四、中置系统中传动机构的老化测试

中置系统中一般电机输出都要经过一个齿轮箱减速后才最终输出，而齿轮箱的传动寿命决定了中置系统的质量。因而需要对中置系统中的传动机构进行老化测试。

做老化测试时，一般直接采用数据采集卡控制中置电机输出最大速度，再通过磁粉制动器采用正弦波形式加负载。正弦波频率为1HZ，这个和人骑自行车的频率接近，负载采用额定功率。电机按1.1倍额定电压、额定频率带负载工作48小时后，在0.9倍额定电压下工作48小时，共连续运转96小时。

五、模拟电池放电曲线，从而推断出不同路况下的续航里程

续航里程预估，可以通过控制程控电源输出模拟电池的放电曲线，并且定容量放电。通过磁粉制动器模拟不同路况，从而模拟在不同路况下，不同容量电池的续航里程。

该系统提高了中置系统的测试效率，并且通过上述五种性能的测试可以从整体上反映中置系统的性能，测试结构更加准确，操作更加简单。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种助力自行车中置系统的测试系统，包括安装有Labview软件的工控机和测试系统平台，其特征在于，所述测试系统平台包括用于安装中置系统的中置系统安装座、动力系统平台和磁粉制动器，所述动力系统平台上安装有伺服电机和减速器，所述伺服电机和减速器通过第一转矩转速传感器连接连接套，所述连接套与中置系统的中轴连接，所述中置系统的牙盘通过链条与磁粉制动器连接的齿盘连接，所述磁粉制动器上安装有第二转矩转速传感器，所述工控机与测试系统平台和中置系统连接；所述动力系统平台与丝杆连接，所述丝杆连接丝杆旋转盘；所述Labview软件通过串口和中置系统的控制器连接通信，控制中置电机；所述Labview软件还通过串口与DC程控电源通信，控制DC程控电源的输出电压、最大电流值；所述工控机通过数据采集卡与测试系统平台通信，所述数据采集卡通过模拟信号和程控加载器通信，所述程控加载器控制磁粉制动器电流。

2.根据权利要求1所述的助力自行车中置系统的测试系统，其特征在于，所述伺服电机和减速器通过第一联轴器连接第一转矩转速传感器，所述第一转矩转速传感器通过第二联轴器连接连接套，所述磁粉制动器通过第三联轴器与第二转矩转速传感器连接，所述第二转矩转速传感器通过第四联轴器与齿盘连接。

3.根据权利要求1所述的助力自行车中置系统的测试系统，其特征在于，所述伺服电机和减速器通过键和键槽连接。

4.采用权利要求1-3任一项所述的助力自行车中置系统的测试系统的一种力矩速度传感器的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）关闭中置系统的电机控制；

（2）通过磁粉制动器加载不同的扭矩值，比对第二转矩转速传感器的值和中置系统的力矩速度传感器的值，分析力矩中置系统的力矩速度传感器的精度。

5.采用权利要求1-3任一项所述的助力自行车中置系统的测试系统的一种电机机械特性曲线绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）控制中置系统的中置电机输出最大速度；

（2）调节磁粉制动器的加载力；

（3）读取第一转矩转速传感器的转矩值T，转速值n，计算中置电机输出功率 _out=；

（4）读取DC程控电源的实时电压值U和电流值I，得到中置电机输入功率为Pin=U*I；

（5）计算中置电机的效率η=；

（6）通过多点采样和最小二乘法拟合电机的性能曲线。

6.采用权利要求1-3任一项所述的助力自行车中置系统的测试系统的一种中置系统的传动机构的老化测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制中置电机输出最大速度；

磁粉制动器采用频率为1HZ的正弦波形式加载负载；

中置电机按略大于额定电压、额定频率带负载工作，然后在略小于额定电压下工作。

7.采用权利要求1-3任一项所述的助力自行车中置系统的测试系统的一种中置系统的中置电机的跟随曲线绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置中置系统在自动工作模式下；

当中置系统中控制器检测到扭矩和转速时，控制器根据得到的转矩控制电机输出1:1的转矩值，通过多点采样，绘制出第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器的转矩曲线。