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座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略研究

文檔作者：張振巖查宏民胡世廣文檔來源：中國汽車技術(shù)研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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《自動化與儀器儀表》2016年第l期(總第195期)
座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略研究
張振巖，查宏民，胡世廣
(中國汽車技術(shù)研究中心，天津300300)
摘要：針對兩通道座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行控制策略研究。設(shè)備龍門框架結(jié)構(gòu)，作動器電動控制，方便試驗(yàn)時位
置調(diào)整。控制系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行自主研發(fā)PID閉環(huán)伺服控制器，具備力控和位控兩種模式且可進(jìn)行無擾動切換。軟件部分開
發(fā)實(shí)時補(bǔ)償自適應(yīng)控制算法，滿足試驗(yàn)過程中試件剛度變化時系統(tǒng)快速跟蹤響應(yīng)性能。
關(guān)鍵詞：座椅安全帶固定點(diǎn)；PID控制；控制策略
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI編碼：10．14016“cnki．100l一9227．2016．01．007
Abstract：Control stmtegy is studied for two channel fixed point test—bed 0f seat belt．Frame stnlcture is adopted，actuator is elect而c
controlled and easy to adjust position of the test．PID closed一100p servo controller of the hardware part is independentlv developed，which
has two modes of force control and position contml．Real一time compensation adaptive control algorithm of the software part is developed，t0
meet fastⅡ’acking response ped．omance of the system when the seat stiffness changes during the test pmcess．
Key words：Seat belt fixed—point；PID control；Control strategv
0 引言
汽車座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)備是針對汽車座椅安全帶
固定點(diǎn)強(qiáng)度檢測的試驗(yàn)設(shè)備，是保障汽車車輛的安全可靠運(yùn)
行不可缺少的試驗(yàn)檢測設(shè)備，滿足GBl4167—2006《汽車安全
帶固定點(diǎn)》?、GBl5083一1994《汽車座椅強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方
法》舊1標(biāo)準(zhǔn)要求的強(qiáng)度試驗(yàn)、靜態(tài)試驗(yàn)。隨著檢測技術(shù)的發(fā)
展和GB 14167—2013¨j的執(zhí)行，國內(nèi)座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)
設(shè)備許多方面需要進(jìn)一步優(yōu)化以提升系統(tǒng)性能，如作動器位
置及角度調(diào)整方式、系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度、加載過程中試
件剛度變化時系統(tǒng)跟蹤響應(yīng)性能等，為此座椅安全帶固定點(diǎn)
試驗(yàn)系統(tǒng)的控制策略研究具有重要意義。
1 主要機(jī)械結(jié)構(gòu)
設(shè)備機(jī)械部分主要包括基礎(chǔ)框架、液壓伺服缸、升降橫梁、
電機(jī)、減速機(jī)、電葫蘆、直線導(dǎo)軌和滑塊組成，總裝圖如圖1
所不
圖l
基礎(chǔ)框架呆剛型鋼焊接k字型龍fj結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的強(qiáng)
度和剛性，能夠保證加載力10t時形變不超過0．1mm。兩通
道液壓伺服缸，作為汽車座椅安全帶的加載驅(qū)動裝置，分別能
收稿日期：2015—09—10
夠最大輸出4．5t拉力。兩個升降橫梁位于基礎(chǔ)框架的后端，
上下布置，每個升降橫梁的兩端分別安裝蝸輪蝸桿減速機(jī)并
通過同步軸連接，采用三相異步電機(jī)驅(qū)動沿絲杠同步轉(zhuǎn)動，實(shí)
現(xiàn)橫梁高度調(diào)整，同時直線導(dǎo)軌及滑塊在橫梁升降時起到導(dǎo)
向作用。每個升降橫梁上設(shè)置一個平移支座，用于安裝液壓
伺服缸的球鉸尾座，平移支座在水平絲杠絲母及減速機(jī)作用
下實(shí)現(xiàn)左右位置調(diào)整。兩個電葫蘆安裝在基礎(chǔ)框架前端上橫
梁下方，可沿橫梁左右移動，電葫蘆起重鋼絲繩和液壓缸前端
連接，與升降橫梁配合實(shí)現(xiàn)作動器位置和加載角度的調(diào)整，所
有調(diào)整均為電動，操作方便快捷。
2 伺服閉環(huán)控制器
液壓伺服閉環(huán)控制器由載荷控制卡和位移控制卡構(gòu)成，
按功能包括信號反饋接口單元、信號調(diào)理單元、指令給定接口
單元、指令處理單元、HD參數(shù)設(shè)置單元、控制模式切換及反
饋單元、報警單元、限幅環(huán)節(jié)及伺服閥指令處理單元，其控制
分塊圖如圖2所示。
信號反饋接口單元，連接載荷傳感器和位移傳感器信號，
可選擇為單端輸入或差分輸入模式。
信號調(diào)理單元，具有零點(diǎn)和增益調(diào)整功能。通過調(diào)整可
將傳感器反饋信號處理為實(shí)際參與閉環(huán)負(fù)反饋所需信號。
指令給定接口單元，用于連接和接收計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的
控制指令信號。
指令處理單元，包括閉環(huán)控制零點(diǎn)和增益調(diào)整環(huán)節(jié)，當(dāng)報
警時進(jìn)行指令給定封鎖并保持當(dāng)前給定指令值。
圖二控制器分塊圖
PID參數(shù)設(shè)置單元，可進(jìn)行比例、積分、微分環(huán)節(jié)功能選
擇和參數(shù)設(shè)置，對液壓伺服系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行調(diào)整㈨。
控制模式切換及反饋單元，控制器無報警狀態(tài)下，當(dāng)控制
切換指令、載荷控制偏差指令和位移控制偏差指令均滿足條
·7·
萬方數(shù)據(jù)
座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略研究張振巖，等
件且給定使能時，控制器無擾動切換為所需控制模式并反饋
當(dāng)前控制狀態(tài)。
報警單元，當(dāng)載荷反饋信號超出控制器設(shè)定范圍時，控制
器報警并封鎖控制指令給定，使系統(tǒng)停止工作并維持當(dāng)前
狀態(tài)。
限幅環(huán)節(jié)，根據(jù)液壓伺服閥額定電流對控制器指令輸出
進(jìn)行限幅。
伺服閥指令處理單元，將控制器輸出電壓信號轉(zhuǎn)換為伺
服閥所需電流信號。
3 控制流程及算法
調(diào)整好作動器位置和角度，安裝試驗(yàn)夾具并固定待試驗(yàn)
座椅，利用鋼絲繩連接作動器和試件。設(shè)置預(yù)緊載荷F0、加
載段數(shù)K及每段加載載荷F。、加載時間t。保持時間t。。、卸
載時間t。。和報警參數(shù)，其中n=1，2?K。準(zhǔn)備就緒后，啟動試
驗(yàn)，試驗(yàn)控制流程如圖3所示。
首先，試驗(yàn)通道位控模式預(yù)加載，加載到100N時切換至
力控模式，待所有試驗(yàn)通道都切換為力控模式后，同步加載至
預(yù)緊載荷。當(dāng)預(yù)緊就緒后，系統(tǒng)提示是否繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)
設(shè)備和試件狀態(tài)正常后選擇繼續(xù)試驗(yàn)，系統(tǒng)開始進(jìn)行第一階
段加載，加載通道按照設(shè)定的加載速度同步加載至設(shè)定載荷，
然后進(jìn)入保持階段，保持設(shè)定時間進(jìn)入下一加載階段，否則進(jìn)
入卸載階段試驗(yàn)結(jié)束。加載過程中系統(tǒng)實(shí)時顯示載荷位移并
繪制相應(yīng)曲線，并實(shí)時監(jiān)控油源溫度和液位，一旦出現(xiàn)報警情
況或者試件斷裂系統(tǒng)立即自動停止試驗(yàn)。
·8·
圖3系統(tǒng)試驗(yàn)控制邏輯
系統(tǒng)基于高速采集板卡計(jì)時，并以時問為變量，載荷反饋
線性增加到F．。若啟動試驗(yàn)時間為t。，第n段加載起始時間
為t。，實(shí)時時間為t，控制指令為F。，補(bǔ)償后控制指令為F。，反
饋為Ff，則F。=F。一。+(F。一F。一，)／t。。{(t—t。)。當(dāng)加載過程中
試件剛度變化時，系統(tǒng)根據(jù)載荷反饋實(shí)時自動調(diào)整補(bǔ)償控制
指令F；=F。+(F。一F，){(dF，／ds)～，其中dF，／ds表示試件實(shí)
時剛度，有效減小跟蹤誤差，提高系統(tǒng)快速跟蹤性能。
4 試驗(yàn)應(yīng)用
設(shè)置系統(tǒng)兩通道試驗(yàn)參數(shù)：加載點(diǎn)數(shù)，2；預(yù)緊載荷，
500N；加載載荷，1通道6800N／13500N，2通道8400N／
16500N；加載時間，10s／10s；保持時間，1s／2s；卸載時間，2s；衰
減率，50％。試驗(yàn)載荷實(shí)時曲線如圖4所示，其中1通道加載
幅值6834N／13578N，2通道加載幅值8419N／16543N，加載時
間10．16s／10．10s．保持時問1 s／2．04s．系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)高于技
術(shù)要求．性能穩(wěn)定，已長期投入㈣使口用’中$jl v一埔ⅢⅣ-●t硝
4 4 ’ ‘ ‘ ‘ ” ‰E”” ? 。” 。。
圖4載荷實(shí)時曲線
3 結(jié)論
座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備作動器
位置和角度調(diào)整方便快捷，系統(tǒng)響應(yīng)速度快、控制精度高，兩
通道加載同步性好且可進(jìn)行位控力控?zé)o擾動切換，提升試件
剛度變化時系統(tǒng)跟蹤響應(yīng)性能。系統(tǒng)長時間運(yùn)行穩(wěn)定，很好
的滿足了試驗(yàn)需求。
參考文獻(xiàn)
[1] GB_14167—2006汽車安全帶安裝固定點(diǎn)．
[2] GB．15083—2006汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)
方法．
[3] GB 14167—2013汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、Is0FIx固定點(diǎn)系統(tǒng)及上
拉帶固定點(diǎn)
[4]胡壽松．自動控制原理[M]．第四版．北京：科學(xué)出版社，2001．
[5] 童詩白，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．第三版[M]．高等教育出版
社．2004．
[6] 張振巖，查宏民．基于座椅安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)臺的液壓伺服系統(tǒng)性
能分析[J]．企業(yè)與科技，2015．

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