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座椅安全带固定点试验系统控制策略研究

文档作者：张振岩查宏民胡世广文档来源：中国汽车技术研究中心		点击数：	更新时间： 2021年05月10日
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《自动化与仪器仪表》2016年第l期(总第195期)
座椅安全带固定点试验系统控制策略研究
张振岩，查宏民，胡世广
(中国汽车技术研究中心，天津300300)
摘要：针对两通道座椅安全带固定点试验设备进行控制策略研究。设备龙门框架结构，作动器电动控制，方便试验时位
置调整。控制系统硬件部分进行自主研发PID闭环伺服控制器，具备力控和位控两种模式且可进行无扰动切换。软件部分开
发实时补偿自适应控制算法，满足试验过程中试件刚度变化时系统快速跟踪响应性能。
关键词：座椅安全带固定点；PID控制；控制策略
中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI编码：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
汽车座椅安全带固定点试验设备是针对汽车座椅安全带
固定点强度检测的试验设备，是保障汽车车辆的安全可靠运
行不可缺少的试验检测设备，满足GBl4167—2006《汽车安全
带固定点》⋯、GBl5083一1994《汽车座椅强度要求及试验方
法》旧1标准要求的强度试验、静态试验。随着检测技术的发
展和GB 14167—2013¨j的执行，国内座椅安全带固定点试验
设备许多方面需要进一步优化以提升系统性能，如作动器位
置及角度调整方式、系统响应速度和控制精度、加载过程中试
件刚度变化时系统跟踪响应性能等，为此座椅安全带固定点
试验系统的控制策略研究具有重要意义。
1 主要机械结构
设备机械部分主要包括基础框架、液压伺服缸、升降横梁、
电机、减速机、电葫芦、直线导轨和滑块组成，总装图如图1
所不
图l
基础框架呆刚型钢焊接k字型龙fj结构，具有较强的强
度和刚性，能够保证加载力10t时形变不超过0．1mm。两通
道液压伺服缸，作为汽车座椅安全带的加载驱动装置，分别能
收稿日期：2015—09—10
够最大输出4．5t拉力。两个升降横梁位于基础框架的后端，
上下布置，每个升降横梁的两端分别安装蜗轮蜗杆减速机并
通过同步轴连接，采用三相异步电机驱动沿丝杠同步转动，实
现横梁高度调整，同时直线导轨及滑块在横梁升降时起到导
向作用。每个升降横梁上设置一个平移支座，用于安装液压
伺服缸的球铰尾座，平移支座在水平丝杠丝母及减速机作用
下实现左右位置调整。两个电葫芦安装在基础框架前端上横
梁下方，可沿横梁左右移动，电葫芦起重钢丝绳和液压缸前端
连接，与升降横梁配合实现作动器位置和加载角度的调整，所
有调整均为电动，操作方便快捷。
2 伺服闭环控制器
液压伺服闭环控制器由载荷控制卡和位移控制卡构成，
按功能包括信号反馈接口单元、信号调理单元、指令给定接口
单元、指令处理单元、HD参数设置单元、控制模式切换及反
馈单元、报警单元、限幅环节及伺服阀指令处理单元，其控制
分块图如图2所示。
信号反馈接口单元，连接载荷传感器和位移传感器信号，
可选择为单端输入或差分输入模式。
信号调理单元，具有零点和增益调整功能。通过调整可
将传感器反馈信号处理为实际参与闭环负反馈所需信号。
指令给定接口单元，用于连接和接收计算机系统发出的
控制指令信号。
指令处理单元，包括闭环控制零点和增益调整环节，当报
警时进行指令给定封锁并保持当前给定指令值。
图二控制器分块图
PID参数设置单元，可进行比例、积分、微分环节功能选
择和参数设置，对液压伺服系统的控制性能进行调整㈨。
控制模式切换及反馈单元，控制器无报警状态下，当控制
切换指令、载荷控制偏差指令和位移控制偏差指令均满足条
·7·
万方数据
座椅安全带固定点试验系统控制策略研究张振岩，等
件且给定使能时，控制器无扰动切换为所需控制模式并反馈
当前控制状态。
报警单元，当载荷反馈信号超出控制器设定范围时，控制
器报警并封锁控制指令给定，使系统停止工作并维持当前
状态。
限幅环节，根据液压伺服阀额定电流对控制器指令输出
进行限幅。
伺服阀指令处理单元，将控制器输出电压信号转换为伺
服阀所需电流信号。
3 控制流程及算法
调整好作动器位置和角度，安装试验夹具并固定待试验
座椅，利用钢丝绳连接作动器和试件。设置预紧载荷F0、加
载段数K及每段加载载荷F。、加载时间t。保持时间t。。、卸
载时间t。。和报警参数，其中n=1，2⋯K。准备就绪后，启动试
验，试验控制流程如图3所示。
首先，试验通道位控模式预加载，加载到100N时切换至
力控模式，待所有试验通道都切换为力控模式后，同步加载至
预紧载荷。当预紧就绪后，系统提示是否继续进行试验，确认
设备和试件状态正常后选择继续试验，系统开始进行第一阶
段加载，加载通道按照设定的加载速度同步加载至设定载荷，
然后进入保持阶段，保持设定时间进入下一加载阶段，否则进
入卸载阶段试验结束。加载过程中系统实时显示载荷位移并
绘制相应曲线，并实时监控油源温度和液位，一旦出现报警情
况或者试件断裂系统立即自动停止试验。
·8·
图3系统试验控制逻辑
系统基于高速采集板卡计时，并以时问为变量，载荷反馈
线性增加到F．。若启动试验时间为t。，第n段加载起始时间
为t。，实时时间为t，控制指令为F。，补偿后控制指令为F。，反
馈为Ff，则F。=F。一。+(F。一F。一，)／t。。{(t—t。)。当加载过程中
试件刚度变化时，系统根据载荷反馈实时自动调整补偿控制
指令F；=F。+(F。一F，){(dF，／ds)～，其中dF，／ds表示试件实
时刚度，有效减小跟踪误差，提高系统快速跟踪性能。
4 试验应用
设置系统两通道试验参数：加载点数，2；预紧载荷，
500N；加载载荷，1通道6800N／13500N，2通道8400N／
16500N；加载时间，10s／10s；保持时间，1s／2s；卸载时间，2s；衰
减率，50％。试验载荷实时曲线如图4所示，其中1通道加载
幅值6834N／13578N，2通道加载幅值8419N／16543N，加载时
间10．16s／10．10s．保持时问1 s／2．04s．系统技术指标高于技
术要求．性能稳定，已长期投入㈣使口用’中$jl v一埔ⅢⅣ-●t硝
4 4 ’ ‘ ‘ ‘ ” ‰E”” ⋯ 。” 。。
图4载荷实时曲线
3 结论
座椅安全带固定点试验系统控制策略，实现设备作动器
位置和角度调整方便快捷，系统响应速度快、控制精度高，两
通道加载同步性好且可进行位控力控无扰动切换，提升试件
刚度变化时系统跟踪响应性能。系统长时间运行稳定，很好
的满足了试验需求。
参考文献
[1] GB_14167—2006汽车安全带安装固定点．
[2] GB．15083—2006汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验
方法．
[3] GB 14167—2013汽车安全带安装固定点、Is0FIx固定点系统及上
拉带固定点
[4]胡寿松．自动控制原理[M]．第四版．北京：科学出版社，2001．
[5] 童诗白，华成英．模拟电子技术基础．第三版[M]．高等教育出版
社．2004．
[6] 张振岩，查宏民．基于座椅安全带固定点试验台的液压伺服系统性
能分析[J]．企业与科技，2015．

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