制动器试验台的控制方法分析

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1、制动器试验台的控制方法分析摘要制动器的设计是车辆设计中最重要的环节之一，直接影响着人身和车辆的安全。为了检验设计的优劣，必须进行相应的测试。为了检测制动器的综合性能，需要在各种不同情况下进行大量路试。但是，车辆设计阶段无法路试，只能在专门的制动器试验台上对所设计的路试进行模拟试验。本文通过建立驱动电流模型和能量误差模型分析评价了模拟试验的优劣。对于问题一，根据题目中等效转动惯量的定义建立了等量关系，代入数据直接求得了等效转动惯量；对于问题二，通过查找资料，得到了飞轮此类结构的转动惯量，可求出3个飞轮的单个惯量，再与基础惯量组合，形成了8种机械

2、惯量，与问题一求出的等效转动惯量相比较，再结合补偿范围，从而求得需要驱动电流补偿的惯量；对于问题三，由题可知该过程为恒扭矩制动，而由于机械惯量不足需要补偿的能量由驱动电流提供，所以有等量关系，根据所给数据求出驱动电流的值。通过问题三的引导，进一步建立模型一，电动机在一定规律的电流控制下参与工作，补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，易知在10ms的时间段内制动器吸收的能量及驱动电流提供的能量，建立等量关系，可求得驱动电流提供的力矩为，从而求得每个时间段的驱动电流，利用MATLAB对整个过程求和，可得出该制动过程所需提供的驱动电流。要评价模拟实验的

3、优劣，需建立重要指标能量误差的模型，该能量误差的产生是由于转速是不断变化的过程，而所提供的驱动电流只能在某时间段给一定值，不是一个连续的过程。理论上驱动电流应提供的能量为，实际上据可观察量计算每一时间段补偿能量为，两者之差即为能量误差，用MATLAB工具箱绘制其图像，可发现能量误差在0附近上下波动，从而认为试验台制动器模拟路试制动器方案具有一定的合理性。另外，本文的特色是考虑到制动过程中风阻和轴承摩擦等阻力产生的系统损耗不可避免，又进一步对其分析，求出了制动过程中补偿系统损耗所需要驱动电流。关键词：驱动电流能量补偿分析能量误差系统损耗微元分析

4、法11一问题重述汽车的行车制动器（以下简称制动器）联接在车轮上，它的作用是在行驶时使车辆减速或者停止，为了检测制动器的优劣性需要在道路上进行路试。但是，车辆设计阶段无法路试，只能在专门的制动器试验台上对所设计的路试进行模拟试验。模拟试验的原则是在试验台上制动器的制动过程与路试车辆上制动器的制动过程尽可能一致。本文需解决的问题是评价模拟试验的劣性，其中重要指标是能量误差的大小，即所设计的路试时的制动器与相应的试验台上的制动器在制动过程中消耗的能量之差。以此建立数学模型对能量误差进行量化分析并作出评价。然后根据建模分析的结果，提出改进后的计算机控

5、制方法。二问题分析2.1路试过程分析据题中路试方法可知，制动过程中车辆以恒定的加速度减速运行直至停止或降至某数值以下。在对路试的能量分析中，可以匀减速过程处理。路试车辆的指定车轮在制动时承受载荷。将这个载荷在车辆平动时具有的能量（忽略车轮自身转动具有的能量）等效地转化为试验台上飞轮和主轴等机构转动时具有的能量，与此能量相应的转动惯量(以下转动惯量简称为惯量)在本题中称为等效的转动惯量。问题一中载荷在平动时的能量为，对应试验台上的能量为，所以有等量关系：而及代入上式得题中数据均已知，易求出等效的转动惯量为52kg·m2。2.2试验台制动过程分析

6、惯量是试验台制动器中的重要试验参数，惯量模拟的精度直接影响实验结果的精度。试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量称为基础惯量。飞轮组由若干个飞轮组成，使用时根据需要选择几个飞轮固定到主轴上，这些飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。假设有n个飞轮，单个惯量为、、……，基础惯量一定，则可以组成种数值的机械惯量。问题二中飞轮为圆筒类，查找资料[4]得：转动惯量J=其中m=，可推出单个惯量11代入三组数据得出单个惯量分别为30kg·m2、60kg·m2、120kg·m2，可组成8种数值的机械惯量，分别为10kg·m2、40kg·m2、70kg·m2

7、、100kg·m2、130kg·m2、160kg·m2、190kg·m2、220kg·m2。但是，机械惯量必然存在级差，所以对于等效的转动惯量恰好不在机械惯量数值中的情况，可以把机械惯量定为某一个值，然后在制动过程中，让电动机在一定规律的电流控制下参与工作，补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，从而满足模拟试验的原则。所以问题二中所需电动机补偿的惯量即为机械惯量与等效转动惯量的差值。设电动机能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30,30]kg·m2，所以可设机械惯量为40kg·m2，需要补偿的惯量为12kg·m2。2.3评价控制方法分析由于制动器性

8、能的复杂性，电动机驱动电流与时间之间的精确关系是很难得到的。工程实际中常用的计算机控制方法是：把整个制动时间离散化为许多小的时间段，比如10ms为一段，然后根据前面