基于能量补偿的制动器控制器设计

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1、基于能量补偿的制动器控制器设计摘要：制动器的作用是使车辆减速或停止，直接关系到人身和车辆的安全。工程实践中往往是将路试时的能量等效地转化到实验台上来测试制动器的优劣，即主要以实验台的机械惯量来代替路试车轮的等效转动惯量。然而，试验台上机械惯量与等效转动惯量之间往往存在一定的差异，这些差异需试验台以电惯量进行补偿，本文主要目的就是提出相应的电惯量补偿方法，并进行相应的控制器的设计。在不考虑能量的其他损耗情况下，试验台上所有能量是严格遵循能量守恒定律，即电惯量的补偿实质是将补偿的能量转化到试验台上相应制动

2、器上，以达到与相应的路试时的等效转动惯量一致的制动器所吸收的能量。因而，本文针对题目要求求解如下：第一问直接利用能量与惯量的转化关系，求得等效转动惯量。第二问根据圆筒的转动惯量半径及质量进行求解，求得圆筒的机械惯量分别得，不同组合下的机械惯量分别为。所以，补偿惯量分别为。第三问分析试验台上的惯量由飞轮惯量、机械惯量、电动机模拟惯量三部分组成，由能量守恒定律得出总制动力矩为上述三个惯量对应的能量之和，从而建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型为。最后，根据第一、第二问求得的惯量值和第三问中给出的已知

3、条件，求解驱动电流为A。第四问建立能量利用率、能量差等指标（见模型）来评价控制方法优劣。并根据题中所给的数据，求得实际需要补偿能量为11279.31，而理论上为52097.33763，因此可以求出理想下补偿的利用率为0.216505.第五问按照第3问导出的数学模型，给出了相应的计算机控制方法，见第六问针对第五问计算机控制方法中忽略了其他能量损耗的情况，在第5问基础上增加了相应的能量补偿，从而与实际情况更吻合。关键词：等效转动惯量机械惯量电惯量制动器能量守恒一、问题背景制动器是车辆、爬行机械和许多固定设

4、备安全工作的重要装置。随着这些机器工作速度的不断提高，对制动器的要求越来越高。因此，迫切需要对制动器进行深入研究。台架试验是制动器研究中不可缺少的重要环节，它是评价制动器能否满足使用要求的最具权威性试验。所以，研究一种模拟性好，自动化程度高的制动器试验台是非常必要的，传统的惯性式制动器试验台均是利用飞轮的惯性能模拟制动器的负载。现代汽车制造企业的竞争，从产品和服务己扩展到企业的整个供应链之闻的较量。现代汽车制造业精益生产背景下，赋予了汽车安全与质量新的含义，汽车制造企业的目标不再由利润最大化这一短期性

5、的直接动因决定，而是定位在更具广度和深度的战略层面上。对于汽车的性能及行驶人员的人身安全和车辆安全是更多的购买者注意关心的大问题。而其中，汽车的制动器也就成为人们关注的要点问题，因为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，所以对制动器的检验测试也随之变得十分重要。但在车辆设计阶段企业人员是无法进行路试，只能在专门的制动机器试验台上对所设计的路试进行模拟实验，使在模拟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，从而分析所设计的路试时的制动器与相对应的实验

6、台上制动器在制动过程中消耗的能量之差。二、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。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。在道路上测试实际车辆制动器的过程称为路试，其方法为：车辆在指定路面上加速到指定的速度；断开发动机的输出，让车辆依惯性继续运动；以恒定的力踏下制动踏板，使车辆完全停止下来或车速降到某数值以下；在这一过程中，检测制动减速度等指标。假设路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷

7、大，因此轮胎与地面无滑动。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。模拟试验的原则是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。通常试验台仅安装、试验单轮制动器，而不是同时试验全车所有车轮的制动器。制动器试验台一般由安装了飞轮组的主轴、驱动主轴旋转的电动机、底座、施加制动的辅助装置以及测量和控制系统等组成。被试验的制动器安装在主轴的一端，当制动器工作时会使主轴减速。试验台工作时，电动

8、机拖动主轴和飞轮旋转，达到与设定的车速相当的转速(模拟实验中，可认为主轴的角速度与车轮的角速度始终一致)后电动机断电同时施加制动，当满足设定的结束条件时就称为完成一次制动。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。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