制动器试验台的控制方法的研究与分析

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1、制动器试验台的控制方法的研究与分析摘要本文我们对汽车制动器的控制方法进行研究。本文建立了基于多项式拟合的数学模型，并对模型进行了数值计算、分析、评价和改进。对于问题一：根据试验台的工作原理，利用能量守恒定律和刚体定轴转动的相关知识得到飞轮和主轴等机构转动时的等效转动惯量近似为。对于问题二：根据环形飞轮绕转轴转动的原理，并利用已给参数计算出飞轮的转动惯量，再利用机械惯量、基础惯量、飞轮的转动惯量之间的关系，用排列组合手段计算出了8种不同组合形式的机械惯量，然后用这些不同规格的飞轮组对问题一中车辆的实际情况进行能量等效的模拟，最终

2、得到2种组合方式符合要求，分别需要电动机补偿12㎏·㎡、-18㎏·㎡的惯量。对于问题三：根据电动机的驱动电流与其产生的扭矩成正比以及扭矩和瞬时转速的关系，推出了驱动电流与瞬时扭矩和瞬时转速之间的关系式，进而建立了电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型。最后将文中给出的具体数据代入模型中，得到飞轮组仅装有飞轮1时，其驱动电流为:飞轮组仅装有飞轮2时，其驱动电流为：。对于问题四：在对所给数据进行作图分析的基础上，建立了能量消耗模型，然后分别求出了路试消耗的能量和试验台上消耗的能量，最后从能量误差的角度上得到所设计的路试时的制动器与

3、相对应的实验台上制动器在制动过程中消耗的能量的相对误差为1.39%，从而得出该控制方法能够比较好的反映现实中汽车制动时能量的变化，具有较好的仿真效果。对于问题五：在问题三的模型的基础上，我们建立了基于多项式拟合的数学模型，通过分别对角速度和扭矩进行拟合来实现根据前一个时间段观测到的瞬时转速或瞬时扭矩来控制本时间段的瞬时转速。然后就此控制方法对问题四所给数据从能量误差的角度上得到路试的制动器与试验台上的在制动过程中消耗能量的相对误差为5.63%；最后得出此控制方法有一定的可行性但控制精度不够高有待改进。对于问题六：建立了改进的控

4、制方法模型，考虑到在制动过程中角加速度并不是恒定的，对每个时段的加速度用权重来刻画，并通过搜索得到最优解。最后得到两者消耗能量的相对误差为0.19%，是相对较为完善的控制方法。最后，就所建的模型进行了改进和推广。关键字：模拟试验等效转动惯量多项式拟合计算机控制方法22/221.问题重述1.1问题背景汽车的行车制动器（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

5、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

6、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

7、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。例如，假设有4个飞轮，其单个惯量分别是：10、20、40、80kg·m2，基础惯量为10kg·m2，则可以组成10，20，30，…，160kg·m2的16种数值的机械惯量。但对于等效的转动惯量为45.7kg·m2的情况，就不能精确地用机械惯量模拟试验。这个问题的一种解决方法是：把机械惯量设定为40kg·m2

8、，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。一般假设试验台采用的电动机的驱动电流与其产生的扭矩成正比（本题中比例系数取为1.5A/N·m）；且试验台工作时主轴的瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量。由于制