制动器实验台的控制与分析(王光龙、皮成军...[一]

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1、制动器实验台的控制与分析楚雄师范学院王光龙皮成军李论摘要:由于汽车在设计阶段无法进行路试检测制动器制动效果，为了检测制动器的综合性能，只能在专门的制动器实验台上对所设计的路试进行模拟实验，而且要求实验台上制动器的制动过程与路试车辆制动器的制动过程尽可能一致。本文从制动器实验台动力学系统数学模型和最小二乘法拟合原理两方面控制和分析制动器试验台的制动效果，并做出评价。关键词：制动试验台；惯量；扭矩；电流；制动20一、问题提出为了检测汽车制动器的综合性能及检验设计的优劣，需要在各种不同情况下进行大量路试。但是，在车辆的设计阶段无法进行路试，只能在专门的制动器试验台上进行实验检测，

2、要求实验台上制动器的制动过程与路试车辆制动器的制动过程尽可能一致，如何从力学、电学的角度出发，建立电动机驱动电流依赖于观测量的数学模型，并设计出电流值与瞬时转速度、瞬时扭矩的计算机控制方法。二、问题分析本题是一个汽车制动器试验台制动性能检测及电流依赖于观测量设计的优化问题。由于在整个过程中车辆平动时具有的能量等效地转化为试验台上飞轮、主轴等机构的转动能量。因此，本题中第一问遵循能量守恒定律，车辆平动时的动量=转化后的能量，由于转化后的能量与转化的等效转动惯量有关，所以，通过此关系可以得到第一个问题中车辆等效的转动惯量。对于第二个问题，由于飞轮可看成是环，也可看为圆柱，根据厚

3、度和内外半径可以求得飞轮的质量，再由质量和惯量之间的关系计算出每个飞轮的惯量和它们组合的惯量，进而可以求出对于问题1中得到的等效的转动惯量电动机所要补偿的惯量。对于第三个问题，我们可从动力学原理出发，求得电动机电流依赖于可观测量的数学模型，进而求得问题1，2条件下的电动机驱动电流。从能量守恒关系、电动机的电流关系以及整个试验系统结构，可建立电动机电流依赖于瞬时速度、转动惯量的数学模型，进而获得某时刻的电流值的计算机控制方法。当然在整个问题求解中我们进一步优化了模型，建立了电动机电流依赖于瞬时速度、瞬时扭矩的优化控制模型，对所获得的电流值计算方法作出了评价。三、符号说明由于问

4、题中涉及符号较多，为使用的方便，下面分小题说明符号。1、：车辆质量：路试车辆开始制动时的速度：路试车辆开始制动时车轮的角速度：车轮半径：车辆前轮承受的载荷：制动器制动扭矩：电动机驱动产生的拖动扭矩：车轮转化的等效惯量：飞轮角加速度：实验台上飞轮的外半径：实验台上飞轮的内半径：电动机的驱动电流。2、：实验台上第一个飞轮的厚度：实验台上第二个飞轮的厚度：实验台上第三个飞轮的厚度：实验台上第一个飞轮的质量：实验台上第二个飞轮的质量：实验台上第三个飞轮的质量：实验台上第一个飞轮的惯量：实验台上第二个飞轮的惯量：实验台上第三个飞轮的惯量：钢材密度20：基础惯量3、：制动器制动扭矩：电

5、动机驱动产生的扭矩：机械的惯量：转化的等效惯量：飞轮初始速度：飞轮的角初速度角：飞轮的末速度：角加速度：飞轮转动时间：电动机驱动电流：电动机驱动电流与产生扭矩的比例系数4、：与路试等效的转动惯量：机械惯量：主轴初转速：末转速：时间步长：发动机半径：第个10的初角速度：发动机的扭矩：第个10的末速度：相对误差：路试时的制动器制动过程中消耗的能量：实验台上制动过程中消耗的能量：路试时的制动器与相应的实验台上制动过程中消耗的能量之差四、模型建立及求解4．1等效转动惯量模型与求解：4．1．1车轮看作圆环时等效转动惯量的模型与求解由于车辆平动时具有的能量等效地转化为实验台上飞轮等机构

6、转动时具有的能量，所以：---------------（1）由圆周运动动力学可得：-----------------------（2）整辆车压在车轮上，所以：-----------------------（3）由（1）（2）（3）可得：代入第一问题中的已知数据，则计算得指定的单个轮子的等效的转动惯量。204．1．2车轮看作圆柱时等效转动惯量的模型与求解整辆车作用于单个前轮，由刚体力学知识，把车轮看作圆柱时的转动惯量为看作圆环时转动惯量的一半。根据刚体力学原理有：------------（1）整辆车压在车轮上，所以：----------------（2）由（1）（2）可得：由

7、已知，则可得指定的单个轮子的等效转动惯量：4．2机械惯量和补偿惯量的模型与求解：4．2．1机械惯量的模型与求解在第二问题条件=0.0392m、=0.0784m、=0.1568m、中，由可得：第一个飞轮的质量第一个飞轮的惯量第二个飞轮的质量第二个飞轮的惯量第三个飞轮的质量20第三个飞轮的惯量4．2．2电动机补偿惯量的模型与求解由于机械惯量等于飞轮的惯量之和再加上基础惯量，所以三个飞轮就可以组成八种机械惯量。第一种：没有装飞轮，所得到的机械惯量为：第二到第四种：分别装单独的每个飞轮，所得到的机械惯量分别为：；；第五种：