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本文对模拟路试的制动器试验台中的转速和能量变化进行分析，建立了依赖于转速的能量补偿非线性模型，并求解了模型。基于现代控制理论，提出了相应的计算机控制方法。通过数值例子和仿真，验证了模型的合理性以及所采用的控制策略的有效性。此模型进行了分析与评价。利用物理学知识，针对问题一，求解得到等效转动惯量约为52；针对问题二，求解得到符合条件的飞轮组组合为基础惯量和1号飞轮（即厚度为0.0392的飞轮）、基础惯量和2号飞轮（即厚度为0.0784的飞轮），其补偿惯量对应的能量分别约为：11和-18。为了补偿

2、由于机械惯量不足而缺少的能量，以满足模拟试验的原则，基于离散化过程和测度反馈的思想，建立了驱动电流依赖于瞬时转速的非线性模型。由此模型得到问题三结果，符合条件的驱动电流稳定值趋向于174.6882A和-262.4956A。对于问题四，以误差计算的方法，判定其控制方法的优劣，得到该控制方法的补偿能量百分比约为98.07%。进一步，以上述模型为基础，为了减小能量误差，针对问题五和问题六，我们设计了两种计算机控制方法。针对问题五的控制方法，得到其补偿能量百分比达到99.37%。在此基础上，通过引入自适应系数，使得该模型具有灵活性

3、和更广泛的实用性。最后，本文简要描述了以上两个模型的优缺点及改进方向。关键词：转动惯量扭矩补偿能量百分比控制方法30一、问题背景如今，汽车使用越来越广泛。汽车制动器的设计是车辆设计中最重要的环节之一。制动器是关系到行车安全的关键设备，其质量至关重要，完善的测试体系和测试设备更是保证产品质量的前提，直接影响着人身和车辆的安全。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。本文将针对这个问题，对汽车控制器试验台的控制方法进行分析。二

4、、问题重述我们要对汽车控制器试验台的控制方法进行分析，就应该了解测试模拟实验的方法与原则[3][4]。一方面，在道路上测试实际车辆制动器的过程（称为路试），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。而且，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。另一方面，这种测试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

5、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，电动机拖动主轴和飞轮旋转，达到与设定的车速相当的转速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。此外，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

6、(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。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，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。30三、基本假设3.1基本假设通过对该问题的分析，我们做出如下

7、假设：1.假设路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，轮胎与地面无滑动，且摩擦力产生的扭矩忽略不计；2.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1.5）；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；3.假设车轮自身转动具有的能量不计；4.假设不考虑观测误差、随机误差和连续问题离散化所产生的误差；5.假设车辆在路试的制动过程中作匀减速运动；6.车辆路试和测试中的制动扭矩相等且为常量；7.车辆在测试过程中，每一个小时间段内角加速度是一个常量。四、符号说明4.1符号说明符号表示符号含义单位等

8、效转动惯量车辆平动时具有的能量（或等效功）车的载荷重力加速度，取值9.8车的载荷质量表示车的行驶速度飞轮转动角速度车轮半径30钢材密度第i个飞轮的转动惯量第i个飞轮的外半径第i个飞轮的质量第i个飞轮的外半径第i个飞轮的厚度，补偿的能量相应的惯量车轮的机械惯量驱动电流产生的扭矩制动力产生的扭矩，车行驶初速