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就制动器试验台的控制方法问题进行了相关研究。针对问题1，假设路试时前轮作无滑滚动，推出载荷在车辆平动时具有的能量计算公式，根据能量与转动惯量的物理关系，建立等效转动惯量依赖于滚动半径和载荷大小的模型（式5-1-3），求得等效转动惯量大小为。针对问题2，将飞轮看成均质的空心圆柱，推导出飞轮的转动惯量计算公式（式5-2-3），分别算出三个飞轮的转动惯量，进而得到其可组成的8种机械惯量：10，40，70，130，100，160，190，220。由电动机能补偿的能量范围及问题1得到的等效转动惯量，可得出电动机需补偿惯量的2个可能值：或。针对问题3，根据驱动电流输出力

2、矩对机械惯量对应力矩的补偿作用，利用角加速度与力矩的物理关系，并就补偿惯量为正、负的情况分别讨论，都推导出驱动电流依赖于制动力矩的数学模型（式5-3-2）。令制动减速度为常数，由题目所给初速度和制动时间，计算得驱动电流的2个可能值：和。针对问题4，制动器吸收能量可由制动力矩和角速度的乘积对时间的积分表示。路试时，代入力矩和角加速度的物理关系，积分可直接求出，即得路试时制动器吸收能量（式5-4-3）；试验台上试验时，制动器吸收的能量中由飞轮组和电动机共同提供，其中飞轮组提供能量可积分直接求出，电动机提供能量等于力矩和角速度乘积值随时间变化曲线与时间轴所围成面积，分析题目所给数据，取样时间等长且

3、间隔很小，故可将曲边梯形面积近似用小长方形面积之和代替，即得试验时制动器吸收能量（式5-4-7）。由题目所给表格，利用EXECL求积、求和，得能量误差为，相对能量误差为，误差较小，所以该电流控制方法较好。针对问题5，根据问题3求解得到的电流和可观测量的瞬时扭矩的函数关系式，取若干时间段研究。每个时刻对应可观测的扭矩和转速，对这些离散的点研究，相当于将连续函数离散化，每一个点代表对应时刻的属性。因为时间间隔很小，根据函数关系式可以根据上一时段的离散变量观测值计算得到本时段电流的大小。根据转速的变化规律和能量守恒，列出相邻时段参量间的关系式。使得计算机可以知道下一时刻该如何响应，建立计算机控制方

4、法模型。针对问题6，考虑到问题5中的电流均以理想值代替实际值，而没考虑可能的干扰因素和因之产生的电流变化。采用PID控制算法建立新的模型，并根据该计算机控制方法进行评价。关键词：等效惯量制动力矩驱动电流离散PID23一、问题重述1.1问题背景汽车的行车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。汽车制动器是汽车制动系统的主要组成部分，使得汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性，使下坡行驶的汽车速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，其性能的优劣直接影响到整车的安全性能。进行制动器试验，检测其装配质量

5、，评价它的综合性能，成为改善制动器制动性能不可或缺的一部分。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

6、器，而不是同时试验全车所有车轮的制动器。1.2制动器试验台原理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在本题中称为等效的转动惯量,试验

7、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。当不能精确地用机械惯量模拟试验时，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。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，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。由于制动器性能的