制动器试验台模型与电惯量控制方法的研究.doc

制动器试验台模型与电惯量控制方法的研究 摘要 本文研究了制动器试验台机械惯量电模拟控制方法。利用物理学的刚体动力学理论，给出了制动器试验台工作时所满足的动力学方程模型，结果如下所示： 问题1：根据有效转动惯量的定义，利用公式：，得到等效的转动惯量为51. 。 问题 2：利用转动惯量的普遍定义式： ，考虑飞轮的质量分布性质，计算了厚度为0.0392 m、0.0784 m、0.1568 m，，。共有八种组合机械惯量。此外，对于问题1中得到的等效转动惯量时, 相应的补偿为12.； 机械惯量为69.9862时，相应的补偿为-17.。 问题 3：利用物理学的刚体运动学理论，建立了电动机驱动电流与可观测量角速度和瞬时扭矩所满足的微分方程：。在问题1和2条件下，计算所给例子的驱动电流有两种可能：= 174.;=262.。 问题 4：对问题所给的某测量数据，一种分析方法是将理论瞬时扭矩曲线和实际测量的扭矩曲线进行比较，发现两个图像能较好的吻合；另一方面我们从能量误差分析入手，得到了理论结果和试验数据误差范围在6%之内。从这两方面可以看出该控制较好的模拟了路试情况。 问题 5：利用问题3给出的数学模型，我们给出了一种电流的计算机控制方法：。此方法控制的电流只依赖于一个参量，故方法较简单、直观，但由于依赖的参数对电机有反馈作用，故控制不准确。 问题 6：问题5中提出的方法，其不足之处就是没有从计算机控制方法的优劣标准出发。以能量误差作为重要标准，我们提出了控制方法需要满足的两个条件：1）路试时的制动器吸收的能量与制动器试验台制动中吸收的一样；2）路试时的制动器吸收的能量随时间的变化与制动器试验台制动中的情况一样，从而提出了一个比较完善的控制方法：，通过对瞬时扭矩的测量就可以给出下一个时刻电流的大小。 关键词： 制动器试验台架 刚体 惯量 扭矩 计算机控制 1 问题概述 1.1背景 汽车已成为方便、快捷的交通运输工具，在人类社会的政治、经济、生活各个领域已占据相当重要的地位,为人类经济的发展和社会的进步做出了巨大的贡献，它已成为人类文明与进步的象征和标志之一。但是，其负面效应交通事故已是世界性的严重社会问题。 据有关报道，自从有机动车道路交通事故记录以来，全世界已有3200余万人死于道路交通事故。我国目前的汽车保有量只有世界汽车总量的2％，但是交通事故死亡人数却占到了全世界的15％。在所有的交通事故中，因机动车机械故障的比例占5％左右，而由于制动原因而直接引起的交通事故占总机械故障事故数的60％左右，可见车辆制动系统在车辆的安全方面扮演着至关重要的角色。 1.2汽车制动器以及路试方法 制动系统是指汽车上用以使外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置。其作用是使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。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。由于车辆设计阶段无法路试，只能在专门的制动器试验台上进行模拟试验，所以试验台工作时，电动机拖动主轴和飞轮旋转，达到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。 2 符号说明及物理量概念的定义 2.1 符号说明 符号 物理含义 力矩（） 电动机产生的拖动力矩（） 制动器制动力矩（瞬时力矩）（） 转动惯量（） 有效转动惯量（） 机械转动惯量（） 角速度 初始角速度 时间 力矩做的功 角度 转速 初始转速 半径 制动时承受的载荷力 质量 重力加速度() 密度() 厚度 比例系数（） 2.2 物理量概念的定义 1. 角速度：连接运动质点和圆心的半径在单位时间内转过的弧度叫做“角速度”。它是描述物体转动或一质点绕另一质点转动的快慢和转动方向的物理量。可用运动物体与圆心联线所转过的角位移和所对应的时间之比表示。 2. 角加速度：角加速度是角速度随时间的变化率。定义公式为： 3．扭矩：扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，定义公式为。 4. 等效惯量：将路试车辆的指定车轮在制动时承受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就称为等效惯量。 5. 基础惯量：试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量，单位为。 6. 机械惯量：将由若干个飞轮组成的飞轮组固定到主轴上