制动器实验台的控制方法分析方案.docVIP

制动器试验台的控制方法分析方案 摘要 汽车制动器是汽车制动系统的主要组成部分，它使得汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向的稳定性，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静止不动，所以其性能的优劣直接影响到人身和车辆的安全，汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。进行制动器试验，检测其装配质量，评价它的综合性能，已成为改善制动器制动性能不可或缺的一部分。因此，研制一种模拟性能好、试验精度高的制动器综合性能试验台十分必要。本文研究的制动器试验台的控制方法要求在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，通过研究题中已设计的某种控制方法及对其进行评价，最后我们设计了一种新的计算机控制方法。 对于第一题，我们首先想到的是刚体的转动惯量是刚体的一种内在属性，故我们可以假设车轮为一个均匀分布的圆环，根据圆环的转动惯量公式：求得解为52。而第二题中要求的是环形刚制飞轮的转动惯量，同理把飞轮也当作均质空心圆柱体，我们很容易根据圆盘的转动惯量求解公式推导出空心圆柱体的转动惯量公式建立模型：，即可求得所需解。 对于第三题我们有两种理解方式，第一种是认为题目中提到的可观测量是指前一段时间的瞬时转速与瞬时扭矩，解答过程是以加速度为桥梁，而电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型也是以加速度为桥梁建立起来的；而第二种是认为所谓的观测量是指该段时间的瞬时转速与瞬时扭矩。我们可以根据机械动力学原理中力矩平衡方程式建立模型，还可以根据电动机扭距与制动器扭距共同提供的合扭距所做的功使得车轮的动能发生改变来建立模型。并就后面的两个模型进行了求解。发现结果相同，说明这两种方法都是可行的。 第四题主要是利用了制动器试验台试验前后动能差与制动器制动能量的对比来求在制动器制动与电动机补偿过程中的能量损耗，从而来对该问方法执行的结果进行评价。而第五问模型是基于模型三的一个改进，根据前一个时间段观测到的瞬时转速与瞬时扭矩，结合第三问的模型，可得出表达式，通过调整最初的瞬时扭矩，便可使其逐渐趋于正常。第六问模型是将方案改为，恰好弥补了第五问模型中的缺陷，得到所要的结果。 关键词：制动器试验台 转动惯量 制动器制动性能 瞬时扭矩 一．问题的重述 汽车的行车制动器的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。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，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。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。试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量称为基础惯量。飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。 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1.5 A/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。 工程实际中常用的计算机控制方法是：把整个制动时间离散化为许多小的时间段，比如10ms为一段，然后根据前面时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计出本时段驱动电流的值，这个过程逐次进行，直至完成制动。 评价控制方法优劣的一个重要数量指标是能量误差的大小，本题中的能量误差是指所设计的路试时的制动器与相对应的实验台上制动器在制动过程中消耗；根据以上说明来解答以下问题： 1.设车辆单个前轮的滚动半径为0.286m，制动时承受的载荷为6230N，求等效的转动惯量。 2.飞轮组由3个外直径1m、内直径0.2m的环形钢制飞轮组成，厚度分别为0.0392m、0.0784m、0.1568m，钢材密度为7810kg/m3，基础惯量为10kg·m2，求可以组成的哪几种机械惯量，设电动机能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30, 30] kg·m2，对于问题1中得到的等效的转动惯量，求需要用电动机补偿的惯量为多大。 3.建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型。 在问题1和问题2的条件下，假设制动减速度为常数，初始速度为50 km/h，制动5.0秒后车速为零，计算驱动电流。 4.对于与所设计的路试等效的转动惯量为48 kg·m2，机械惯量为35 kg·m2，主轴初转速为514转/分钟，末转速为257转/分钟，时间步长为10 ms的情况，用某种控制方法试验得到的数据见附表。请对该方法执行的结果进行评价。