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制动器试验台的控制方法分析

摘要

汽车制动性能的检测是机动车安全技术检验的重要内容之一，制动器的设计也

成为车辆设计中重要的环节，在车辆设计阶段需要在制动试验台上对路试制动情

况进行模拟，本文主要对制动试验台上的一系列问题进行了研究。

对问题1，我们利用能量守恒定律，把车辆平动时具有的动能等效地转化为试

验台上飞轮和主轴等机构转动时具有的转动动能，以此求得等效的转动惯量为。

对问题2，根据刚体转动知识建立了飞轮转动的积分模型，求得3个飞轮的转

动惯量，进而可以组合成8种机械惯量。由电动机补偿惯量的范围及问题1等效

的转动惯量，可以计算出需要电动机补偿的惯量为，或，考虑节能时，取补偿惯

量为。

对问题3，由机械动力学知识建立刚体转动的微分模型，可以得到电动机驱动

电流依赖于可观测量（主轴的扭矩）的数学模型表达式为，代入已知数据可以计

算出驱动电流为。

对问题4，通过固定机械惯量与路试时的转动惯量进行比较，确定电惯量的补

偿量，进而确立了混合惯量模拟方法，建立微分方程模型，求出主轴扭矩为恒定

值，又对实验的数据与理论值进行比较，用隔项逐差法分析了相对误差的大小

分别为，可以得知该控制方法是切实可行的。

对问题5，我们可以根据自动控制原理建立单闭环反馈系统，通过传感器检测

出主轴的扭矩，通过线性关系建立差分模型，可依据前一时间段观测到的瞬时扭

矩，求出前段时间的电流值，并可预测出本时段驱动电流的值。将能量误差等效

为预测电流值与理论值的相对误差，利用问题4的数据，分析处理得到的相对误

差为，此控制方法比较合理。

对问题6，我们分析了上个模型在实际模拟时要受到转速的影响，可在模型5

的系统上再加上一个转速反馈，建立双闭环反馈系统，反应了转速与扭矩的关系

（常数），可预测出下段时间的电流。由问题4求出扭矩和转速的相对误差的倒

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数的比重等效为预测的电流、的权重，对其加权求和后计算出与其理论值的相对

误差为，此系统的控制方法较问题5更加合理一些。

关键词：转动惯量电惯量微分模型逐差法相对误差闭环反馈系统

一、问题的背景近年来，随着汽车制动性能的检测已由经验定性型向仪器化

的定量与定性相结合方向发展，由路试向台架检测发展。由于汽车设计阶段不能

进行路试，需在特定的制动试验台检测汽车的制动性来替代路试，还可以免除用

路试检测制动性能的一些弊端，汽车制动试验台的型式主要有滚筒式和平板式。

目前国内使用较多的制动器试验台中，惯量的模拟完全依靠飞轮的转动机械惯量

来实现。

这种模拟方法主要有以下问题:(l)完全用机械惯量模拟等效转动惯量时需要

很多片飞轮，使得试验台的体积庞大，操作不方便。(2)在试验过程中，不能连

续改变惯量。另一种惯量模拟方法是采用“电惯量”进行模拟。其基本思想是

通过调速控制电动机的转矩或者转速，使得电惯量系统受载后的动力特性与机械

惯量系统动力特性一致，即转速变化一致，实现惯量模拟。它可以在整个模拟范

围内连续模拟惯量。但是，纯粹的电惯量系统模拟大惯量时要求电动机的容量相

当大，增加了控制难度，加之电惯量系统耗电量大，试验成本大幅度提高。混

合惯量模拟方法的提出采用机械惯量和电惯量混合模拟可以克服单纯