制动器试验台的控制方法.doc

3 制动器试验台的控制方法摘要行车制动器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。本文研究了行车制动器模拟试验台的控制方法。对于物理学问题一,采用量纲分析法建立 Bukingham ?等效惯量模型 I( ), 解出问题一的等效惯量 J kg m ? ?。在问题二中,参照物理学惯量公式,计算出 3种飞轮的转动惯量,建立了基于集合原理的组合计数模型 II( ) ,得到飞轮可组成 8 种不同数值的机械惯量(如表 1 所示),再根据问题 1中得到的等效的转动惯量,需要用电动机补偿 212 kg m ?的惯量。问题三是在假设条件的前提下,以时间为变量,建立电流为可观测量始末速度与时间的差分方程模型 III ( ),得到驱动电流 I A ?。在问题四中,利用给出的某种试验数据,建立以损失能量的评判标准的评价模型 IV ( ),得到评价结果( ) f c ?,说明该模拟试验可行。问题五是模型三的改进,由于模型三中假设电流恒定不变与实际模拟不符,模型 V 避免该缺陷,把电流离散化处理,建立差分方程模型 V( ),并对其进行评价。在问题六中,问题五中所建立的模型的不足之处笔者进行了详细的分析后,考虑到制动时车轮角速度与飞轮组角速度不始终一致的关系,确定出控制电动机补偿时间的方法,建立了计算机控制的完美模型 VI() 、() 和() 。最后,笔者对数字结果进行了合理的检验, 建立了 MATLAB 程序验证(程序见附录)能通过的数据比例为:364 100% % 467 ? ?,检验显示结果完全符合实际。对制动器试验的重要性做出了明确判断,对汽车驾驶员正确使用刹车装置起到了指导性作用, 极符合实际生活生产之需要。【关键词】模拟试验;量纲分析;差分方程;离散化;计算机控制 4 一、问题的重述汽车的行车制动器是联接在车轮上的制动装置,其作用是使处在行驶过程中的车辆减速或者停止,它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。为了检验设计的优劣,必须进行相应的测试。在各种不同情况下进行大量路试能够检测制动器的综合性能。但在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路试模拟试验。试验的原则是试验台制动器的制动过程与路试车辆制动器的制动过程尽可能一致。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。路试车辆的指定车轮在制动时承受载荷,将此载荷在车辆平动时所具有的能量等效地只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。飞轮组由若干个飞轮构成,固定到主轴上的飞轮根据需要选择其个数,这些飞轮的转动惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。一般情况下,安装的试验台的机械惯量与等效转动惯量不等,不能精确地用机械惯量模拟试验。模拟试验的原则:把机械惯量设定为小于且最接近等效转动惯量,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,补偿因机械惯量不足而缺少的能量。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。制动器性能的复杂性导致电动机驱动电流与时间之间的精确关系难以得到。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,再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,逐次进行此过程,直至完成制动。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的能量之差的大小是评价控制方法优劣的一个重要数量指标。现在的问题是:如何求解等效的转动惯量?电动机如何计算补偿惯量的大小?若干环形钢制飞轮能够组成哪些不同机械惯量的飞轮组?怎样建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型?假设制动减速度为常数时,发动机的驱动电流情况怎样? 对于与所设计的路试等效的转动惯量,利用已得到的数据评价该控制方法的优劣?如何设计离散化后的时间段电流值的计算机控制方法?此法的不足之处在哪里?如何完善? 5 二、模型的假设(1)在车辆平动时,忽略车轮自身转动所具有的能量; (2)在模拟试验中,可认为主轴的角速度与车轮的角速度始终一致; (3)在路试过程中车辆所受其它阻力忽略不计而制动阻力恒定,则车辆作匀减速运动; (4)路试车辆的指定车轮在制动时承受载荷且平动时,忽略车轮自身转动具有的能量; (5)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; (6)制动器试验台采用的电动机的驱动电流与其产生的扭矩成