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制动器试验台的控制方法分析 摘要 汽车制动器事关车辆以及人身安全，故应在制动器惯性试验台架上更好的模拟制动器的路试状况，真实反应制动器的性能。本文将路试车辆的制定车轮在制动时承受载荷具有的能量等效地转化为试验台上的等效转动惯量，然后利用主轴上的飞轮组模拟等效转动惯量，在机械惯量不足的情况下，用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。 对于问题一，根据能量守恒定律，利用大学基本物理知识可以得到等效转动惯量为51.9989kg.m2。 对于问题二，结合力学原理解决等效转动惯量，机电混合模拟法的电惯量补偿问题，可以很快计算三个飞轮的转动惯量分别为，30kg.m2、60kg.m2、120kg.m2，可以得出有8种机械惯量组合，根据电动机能补偿的能量相应的惯量范围，从中可以选出1种补偿方案；即补偿惯量=等效惯量-机械惯量=11.9906 kg.m2 在-30——30之间。 对于问题三，根据驱动电流与力矩的关系，利用动力学建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型为： 和。 对于问题四，根据题中所给数据，在常用的能量误差分析之外引入安全条件分析，求得路试制动能耗与试验台模式的制动能耗的相对能量误差来评定该方法的优劣。相对误差小于5%，说明该方法有效性。以“协调事件”和“加权加速度”为指标，从安全条件角度考虑，该方法超出标准范围，会引起车辆震动和驾驶员不适。 对于问题五，根据问题三的模型，对于各段区间制动减速度汽车的行车制动器（以下简称制动器）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。为了检验设计的优劣，必须进行相应的测试。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。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进行模拟试验。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、试验单轮制动器，而不是同时试验全车所有车轮的制动器。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。 路试车辆指定车轮在制动时承受载荷。将这个载荷在车辆平动时的能量（忽略车轮自身转动的能量）等效地转化为试验台上飞轮等机构转动时的能量，的转动惯量以下转动惯量简称为惯量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。例如，假设有4个飞轮，其单个惯量分别是：10、20、40、80 kg·m2，基础惯量为10 kg·m2，可以组成10，20，30，…，160 kg·m2的16种数值的机械惯量。但对于等效的惯量为45.7 kg·m2的情况，就不能精确地用机械惯量模拟试验。这个问题的一种解决方法是：把机械惯量设定为40 kg·m2，然后在制动过程中，让电动机在一定规律的电流控制下参与工作，补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，。 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。 由于制动器性能的复杂性，电动机驱动电流与时间之间的精确关系是很难得到的。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10 ms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，设计出段驱动电流的值，这个过程逐次进行，直至完成制动。 控制方法优劣能量误差的大小，能量误差通常不考虑观测误差、随机误差和连续问题离散化所产生的误差。现在要求你们： 1. 设车辆单个前轮的滚动半径为0.286 m，制动时承受的载荷为6230 N，求等效的转动惯量 2. 飞轮组由3个外直径1 m、内直径0.2 m的环形钢制飞轮组成，厚度分别为0.0392 m、0.0784 m、0.1568 m，钢材密度为7810 kg/m3，基础惯量为10 kg·m2，问可以组成哪些机械惯量设电动机惯量的范围为 [-30, 30] kg·m2，对于问题1中得到的等效的转动惯量，需要用电