汽车制动器试验台的控制方法与仿真.docVIP

汽车制动器试验台的控制方法与仿真 摘 要：通过对制动器试验台工作原理的研究，基于能量守恒定律 ，计算出了单个车轮已知条件下等效的转动惯量为。基于圆筒转动惯量的计算方法，在给定基础惯量为10kg.m2,点技能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30,30] kg.m2的条件下，计算出电机补偿的惯量是11.9553kg.m2和-18.0530 kg.m2。建立了汽车制动器试验台的动力学模型，得出了驱动电流与瞬时转速的数学函数关系。根据路试与实验台的能量差进行分析，通过对扭矩、转速、时间三种因素利用MATLAB绘制出的曲线图，通过对路试时的制动器与相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗的能量之差分析出题中所给数据采用的控制方法的误差为5.7%。利用MATLAB中的SIMULINK软件包对制动器试验台的电流控制进行仿真，得到响应曲线，利用经验数据对该控制方法进行检验，并给出评价与改进，得出了一种改进的电流输出的计算机控制方法。最后，对控制器实验台的设计提出建议。 关键词：等效惯量 制动器实验台SIMULINK仿真 1 问题的提出 1.1问题的提出 汽车的制动性能是保障汽车安全运行、取得预期运行效益的最基本的使用性能之一。制动性能的好坏直接关系到行车安全。制动系统的性能好坏，是衡量整车质量的一个重要因素。而高速重视车辆的制动性能，就必须在汽车制动系统设计和制造过程中重视试验检测，为汽车制动系统研发和生产提供更丰富、更有力、更真实的监测数据支持。 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。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，需要用电动机多大的惯量 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的条件制动减速度为常数，初始速度为50 km/h，制动5后车速为零，计算驱动电流 4.对于等效的惯量为48 kg·m2，机械惯量为35 kg·m2，初为514转/分钟，末为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。请对该方法执行的果进行评价 5.按照第3问导出的数学模型给出根据前一个时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计时间段电流值的计算机控制方法，并对该方法进行评价 6.第5问给出的控制方法有不足之处重新设计一个尽量完善的计算机控制方法。 控制方法优劣能量误差的大小，能量误差 3 模型建立与求解 3.1 问题1求解： 制动器的制动过程是把汽车的机械能转化为热能的过程，根据能量守恒定律可以确定单轮制动器的等效转动惯量： (3-1) 制动时，汽车的动能包含汽车平移质量运动的动能和旋转机件旋转时所贮藏的动能两部分。下图是用来显示制动器总成在汽车和试验台上的动能关系。 由此可知汽车的动能与试验台的动能就有如下的关系： (3-2) 制动过程中，假设车轮与地面摩擦力足够大无滑动，则 (3-3) 则由式(3-2)和式(3-3)可推导出： (3-4) 以上推导出的是整个汽车质量与试验台惯量的关系式，试验中一般只对一个制动器或两个制动器进行试验测定。汽车上四个车轮中每个车轮承担的负荷，要考虑到前后制动器的制动力分配比： (3-5) 这样每一个前后制动器负荷所对应的转动惯量为： (3-6) 由于题目中只给出车辆单个前轮的滚动半径和制动时承受的载荷，所以不考虑汽车空载、满载以及前、后轮制动器不同的情况。 题中已知。 则由式（3-4）计算可得等效的转动惯量为： 3.2 问题2求解： 由于飞轮可看作为圆筒，根据圆柱体体积公式： 得到飞轮体积： 由圆筒的转动惯量公式： 及