文档介绍：制动器试验台的控制方法分析
摘要:本文对制动器测试的控制方法分析,根据动力学原理,联立等效转动惯量与扭矩和机械惯量与合力矩之间的关系两个公式,消去了加速度,求得了补偿力矩关于恒扭矩制动的表达式:
.
利用该公式,建立了电动机驱动电流控制方法的数学模型。根据该模型求得能量误差,能量损耗率,远小于问题4中所给的控制方法求得的能量误差,能量损耗率,计算结果表明该控制方法明显优于问题4中所给的控制方法。
在问题3的建模过程中,我们假定的是制动器的扭矩为恒定值,但实际试验的制动器的扭矩由于本身特性的影响,无法瞬时达到理想值。为了更精确的模拟路试时的制动过程,修正了由于制动力矩不足导致的部分能量:
,
并修正了等效惯量:
.
修正后的计算结果有能量误差,能量损耗率。
关键词:制动器;等效转动惯量;补偿惯量;控制方法
一、引言
本文主要考虑如何更真实、准确的在试验台上模拟路试中汽车的制动过程,通过获取作用在主轴上的制动力矩和转速等指标参数,来衡量制动器的制动性能,并评价制动过程中控制方法的优劣。
在试验台上进行车轮制动模拟试验中,根据动力学模型理论,把电动机的输出转速作为控制量,把制动力矩作为反馈量,具体的工作过程如下:
第一步,将被试制动器制动鼓(盘)通过夹具系统固定在试验台上,同时把抽动片(块)固定在尾座滑移系统上;
第二步,选择试验项目,并根据试验要求,调节好电动机转速,飞轮组惯量,制动管路压力等试验条件;
第三步,进行试验,通过传感器采集所需试验数据,通过转矩传感器采集制动力矩的信息,通过数据采集卡,将模型信号转化成数字信号,输入计算机,然后计算出所需转速,再通过卡将此转速的数字信号转换成模拟信号,送至电动机调速器环节,最后调节速度器对电动机进行调速;
第四步,通过计算机输出试验结果,停止试验。
试验流程如下:准备→磨合→第一次效能试验→第一次衰退试验→恢复试验→第二次效能试验→第二次衰退试验→第二次磨合→第三次效能试验→制动器磨损试验→记录。
在试验之前需要对电流、电压和功率进行粗略校核以防止过载,过载可能对电动和调整器产生破坏性影响,所以通常要对调速器进行电流和力矩进行限幅设置。
而现要解答的问题是:
1. 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、 m的环形钢制飞轮组成, m、 m、 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,需要用电动机补偿多大的惯量?
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的条件下,假设制动减速度为常数,初始速度为50 km/h,,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。
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,设计本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问给出的控制方法是否有不足之处?如果有,请重新设计一个尽量完善的计算机控制方法,并作评价。
二、问题分析与模型建立
问题分析
本文主要考虑的是如何更真实、准确的在试验台上模拟路试中汽车的制动过程,并获取各项指标参数,以此来评价制动过程中控制方法的优劣。
汽车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。具体结构如下图所示:
9
1
2
3
4
12
12
10
11
8
7
6
5
图1 制动试验台结构简图

问题1分析与求解
由于试验台是对汽车的单个前轮进行测试,对于问题1,设其半径为。对于一般的制动情况,可视汽车处于均速直线运动状态(即平动),设汽车质量为,运动速度为,则汽车所具有的动能为:
. (1)
在制动过程中,实际上是将汽车的动能分配给各制动轮胎,对轮胎施加制动力才可实现汽车的制动效果的。设汽车分配给单个轮胎的制动能量为,该能量即为单个车轮的承受载荷,由题设知该动能使车轮承受的载荷为,即该动能有:
, (2