【正文】 檢測制動器的綜合性能，需要在各種不同情況下進行大量路試。 在道路上測試實際車輛制動器的過程稱為路試，其方法為：車輛在指定路面上加速到指定的速度；斷開發(fā)動機的輸出，讓車輛依慣性繼續(xù)運動；以恒定的力踏下制動踏板，使車輛完全停止下來或車速降到某數(shù)值以下；在這一過程中，檢測制動減速度等指標。汽車制動器是汽車制動系統(tǒng)的主要組成部分，使得汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性，使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動，其性能的優(yōu)劣直接影響到整車的安全性能。關(guān)鍵詞：等效慣量 制動力矩 驅(qū)動電流 離散 PID一、 問題重述 汽車的行車制動器聯(lián)接在車輪上，它的作用是在行駛時使車輛減速或者停止。針對問題6，考慮到問題5中的電流均以理想值代替實際值，而沒考慮可能的干擾因素和因之產(chǎn)生的電流變化。根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律和能量守恒，列出相鄰時段參量間的關(guān)系式。每個時刻對應(yīng)可觀測的扭矩和轉(zhuǎn)速，對這些離散的點研究，相當于將連續(xù)函數(shù)離散化，每一個點代表對應(yīng)時刻的屬性。由題目所給表格，利用EXECL求積、求和，得能量誤差為，相對能量誤差為，誤差較小，所以該電流控制方法較好。針對問題4，制動器吸收能量可由制動力矩和角速度的乘積對時間的積分表示。針對問題3，根據(jù)驅(qū)動電流輸出力矩對機械慣量對應(yīng)力矩的補償作用，利用角加速度與力矩的物理關(guān)系，并就補償慣量為正、負的情況分別討論，都推導出驅(qū)動電流依賴于制動力矩的數(shù)學模型（式532）。針對問題2，將飛輪看成均質(zhì)的空心圓柱，推導出飛輪的轉(zhuǎn)動慣量計算公式（式523），分別算出三個飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，進而得到其可組成的8種機械慣量：10，40，70，130，100，160，190，220。制動器試驗臺的控制方法分析摘要本文就制動器試驗臺的控制方法問題進行了相關(guān)研究。針對問題1，假設(shè)路試時前輪作無滑滾動，推出載荷在車輛平動時具有的能量計算公式，根據(jù)能量與轉(zhuǎn)動慣量的物理關(guān)系，建立等效轉(zhuǎn)動慣量依賴于滾動半徑和載荷大小的模型（式513），求得等效轉(zhuǎn)動慣量大小為。由電動機能補償?shù)哪芰糠秶皢栴}1得到的等效轉(zhuǎn)動慣量，可得出電動機需補償慣量的2個可能值：或。令制動減速度為常數(shù)，由題目所給初速度和制動時間，計算得驅(qū)動電流的2個可能值：和。路試時，代入力矩和角加速度的物理關(guān)系，積分可直接求出，即得路試時制動器吸收能量（式543）；試驗臺上試驗時，制動器吸收的能量中由飛輪組和電動機共同提供，其中飛輪組提供能量可積分直接求出，電動機提供能量等于力矩和角速度乘積值隨時間變化曲線與時間軸所圍成面積，分析題目所給數(shù)據(jù)，取樣時間等長且間隔很小，故可將曲邊梯形面積近似用小長方形面積之和代替，即得試驗時制動器吸收能量（式547）。針對問題5，根據(jù)問題3求解得到的電流和可觀測量的瞬時扭矩的函數(shù)關(guān)系式，取若干時間段研究。因為時間間隔很小，根據(jù)函數(shù)關(guān)系式可以根據(jù)上一時段的離散變量觀測值計算得到本時段電流的大小。使得計算機可以知道下一時刻該如何響應(yīng)，建立計算機控制方法模型。采用PID控制算法建立新的模型，并根據(jù)該計算機控制方法進行評價。制動器的設(shè)計是車輛設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響著人身和車輛的安全。進行制動器試驗，檢測其裝配質(zhì)量，評價它的綜合性能，成為改善制動器制動性能不可或缺的一部分。假設(shè)路試時輪胎與地面的摩擦力為無窮大，因此輪胎與地面無滑動。但是，車輛設(shè)計階段無法路試，只能在專門的制動器試驗臺上對所設(shè)計的路試進行模擬試驗。通常試驗臺僅安裝、試驗單輪制動器，而不是同時試驗全車所有車輪的制動器。被試驗的制動器安裝在主軸的一端，當制動器工作時會使主軸減速。 路試車輛的指定車輪在制動時承受載荷。飛輪組由若干個飛輪組成，使用時根據(jù)需要選擇幾個飛輪固定到主軸上，這些飛輪的慣量之和再加上基礎(chǔ)慣量稱為機械慣量。假設(shè)試驗臺采用的電動機的驅(qū)動電流與其產(chǎn)生的扭矩成正比，且試驗臺工作時主軸的瞬時轉(zhuǎn)速與瞬時扭矩是可觀測的離散量。工程實際中常用的計算機控制方法是：把整個制動時間離散化為許多小的時間段，比如10 ms為一段，然后根據(jù)前面時間段觀測到的瞬時轉(zhuǎn)速與/或瞬時扭矩，設(shè)計出本時段驅(qū)動電流的值，這個過程逐次進行，直至完成制動。通常不考慮觀測誤差、隨機誤差和連續(xù)問題離散化所產(chǎn)生的誤差。 m、 m的環(huán)形鋼制飛輪組成， m、 m、 m，鋼材密度為7810 kg/m3，基礎(chǔ)慣量為10 kgm2，對于問題1中得到的等效的轉(zhuǎn)動慣量，需要用電動機補償?shù)膽T量的大小。在問題1和問題2的條件下，假設(shè)制動減速度為常數(shù)，初始速度為50 km/h，計算驅(qū)動電流。m2，機械慣量為35 kg請對該方法執(zhí)行的結(jié)果進行評價。，如果有，請重新設(shè)計一個盡量完善的計算機控制方法，并作評價。問題 3是解決問題5的基礎(chǔ)，問題6則是問題5建立的計算機控制方法模型的改進。要求等效的轉(zhuǎn)動慣量，需要求荷載平動時的能量和飛輪主軸等機構(gòu)轉(zhuǎn)動動能和轉(zhuǎn)動慣量間的關(guān)系式。問題2要求飛輪組和主軸等機構(gòu)可構(gòu)成的機械慣量和需要電動機補償?shù)膽T量。當不能精確地用機械慣量模擬試驗時，讓電動機在一定規(guī)律的電流控制下參與工作，補償由于機械慣量不足而缺少的能量，從而滿足模擬試驗的原則。根據(jù)空心圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式可以分別求得每個飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，加上基礎(chǔ)慣量求得飛輪組和主軸等機構(gòu)的機械慣量。問題3要求建立電動機驅(qū)動電流依賴于可觀測量的數(shù)學模型。利用物理知識中轉(zhuǎn)動動能、轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動角速度之間的關(guān)系和制動器對等效慣量的作用效果與制動器、電動機對機械慣量的作用效果相同，列出關(guān)系式可以得到驅(qū)動電流的表達式。一般評價控制方法優(yōu)劣的一個重要數(shù)量指標是能量誤差的大小，本題中的能量誤差是指所設(shè)計的路試時的制動器與相對應(yīng)的試驗臺上制動器在制動過程中消耗的能量之差。因為絕對誤差不能很好地反映誤差程度，所以引入能量的相對對差。問題5要利用問題3導出的模型，根據(jù)前一個時間段觀測到的瞬時轉(zhuǎn)速與/或瞬時扭矩，設(shè)計本時間段電流值的計算機控制方法，并對該方法進行評價。因為步長很短，可以將計算得到的電流值作為下一時刻的驅(qū)動電流輸入值，以此類推即可得到電流控制方法。計算機控制方法的評價標準是制動器的能量誤差，從減小誤差的思想為出發(fā)點，分析得到新的模型。四、 符號說明五、 模型建立與求解 路試車輛的指定車輪在制動時承受載荷，忽略車輪自身具有的轉(zhuǎn)動能量，將這個載荷在車輛平動時具有的能量，等效地轉(zhuǎn)化為試驗臺上飛輪和主軸等機構(gòu)轉(zhuǎn)動時具有的能量，與此能量相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量即為等效的轉(zhuǎn)動慣量。圓柱體在滾動中，如果與接觸面接觸的部分無相對運動，則稱為純滾動。荷載與輪胎中心相對靜止,荷載的速度與輪胎中心的速度相同，得=。飛輪可看作密度均勻的空心圓柱體，利用均勻圓柱體的性質(zhì)計算出各飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，進而得到飛輪組的機械慣量。 將飛輪看做外徑為，內(nèi)徑為的空心圓柱體，即半徑為的圓柱體，其中間為以為半徑的空心幾何體,如圖2示：圖2 飛輪簡化示意圖由幾何關(guān)系得飛輪體積：飛輪質(zhì)量：假設(shè)未成空心前的圓柱的質(zhì)量為，空心的那一塊的質(zhì)量為,那么按照“相減”的想法，則轉(zhuǎn)動慣量： （521）由于空心部分和圓柱的密度相同（否則未成空心前的那個幾何體就不能稱之為圓柱了），所以有 即 （522）(521)式+(522)式,得：而()就是圓柱環(huán)的質(zhì)量，所以飛輪的轉(zhuǎn)動慣量： （523）根據(jù)已知數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)將飛輪的屬性列出，如表1示：表1 飛輪屬性表格內(nèi)徑(m)外徑(m)厚度(m)質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量飛輪130飛輪260飛輪3120基礎(chǔ)慣量=，飛輪組可組合的轉(zhuǎn)動慣量共八種，大小