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制动器试验台的控制方法研究

作者：张晓静,郭恒杰

来源：《电脑知识与技术》2010年第16期

摘要:制动器是保证车辆安全行驶的重要装置。制动器试验台是测试制动器性能和质量的试验装置,采用微分方程模型及相关的物理学知识对制动器试验台的控制方法问题进行分析与研究,综合考虑模拟过程中可能出现的影响试验结果的多种因素,对初始模型做出层层改进,使误差减小到最小。该方法为检测机动车辆装配质量,评价制动器的综合性能以及提高制动器性能等做出了重要贡献。将该理论应用于车辆制动性能的研究的方法是科学的、有效的。 关键词:制动器试验台;驱动电流;等效惯量;微分方程;误差补偿 中图分类号:TP206文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)16-4552-02

Reasearch on Control Method of Test-bed for Brake ZHANG Xiao-jing

(College of Computer & Information Technology, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China)

Abstract: Brake is important to ensure the safety of vehicles traveling device. Brake test bench to test the brake performance and quality of test device. Using differential equation model and the related physics test-bed for brake control method for the analysis and research, this paper take into the

simulation process that may occur in a variety of factors affect the test results on the initial model to make improvements at every level, so that error reduced to a minimum. On the detection of motor vehicle assembly quality, and evaluate its overall performance, improve brake performance has made an important contribution. The theory is applied to vehicle braking performance of the study is a scientific and effective.

Key words: test-bed for brake; drive current; equivalent inertia; differential equation; error compensation

汽车的制动性能是确保车辆行驶安全和提升车辆行驶动力性的决定因素之一。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关,制动器是制动系统中直接作用并制约汽车运动的一个关键装置,是汽车上最重要的安全部件,使得汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性,使下坡行驶的汽车速度保持稳定,以及使已经停止的汽车保持不动,其性能的优劣直接影响到整车的安全性能,汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障[1]。进行制动器

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实验,检测其装配质量,评价它的综合性能,成为改善制动器制动性能不可或缺的一部分[2]。因此,研制一种模拟性能好、试验精度高的制动器综合性能试验台十分必要。台架试验是制动器研究及检测中的一个重要环节,是评价制动器能否满足使用要求的重要试验之一。制动器试验台就是测定和分析制动器性能和质量的实验装置。 1 数学建模

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对所设计的路试进行模拟试验。模拟试验的原则是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[3]。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的瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量[4]。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,设计出本时段驱动电流的值,这个过程逐次进行,直至完成制动[5]。 2 研究方法

2.1 初步建立微分方程模型

已知电动机的驱动电流I(t)与其产生的扭矩M(t)成正比,及其比例系数为K,可以求得电动机产生的扭矩,进而求得其驱动电流[6]。补偿惯量是由电动机提供的,其对应的能量记为Ek,此能量为电动机驱动电流所做的功,对此可以求制动器的速度v(t)关于时间的偏导,α(i)为制动器的角加速度。

根据功率和扭矩之间的关系,,由所给的电动机驱动电流I(t)与电动机产生的扭矩M(t)之间的比例关系以及物理学知识,最终建立电动机驱动电流依赖于可观测的数学模型,即:

由能量守恒定律可得在整个制动过程中制动器产生的扭矩做的功与路试对应的消耗能量。根据可观测量主轴的瞬时转速n(t)我们可以对所分的各时间段内制动力矩所做的功求和[7],所求得的结果可近似为对应路试所消耗的能量△E。假设所取的时间间隔为△t,则有:

由电动机驱动电流产生的扭矩之间的比例关系,得出电动机驱动电流依赖于可观测变量瞬时转速n(t)的微分方程模型如下[9]: 代入数据可求得I=174.83A和-262.24A 2.2 评价上述控制制动方法

由转动惯量与能量的关系式,利用初始条件,可求出初动能与末动能。初末动能之差即为实际路试制动过程中损失的动能。再运用附表中给各时刻的数据,利用求和的方法可求试验台模

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拟过程中损失的能量,两损失能量之差为能量误差,即为我们的评价标准[10]。能量误差小,则可说明试验台上该种控制制动方法较合理;反之亦然[11]。

利用动能公式,由转动惯量J求出初动能及末动能,初末动能之差为整个路试中过程能量损失:

求和得到试验台上模拟制动过程的能量消耗: 则

利用MALAB编程[12]计算得: η=5.47%

此相对误差值大于标准误差,说明该计算机控制方法得到的数据未能较好的模拟实际路试制动过程,有待于进一步改进。 2.3 模型优化

由于制动器性能的复杂性,很难对模型进行全面完整的评价。在此考虑以下两种情况以来减少误差:

1)制动器飞轮的角加速是定值。时间很短可认为是连续的, 则有:

显然这种方法在时间间隔很小的情况下,可以取得很好的效果,在完全理想的状况下误差可以减小到零。但这样会大大增加计算机处理数据的时间,不利于计算机的控制实现。

2)制动器飞轮的角加速度改变量是定值。角加速度不稳定,因此在下一时间段补偿前一时间段产生的误差会大大减小能量误差,是实验台上的制动模拟过程更符合实际路试[13]。由此可得出改进后的驱动电流Ii+1'公式:

改进后的相对能量误差η'为:

和改进前的比较,可以得出改进后的误差更小了。进而减小了能量损失。 3 结论

随着我国汽车工业和技术的快速发展,无疑给车辆制动器的性能质量和控制方式提出了更新更高的要求。本文首先运用了微分方程模型对制动器试验台做了初步分析,然后综合考虑了多种影响因素提出了更加科学的探究方法。为进行制动器的基础研究和性能测试提供了有利的技术手段,对确保汽车、摩托车、制动系统正常可靠工作至关重要,可满足企业准确、快速、有效的对制动器各种综合性能检测的需要,具有广泛的应用前景。