制動器試驗臺的控制方法分析

1、個人收集整理勿做商業(yè)用途制動器試驗臺的控制方法分析學生學號： 12810122學生姓名： 葛曉雨專業(yè)班級：信科1201指導教師： 孫王杰起止日期：2014.2。242014。2.27吉林化工學院Jil in In stitute of Chemical Tech no logy課程設計任務書一、設計題目：制動器試驗臺的控制方法分析二、設計目的1. 根據(jù)制動器的工作原理，掌握制動器實驗臺的控制方法，從而達到以試驗臺代替路試的結(jié)果;2. 學會建立數(shù)學模型解決實際生活中的問題；三、設計任務及要求建立數(shù)學模型，對制動器試驗臺的控制方法進行詳細的分析，從而正確運用試驗臺測試制動器 的優(yōu)劣，建立的數(shù)學模型

2、要求：1. 能夠計算出車輪的等效轉(zhuǎn)動慣量；2. 求解出機械慣量,在慣量范圍內(nèi)求出電動機的補償慣量。四、設計時間及進度安排設計時間共一周（2014 2。242014227）,具體安排如下表:周安排設計內(nèi)容設計時間第一天第二天收集國家汽車設計理論、汽車制動器的設計分析方法、汽車 荷載與速度的關系等相關材料并其進行了一系列的分析；2014 2。242014 2。25第三天第四天根據(jù)所理解的，建立數(shù)學模型，并進行計算說明，完成論文的 設計及其撰寫。2014 2。262014.2.27五、指導教師評語及學生成績指導教師評語：年月日成績指導教師（簽字）：目錄課程設計任務書一，問題的提出 0二，模型假設1三

3、，問題的分析1四，符號說明1五、模型的建立與求解 1六，模型的評價與優(yōu)點 4七，參考文獻 4制動器試驗臺的控制方法分析摘要制動器是人身和車輛的安全重要保障，然對其設計的綜合性能的檢測需要大量的路試，事實上 無法辦到,只能在專門的制動器試驗臺上對所設計的路試進行模擬試驗，本文就是研究制動器實驗 臺的控制方法等一系列問題，本文運用能力守恒，及其與轉(zhuǎn)動慣量的關系，建立數(shù)學模型對題中問 題進行相應的解答和誤差分析。對問題一，根據(jù)格局單個車輪制動時所受的載荷，運用能量守恒定理，可以計算得到車輪的等 效轉(zhuǎn)動慣量為51,99888kgm2。對于問題二，運用三重積分求和可以得到三個飛輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為29。9

4、930kgm2，59.9862 kgm2,119.9724 kgm2,再根據(jù)隨機組合的方法，得到八種機械慣量；在滿足慣量范圍內(nèi), 求出電動機需要補償?shù)膽T量大小，分別為一17.9874kgm2,12。0058kgm2.關鍵詞：等效轉(zhuǎn)動慣量，能量守恒隨機組合積分求和一，問題的提出隨著交通事業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量也迅速增長，交通事故發(fā)生的頻率也逐年攀 升，引發(fā)這一問題的因素有很多，其中制動器問題就是比較典型的一個原因。汽車的制動性直接關系到交通安全重大交通事故往往與制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側(cè) 滑等情況有關，故汽車的制動性是汽車安全行駛的重要保障，而制動器是制動系中直接作用制約汽車運動的一個

5、關鍵裝置，是汽車上最重要的安全部件，其性能對行車安全至關重要。進行制動器試驗檢測其裝配質(zhì)量，評價它的綜合性能，更為重要.為了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。但是 ，車輛設計階段 無法路試，只能在專門的制動器試驗臺上對所設計的路試進行模擬試驗 .模擬試驗的原則是試 驗臺上制動器的制動過程與路試車輛上制動器的制動過程盡可能一致。汽車行駛時，汽車的動能包含汽車平移質(zhì)量運動的動能和旋轉(zhuǎn)部 件旋轉(zhuǎn)時所貯藏的動能兩 部分,且旋轉(zhuǎn)動能可以通過轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換為平移動能.制動器試驗臺采用旋轉(zhuǎn)的慣性飛輪模擬 加載汽車的上述兩部分動能。飛輪是一種貯藏能量的機械部件，它在角速度上升時吸收能量,在

6、角速度下降時釋放能量，因此它可以用來模擬制動器負載。試驗臺上的主軸等不可拆卸機構 的慣量稱為基礎慣量。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【1】,這些飛輪的慣量之和再加上基礎慣量稱為機械慣量。根據(jù)制動器試驗臺的結(jié)構、工作原理及其它相關知識，解決以下問題：1.設車輛單個前輪的滾動半徑為 0.286m,制動時承受的載荷為6230N求等效的轉(zhuǎn)動慣 量。2.計算一個由3個外直徑1 m、內(nèi)直徑0.2 m的環(huán)形鋼制飛輪組成飛輪組，厚度分別為0.0392 m、0.0784 m、0.1568 m,鋼材密度為7810 kg/m3,基礎慣量為10 kg m2，可以組成哪些機械慣量。設電動

7、機能補償?shù)哪芰肯鄳膽T量的范圍為-30, 30 kg m2,計算對于前面得到的等效的轉(zhuǎn)動慣量所需要的電動機補償慣量二，模型假設1）假設路試時輪胎與地面的摩擦力為無窮大，輪胎與地面無滑動；2）假設試驗中主軸的角速度與車輪的角速度始終一致，且只有平動能量，忽略轉(zhuǎn)動能量；3）假設試驗臺上制動器的制動過程與路試車輛上制動器的制動過程幾乎一致；4）忽略車輪自身轉(zhuǎn)動所具有的能量.5）重力加速度g為9。8m/s2 ；6）忽略制動器因發(fā)熱，軸摩擦等阻力造成的能量損失 ；三，問題的分析1. 問題一：求解等效轉(zhuǎn)動慣量在制動器試驗臺上，用旋轉(zhuǎn)地飛輪的動能模擬車輛在道路上行駛時的平移動能，其慣性質(zhì)量與 受檢車輛的慣性

8、質(zhì)量相當，利用試驗和路試能量相等來推導得到等效慣量。主要是對車輛的單個車輪進行分析，并解除它的等效的轉(zhuǎn)動慣量，有規(guī)定的轉(zhuǎn)動慣量公式 J m叮2【2】，其中m為汽車制動時所承受的質(zhì)量，然后建立能量間的等效轉(zhuǎn)換關系式，根據(jù)所 給數(shù)據(jù),計算得到等效轉(zhuǎn)動慣量。2. 問題二機械慣量組合和慣量補償值根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量的算法公式，結(jié)合給出的已知條件和飛輪的體分布特征，利用三重積分計算各個 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量,再進行排列組合得到飛輪組的慣量值，與基礎慣量累加后即可得到不同機械慣量。 根據(jù)電動機的補償范圍，選擇符合要求的機械慣量，進而求得相應的補償慣量。四,符號說明JC基礎慣量Js等效的轉(zhuǎn)動慣量JZ機械慣量JB電動機的補

9、償能量五、模型的建立與求解對于問題一，主要是對車輛的單個前輪進行分析，并求解它的等效轉(zhuǎn)動潰量.轉(zhuǎn)動慣量的表達公式J mr2, m是汽車制動過程中車輪所承受的質(zhì)量，r為車輪的轉(zhuǎn)動半徑。對車輪進行平動分析時，忽略車輪本身的質(zhì)量可以將車輪在制動過程中承受的質(zhì)量看做車輪的質(zhì)量, 所以車輪再轉(zhuǎn)動過程中具有速度v,有速度就有動能，所以Ek 1mv2（1）;2對車輪進行轉(zhuǎn)動分析時，整個車輪做圓周運動,所以有角速度 v/r （2）;1 2其轉(zhuǎn)動動能Ek -mv （3）,2由能量守能定理可知，車輪平動動能與轉(zhuǎn)動動能相等，即：1 2 - 2mr J ;2 2所以有J mr2，已知制動時車輪所承受的載荷為F,根據(jù)牛

10、頓定律，,各輪承受的載荷為一等效重力，即F mg， 從上所述得到等效的轉(zhuǎn)動慣量為Js 匚g代入數(shù)據(jù)得 Js6230 0.2862 51.99888( kg m2)。9.8n對于問題二，由飛輪對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量為 Jmir2i ,可見飛輪的轉(zhuǎn)動慣量與飛輪的總質(zhì)i 1量，幾何狀態(tài)，質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置有關，視飛輪為厚圓環(huán)，飛輪質(zhì)量是體分布，即dm dv，注：表示質(zhì)量元處的體密度，dm為質(zhì)元，dv表示質(zhì)量元的體積。利用三重積分可以求解，即n2J m* ii 1r2 dvv r2 zrd °drz 2dz d0 0r2 2r rdri 注：z表示飛輪的厚度；表示飛輪的旋轉(zhuǎn)角度; 徑。r i表示

11、飛輪的內(nèi)半徑；r 2表示車輪的外半根據(jù)題目給出的數(shù)據(jù),其中 =7810kg/m2， r i=0.1m, r 2=0。5m;所以厚度乙=0.0392口的轉(zhuǎn)動慣量為0.039220.53oJ17810 0 dz。d 0.1rdr=29.9930kgm2 ；厚度為Z20.0784m的轉(zhuǎn)動慣量為0.078420.5 32J27810 dz d r dr =59.9862 kgm ;2 000.1D'厚度為z30.1568m的轉(zhuǎn)動慣量為0.156820.532J37810 dz d r dr =119。9724 kgm。3 000.1D因為機械慣量=基礎慣量+飛輪的慣量之和，即Jz Jc J1,

12、2,3 ； （J123為飛輪隨即組合的慣量之和）所以利用隨機組合的原理可以得到八種機械慣量（附表一）分別為:10 kgm2，39。9930kgm2，69.9862 kgm2, 99。9792kgm2, 129。9724kgm2， 159.9654 km2, 189。9586kgm2,219.9516 kgm2。由（一）求得等效的轉(zhuǎn)動慣量為51。99888kgm2，電動機補償范圍為【-30，30】kgm2，電動機的補償慣量Jb是等效的轉(zhuǎn)動慣量與機械慣量的差J B JS J Z ；其結(jié)果如下圖1-1JSJZ(kgm2)JSJCJSJCJ1JSJCJ 2JSJCJ3Jb(kg*m2)41。 9988

13、12。005817.9874-47.9804JSJZ2(kgm )JSJCJ1J2JSJCJ1J3JSJCJ2J3J SJCJ1J2J3Jb2(kgm )-77。9736-107.9666-127。9598167。9528圖11所以符合要求的有兩種：(1)JZ JC J2時，這時電動機需要補償JB =-17.9874 kgm2 ；(2) Jz JC Ji時,這時電動機需要補償?shù)腏b=120 0058kgm2。六，模型的評價與優(yōu)點評價：本文通過分析制動器實驗臺的控制方法中的一系列問題，考慮多種因素，通過建立數(shù)學模型，運用定義公式很快就能解決問題一和二。優(yōu)點：本文的整體求解過程比較簡單，運用簡單的物理知識推導出等效慣量與飛輪的機械慣量的 求解模型，充分的考慮實際問題與觀測量的不同，從而增加了結(jié)論客觀準確性.缺點：(1)函數(shù)關系式所涉及影響因素不全面，其他因素難以測量.七，參考文獻1 QC/T 564 2008,乘用