等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.doc

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由上看出，轉(zhuǎn)化法的關(guān)鍵是確定等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jv和等效力矩Mv，也即是機(jī)械中各構(gòu)件質(zhì)量的轉(zhuǎn)化和外力的轉(zhuǎn)化。 比較式(10.2.1-2)和式(10.2.1-5)可知，為保證是“等效”的轉(zhuǎn)化，必須遵守以下兩個(gè)原則： 動(dòng)能相等原則 轉(zhuǎn)化件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所具有的動(dòng)能應(yīng)與原機(jī)械的總動(dòng)能相等。 功率相等原則 轉(zhuǎn)化件的等效力矩所作的元功（或瞬時(shí)功率）應(yīng)與原機(jī)械上作用的全部外力所作的元功（或瞬時(shí)功率）相等。 由此可寫出等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jv和等效力矩Mv的普遍公式。 按動(dòng)能相等的原則，列出轉(zhuǎn)化件與一般機(jī)械的動(dòng)能等式 由此得 (10.2.2-1) (10.2.2-2) 式中 w ───— 轉(zhuǎn)化件的角速度； n ─── 機(jī)械中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)； i ─── 構(gòu)件號(hào)； mi ─── 第i構(gòu)件的質(zhì)量； vsi ─── 第i構(gòu)件質(zhì)心的速度。 ─── 第i構(gòu)件的移動(dòng)動(dòng)能； Jsi ─── 第i構(gòu)件繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； wi ─── 第i構(gòu)件的角速度； ─── 第i構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能； 由式(10.2.2-2)看出，Jv總是為正。 按功率相等的原則，列出轉(zhuǎn)化件與一般機(jī)械上作用外力的功率等式 (10.2.2-3) 由此得 (10.2.2-4) 式中 Pi ─── 作用在第i構(gòu)件上的力； vi ─── 第i構(gòu)件上力Pi作用點(diǎn)的速度； ai ─── 力Pi方向與速度vi方向的夾角； Mi ─── 作用在第i構(gòu)件上的力矩； wi ─── 第i構(gòu)件的角速度。 思 考 題 在式(10.2.2-4)中如何反應(yīng)出作用在第i構(gòu)件上力Pi或力矩Mi為驅(qū)動(dòng)力還是工作阻力？ 夾角ai<90，(Pivicosai)為正，說明Pi為驅(qū)動(dòng)力。反之，ai>90，(Pivicosai)為負(fù)，則Pi為工作阻力。 若Mi方向與wi同向，則Mi為驅(qū)動(dòng)力矩，Mi、wi乘積前取“+”號(hào)；反之，取“-”號(hào)。 同理，若按式(10.2.2-4)計(jì)算得Mv為正，則表示Mv與w方向一致，反之，說明方向相反。 有時(shí)也按功率相等的原則，分別將驅(qū)動(dòng)力和工作阻力轉(zhuǎn)化成等效驅(qū)動(dòng)力矩MD和等效阻力矩MR。這樣可得 Mv = MD -MR (10.2.2-5) 問題討論1 　機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是常值還是變值？在何種情況下是常值？何種情況下為變值？ 　　由式(10.2.2-2)判斷，當(dāng)機(jī)械的組成確定后，構(gòu)件的質(zhì)量mi和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jsi均為定值，因此Jv值取決于各個(gè)速比值。故Jv可能為常值，也可能為變值。 若機(jī)械完全由齒輪機(jī)構(gòu)所組成，則速比為常值，故Jv為常值；若機(jī)械中包含有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等，則各個(gè)速比為變值，且為轉(zhuǎn)化件的位置函數(shù)，故Jv為變值，并作周期性變化。 問題討論2 　機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，等效力矩Mv是常值還是變值？其變化規(guī)律取決于哪些因素？ 　　由式(10.2.2-4)判斷，Mv既取決于速比，又取決于作用于機(jī)械外力的性質(zhì)，因此Mv一般為多變量的函數(shù)。只有在一些特殊情況下，如外力均為常值，Mv可能為常值，也可能為轉(zhuǎn)化件的位置函數(shù)。 問題討論3 　如何選擇轉(zhuǎn)化件？（或說成為“選哪個(gè)構(gòu)件為轉(zhuǎn)化件？”） 　　從轉(zhuǎn)化法的基本原理看，機(jī)械中的任一活動(dòng)構(gòu)件均可選作轉(zhuǎn)化件。但一般情況之下是選機(jī)械或機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件為轉(zhuǎn)化件。因一般機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件由電機(jī)帶動(dòng)作定軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)化件為回轉(zhuǎn)構(gòu)件（例如圖10.2.1-2所示），這樣轉(zhuǎn)化件的角速度即為待求的原動(dòng)件的角速度。 問題討論4 　能否選擇移動(dòng)構(gòu)件作為轉(zhuǎn)化件？其等效質(zhì)量和等效力又如何確定？ 圖10.2.2-1 可以選移動(dòng)構(gòu)件作為轉(zhuǎn)化件（或說“轉(zhuǎn)化件為移動(dòng)構(gòu)件”）。如對(duì)作為內(nèi)燃機(jī)主體機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，就可選滑塊為轉(zhuǎn)化件，其物理模型如圖10.2.2-1所示。 mv ─── 轉(zhuǎn)化件的等效質(zhì)量； Pv ─── 作用在轉(zhuǎn)化件上的等效力； v ─── 轉(zhuǎn)化件的移動(dòng)速度。 轉(zhuǎn)化件的運(yùn)動(dòng)方程為 同樣可根據(jù)動(dòng)能相等和功率相等的原則列出等效質(zhì)量mv和等效力Pv的一般表達(dá)式 機(jī)械慣量 　　機(jī)械慣量： 　　機(jī)械在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣量——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Moment of Inertia）。 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是表征剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的物理量,它與剛體的質(zhì)量、質(zhì)量相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的分布有關(guān)。 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定義為：J=∑ Mi*Ri^2 　　（1）式中Mi表示剛體的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，Ri表示該質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的垂直距離。 剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是由質(zhì)量、質(zhì)量分布、轉(zhuǎn)軸位置三個(gè)因素決定的。 　　(2) 同一剛體對(duì)不同轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不同,凡是提到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,必須指明它是對(duì)哪個(gè)軸的才有意義。 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是用在杠桿上，因?yàn)楦軛U被認(rèn)為是理想的，無質(zhì)量，不彎折的剛性物體。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用來研究旋轉(zhuǎn)的，有質(zhì)量的剛體。[1] 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：　 　　[2]剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的度量。又稱慣性距、慣性矩（俗稱慣性力距、慣性力矩） 　　其數(shù)值為J=∑ mi*ri^2，式中mi表示剛體的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，ri表示該質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的垂直距離。 　　求和號(hào)（或積分號(hào)）遍及整個(gè)剛體。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只決定于剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置，而同剛體繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)（如角速度的大?。o關(guān)。規(guī)則形狀的均質(zhì)剛體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可直接計(jì)得。不規(guī)則剛體或非均質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)用于剛體各種運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算中。 　　描述剛體繞互相平行諸轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系，有如下的平行軸定理[1]：剛體對(duì)一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于該剛體對(duì)同此軸平行并通過質(zhì)心之軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加上該剛體的質(zhì)量同兩軸間距離平方的乘積。由于和式的第二項(xiàng)恒大于零，因此剛體繞過質(zhì)量中心之軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是繞該束平行軸諸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中的最小者。 　　還有垂直軸定理：垂直軸定理 　　一個(gè)平面剛體薄板對(duì)于垂直它的平面軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于繞平面內(nèi)與垂直軸相交的任意兩正交軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。 　　表達(dá)式:Iz=Ix+Iy 　　剛體對(duì)一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可折算成質(zhì)量等于剛體質(zhì)量的單個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)該軸所形成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由此折算所得的質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離 ，稱為剛體繞該軸的回轉(zhuǎn)半徑κ，其公式為_____，式中M為剛體質(zhì)量；I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量綱為L^2M，在SI單位制中，它的單位是kgm^2。 　　剛體繞某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性由更普遍的慣量張量描述。慣量張量是二階對(duì)稱張量，它完整地刻畫出剛體繞通過該點(diǎn)任一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小。 　　補(bǔ)充對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的詳細(xì)解釋及其物理意義： 　　先說轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的由來，先從動(dòng)能說起大家都知道動(dòng)能E=(1/2)mv^2，而且動(dòng)能的實(shí)際物理意義是：物體相對(duì)某個(gè)系統(tǒng)（選定一個(gè)參考系）運(yùn)動(dòng)的實(shí)際能量，（P勢(shì)能實(shí)際意義則是物體相對(duì)某個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的可能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的實(shí)際能量的大?。?。 　　E=(1/2)mv^2 （v^2為v的2次方） 　　把v=wr代入上式 (w是角速度,r是半徑，在這里對(duì)任何物體來說是把物體微分化分為無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)整體的重心的距離為r,而再把不同質(zhì)點(diǎn)積分化得到實(shí)際等效的r) 　　得到E=(1/2)m(wr)^2 　　由于某一個(gè)對(duì)象物體在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的本身屬性m和r都是不變的，所以把關(guān)于m、r的變量用一個(gè)變量K代替, 　　K=mr^2 　　得到E=(1/2)Kw^2 　　K就是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分析實(shí)際情況中的作用相當(dāng)于牛頓運(yùn)動(dòng)平動(dòng)分析中的質(zhì)量的作用，都是一般不輕易變的量。 　　這樣分析一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)問題就可以用能量的角度分析了，而不必拘泥于只從純運(yùn)動(dòng)角度分析轉(zhuǎn)動(dòng)問題。 　　為什么變換一下公式就可以從能量角度分析轉(zhuǎn)動(dòng)問題呢？ 　　1、E=(1/2)Kw^2本身代表研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)能量 　　2、之所以用E=(1/2)mv^2不好分析轉(zhuǎn)動(dòng)物體的問題，是因?yàn)槠渲胁话D(zhuǎn)動(dòng)物體的任何轉(zhuǎn)動(dòng)信息。 　　3、E=(1/2)mv^2除了不包含轉(zhuǎn)動(dòng)信息，而且還不包含體現(xiàn)局部運(yùn)動(dòng)的信息，因?yàn)槔锩娴乃俣葀只代表那個(gè)物體的質(zhì) 　　心運(yùn)動(dòng)情況。 　　4、E=(1/2)Kw^2之所以利于分析，是因?yàn)榘艘粋€(gè)物體的所有轉(zhuǎn)動(dòng)信息，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量K=mr^2本身就是一種積 　　分得到的數(shù)，更細(xì)一些講就是綜合了轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不變的信息的等效結(jié)果K=∑ mr^2 （這里的K和上樓的J一樣） 　　所以，就是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從能量的角度分析轉(zhuǎn)動(dòng)問題，就有了價(jià)值。 　　若剛體的質(zhì)量是連續(xù)分布的，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式可寫成K=∑ mr^2=∫r^2dm=∫r^2σdV 　　其中dV表示dm的體積元，σ表示該處的密度，r表示該體積元到轉(zhuǎn)軸的距離。 　　補(bǔ)充轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量一樣，是回轉(zhuǎn)物體保持其勻速圓周運(yùn)動(dòng)或靜止的特性，用字母J表示。 　　對(duì)于桿： 　　當(dāng)回轉(zhuǎn)軸過桿的中點(diǎn)并垂直于軸時(shí)；J=mL^2/12 　　其中m是桿的質(zhì)量，L是桿的長度。 　　當(dāng)回轉(zhuǎn)軸過桿的端點(diǎn)并垂直于軸時(shí)：J=mL^2/3 　　其中m是桿的質(zhì)量，L是桿的長度。 　　對(duì)與圓柱體： 　　當(dāng)回轉(zhuǎn)軸是圓柱體軸線時(shí)；J=mr^2/2 　　其中m是圓柱體的質(zhì)量，r是圓柱體的半徑。 　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定理： M=Jβ 　　其中M是扭轉(zhuǎn)力矩 　　J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 　　β是角加速度 　　例題： 　　現(xiàn)在已知：一個(gè)直徑是80的軸，長度為500，材料是鋼材。計(jì)算一下，當(dāng)在0.1秒內(nèi)使它達(dá)到500轉(zhuǎn)/分的速度時(shí)所需要的力矩？ 　　分析：知道軸的直徑和長度，以及材料，我們可以查到鋼材的密度，進(jìn)而計(jì)算出這個(gè)軸的質(zhì)量m，由公式ρ=m/v可以推出m=ρv=ρπr^2L. 　　根據(jù)在0.1秒達(dá)到500轉(zhuǎn)/分的角速度，我們可以算出軸的角加速度β=△ω/△t=500轉(zhuǎn)/分/0.1s 　　電機(jī)軸我們可以認(rèn)為是圓柱體過軸線，所以J=mr^2/2。 　　所以M=Jβ 　　=mr^2/2△ω/△t 　　=ρπr^2hr^2/2△ω/△t 　　=7.8*10^3 *3.14* 0.04^2 * 0.5 * 0.04^2 /2 * 500/60/0.1 　　=1.2786133332821888kg/m^2 　　單位J=kgm^2/s^2=N*m 　　例題角加速度β計(jì)算有誤，應(yīng)該為β=△ω/△t=500轉(zhuǎn)*2π/分/0.1s 汽車制動(dòng)試驗(yàn)中關(guān)于電模擬慣量的研究 來源:www.paper56.com 　　 　　摘要：汽車制動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)一般是在實(shí)驗(yàn)室完成的，是用等效慣量模擬實(shí)際運(yùn)行中的制動(dòng)情況。很顯然，這種實(shí)驗(yàn)在汽車的研發(fā)階段具有極其重要的作用，同時(shí)也是對(duì)乘車人員生命安全的重要保障。本文對(duì)汽車制動(dòng)試驗(yàn)中的電模擬慣量進(jìn)行了研究。首先，本文給出了等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算方式，這兩個(gè)參數(shù)在汽車制動(dòng)性能試驗(yàn)中具有重要意義；接著，對(duì)常見的兩種電慣量模擬方式,即轉(zhuǎn)矩控制方式、轉(zhuǎn)速控制方式進(jìn)行了分析比較；最后，我們考慮了各種損耗，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制方法對(duì)電慣量模擬方式提出了改進(jìn)方案。 　　 　　關(guān)鍵詞：電慣量；制動(dòng)試驗(yàn)；補(bǔ)償時(shí)間；回歸分析 　　 　　引言 　　制動(dòng)性能是衡量汽車性能的重要指標(biāo)，汽車的制動(dòng)性研究對(duì)于減少交通事故的發(fā)生具有重要意義。在國外一些著名的汽車廠商中，汽車的制動(dòng)性能試驗(yàn)往往是設(shè)計(jì)初期的重中之重。當(dāng)然，這部分試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室中完成的。其過程為：用主軸帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，速度設(shè)定為汽車正常行駛速度，斷電后，依靠電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，從而完成一次模擬制動(dòng) 　　 　　1 兩種參數(shù)的計(jì)算 　　1.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算將載荷轉(zhuǎn)換為質(zhì)量有：m=N/g轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原始計(jì)算公式為： J = ∫r2dm但是我們考慮到，輪胎的結(jié)構(gòu)分為鋼架和輪胎表皮組成，我們習(xí)慣上把圓形物體求慣量轉(zhuǎn)化為圓環(huán)模型或者是圓盤模型圓環(huán)模型的計(jì)算式為： J-mr2圓盤模型的計(jì)算式為： J-1/2mr2我們發(fā)現(xiàn)，以上兩式相差1/2，這給我們的計(jì)算帶來了問題，為了確保計(jì)算的準(zhǔn)確度，我們考慮從能量守恒的角度進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)檫@樣的計(jì)算方法不會(huì)有任何的歧義。 　　1.2 驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算分析：驅(qū)動(dòng)電流的作用是為了補(bǔ)償在制動(dòng)時(shí)機(jī)械慣量不足的部分，電流的計(jì)算可以轉(zhuǎn)化為對(duì)于補(bǔ)償扭矩的計(jì)算。 　　2 兩種常見電慣量模擬方案電慣量模擬可以有多種方式，其中主要包括轉(zhuǎn)矩控制方法、轉(zhuǎn)速控制方法。單純的用某種方法進(jìn)行控制往往存在本身的缺陷，下面，我們分別針對(duì)兩種方法進(jìn)行了分析具體的分析過程如下—— 　　2.1 轉(zhuǎn)矩控制方式說明：建立電慣量轉(zhuǎn)矩控制方式的數(shù)學(xué)模型，需要給出如下假設(shè)： 　　I： 控制電機(jī)的電流連續(xù) 　　II：加載時(shí)力矩建立時(shí)間很短。 　　2.2 轉(zhuǎn)速控制方式根據(jù)電慣量模擬的基本原理，只要使電慣量系統(tǒng)受載后的動(dòng)力特性與機(jī)械慣量系統(tǒng)動(dòng)力特性一致，即轉(zhuǎn)速變化一致，即可以實(shí)現(xiàn)電慣量的模擬。 　　分析如下： 　　(1)被控量為轉(zhuǎn)速，速度調(diào)節(jié)器起主導(dǎo)作用，通過最終速度給定和編碼器反饋選擇與速度反饋共同給定，同時(shí)采用PI 調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，并且對(duì)負(fù)載變化起抗擾動(dòng)作用。 　　電源調(diào)節(jié)器可以對(duì)速度進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)具有過載控制功能，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 　　(2)使用轉(zhuǎn)速控制方式對(duì)電慣量進(jìn)行模擬時(shí)，只需要在原來控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)慣量混合模擬，控制簡(jiǎn)單。 　　(3)在許多制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)中，對(duì)轉(zhuǎn)速的控制采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，但是帶來了一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是——轉(zhuǎn)速的滯后性。而直流驅(qū)動(dòng)器在轉(zhuǎn)速控制上增加了速度監(jiān)測(cè)和速度反饋，這樣轉(zhuǎn)速響應(yīng)更快，前饋環(huán)節(jié)帶來的誤差可以由PI 控制器消除。同時(shí)對(duì)于拖磨試驗(yàn)，前饋環(huán)節(jié)還可以減少制動(dòng)施加時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落。 　　 　　3 計(jì)算機(jī)控制方法的改進(jìn)與完善研究轉(zhuǎn)矩控制法、轉(zhuǎn)速控制法進(jìn)行電慣量的模擬實(shí)驗(yàn)是基于理想狀態(tài)下的模擬實(shí)驗(yàn)，這在現(xiàn)實(shí)中是不存在的。在實(shí)際運(yùn)行中，各種損耗，例如胎面部分的平緩度、耐磨性能，以及胎圈鋼絲的堅(jiān)硬程度都會(huì)影響到系統(tǒng)分析結(jié)果。所以，我們尋求另一種分析方法—構(gòu)建誤差分析模型[2]。 　　本篇論文只大概地介紹這種方法，具體實(shí)施方案見參考文獻(xiàn)2。 　　 　　3.1 模型建立假設(shè)車輛在制動(dòng)過程中作勻減速運(yùn)動(dòng)，預(yù)測(cè)的補(bǔ)償時(shí)間小于實(shí)際制動(dòng)時(shí)間，然后從能量角度對(duì)制動(dòng)器慣性臺(tái)架進(jìn)行分析。 　　對(duì)于純機(jī)械慣量臺(tái)架，制動(dòng)器消耗的能量由電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)之前提供，在制動(dòng)過程中沒有外部能量介入。而電模擬慣量臺(tái)架不存在專門的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)持續(xù)做功，以提供制動(dòng)所需能量?？紤]到設(shè)備整體的經(jīng)濟(jì)性，電機(jī)容量一般不能過大，慣量模擬范圍受到限制。 　　一種行之有效的方法是在電慣量臺(tái)架中引入儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，即在主軸上安裝一定數(shù)量的慣性飛輪，構(gòu)成機(jī)械慣量和電慣量混合模擬臺(tái)架。這種臺(tái)架所需制動(dòng)能量由兩部分組成，一部分是飛輪儲(chǔ)存的動(dòng)能，由電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)前提供；另一部分是電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)過程中根據(jù)不同控制策略（如轉(zhuǎn)速控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式和能量補(bǔ)償法）補(bǔ)償?shù)哪芰?。飛輪提供的能量所占比例越大，電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償能量越少，電機(jī)容量要求越低。合理配置飛輪的慣量可以有效擴(kuò)大臺(tái)架慣量模擬范圍及減小電機(jī)容量。 　　 　　3.2 系統(tǒng)損耗模型的構(gòu)建制動(dòng)器慣性臺(tái)架中的慣量誤差通常包括飛輪的加工誤差和風(fēng)阻及軸承損耗等阻力引起的誤差。飛輪的加工誤差是固定的，可以在制造過程中加以修正，在此不予考慮。阻力引起的誤差相當(dāng)復(fù)雜，難以逐一精確地定量分析。本文采用一種間接的損耗模型回歸方法，對(duì)總的損耗能量進(jìn)行分析。 　　將飛輪升速到最高轉(zhuǎn)速，切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源，同時(shí)使制動(dòng)管路壓力為0，飛輪會(huì)在風(fēng)阻和軸承摩擦等阻力作用下自由停車，停車過程中每隔15s 記錄一次轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，可以通過回歸的方法得出純阻力情況下的轉(zhuǎn)速方程，進(jìn)而計(jì)算出損耗方程。由于阻力的變化規(guī)律未知，不能按線性規(guī)律處理，因而試驗(yàn)要遍歷各飛輪組合。本題中，電慣量臺(tái)架安裝2 個(gè)慣性飛輪，上述試驗(yàn)步驟要重復(fù)4 次。 　　采用最小二乘法對(duì)曲線進(jìn)行回歸，回歸過程用SPSS 軟件完成，選取二次模型為自由停車轉(zhuǎn)速模型，則n = At2 ? Bt + C3.3 模擬試驗(yàn)為進(jìn)一步確定能量補(bǔ)償法中補(bǔ)償時(shí)間、補(bǔ)償起點(diǎn)和補(bǔ)償終點(diǎn)等關(guān)鍵參數(shù)的控制規(guī)律,我們推薦汽車制動(dòng)研究人員在制動(dòng)器慣性臺(tái)架進(jìn)行定量的試驗(yàn)研究。 　　試驗(yàn)前，先用制動(dòng)器將主軸卡緊，對(duì)電機(jī)的加載力矩進(jìn)行標(biāo)定。在利用電慣量和等量的機(jī)械慣量進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，阻力作用的大小是近似相同的，為簡(jiǎn)化試驗(yàn)過程，不考慮阻力的影響（試驗(yàn)數(shù)據(jù)中實(shí)測(cè)機(jī)械慣量隨制動(dòng)條件變化而產(chǎn)生的誤差正是由于阻力影響產(chǎn)生），以機(jī)械慣量數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，與電慣量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。 　　補(bǔ)償?shù)目偰芰恳欢〞r(shí)，補(bǔ)償時(shí)間越短，電機(jī)應(yīng)提供的力矩越大，加之試驗(yàn)中的力矩加載系統(tǒng)為開環(huán)控制，很難保證在整個(gè)加載范圍內(nèi)不受系統(tǒng)參數(shù)變化（如電機(jī)電樞電阻隨溫度變化較大，標(biāo)定時(shí)難以保證預(yù)熱到與工作狀態(tài)一致）的影響?？梢姡a(bǔ)償時(shí)間取值應(yīng)在減速度較小且模擬慣量較小時(shí)減小，而在減速度較大且模擬慣量較大時(shí)增加。通常，補(bǔ)償能量、補(bǔ)償時(shí)間和制動(dòng)距離均可作為能量補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)束條件，由于試驗(yàn)條件的限制（制動(dòng)距離的測(cè)量需要專門提供的脈沖計(jì)數(shù)器），僅對(duì)補(bǔ)償能量和補(bǔ)償時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)分析。 　　補(bǔ)償能量作為結(jié)束條件時(shí)，電模擬慣量的數(shù)據(jù)與機(jī)械模擬慣量的數(shù)據(jù)更接近，模擬效果更好。這是由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩加載系統(tǒng)采用開環(huán)控制，難以在整個(gè)范圍內(nèi)保持很好的線性度，當(dāng)采用補(bǔ)償時(shí)間作為結(jié)束條件時(shí)，控制器只是控制電動(dòng)機(jī)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)輸出恒定轉(zhuǎn)矩，控制精度直接受電機(jī)轉(zhuǎn)矩加載系統(tǒng)的影響。而采用補(bǔ)償能量作為結(jié)束條件時(shí)，不論電機(jī)加載力矩是否有偏差，控制器都會(huì)控制電機(jī)按既定規(guī)律持續(xù)工作，直到補(bǔ)償?shù)哪芰窟_(dá)到要求的能量值，因而可以消除由力矩加載精度帶來的影響。但是，如果加載力矩偏小過多，能量補(bǔ)償尚未完成時(shí)制動(dòng)過程已經(jīng)結(jié)束，這將使電機(jī)出現(xiàn)短時(shí)堵轉(zhuǎn)或制動(dòng)結(jié)束后的短時(shí)升速，應(yīng)加以避免。 　　可見，在保證加載力矩標(biāo)定正常時(shí)應(yīng)優(yōu)先選取補(bǔ)償能量作為補(bǔ)償結(jié)束條件。 　　 　　3.4 方案局限性采用能量補(bǔ)償法實(shí)現(xiàn)慣量的電模擬存在以下不足，必須預(yù)先考慮： 　　a．慣量模擬范圍受電機(jī)容量限制，電機(jī)容量過大勢(shì)必增加系統(tǒng)成本，可以采用增加若干慣性飛輪提高慣量模擬范圍的措施。 　　b．補(bǔ)償時(shí)間的計(jì)算需要依據(jù)預(yù)測(cè)的制動(dòng)時(shí)間，由于制動(dòng)襯片的摩擦因數(shù)是隨溫度和壓力等條件變化的不確定量，因而制動(dòng)時(shí)間很難精確預(yù)測(cè)。當(dāng)補(bǔ)償時(shí)間與補(bǔ)償起始時(shí)間之和大于實(shí)際制動(dòng)時(shí)間時(shí)會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償不完全的現(xiàn)象，因而應(yīng)該使補(bǔ)償時(shí)間在允許條件下盡量縮短。 　　3.5 改進(jìn)方案給出了能量補(bǔ)償法的數(shù)學(xué)模型和損耗模型，能量補(bǔ)償法是實(shí)現(xiàn)慣量電模擬的一種行之有效的方法，補(bǔ)償結(jié)束條件宜優(yōu)先選用補(bǔ)償能量，補(bǔ)償時(shí)間選取范圍應(yīng)控制在預(yù)測(cè)制動(dòng)時(shí)間的50％～80％。制動(dòng)距離作為補(bǔ)償結(jié)束條件的情況有待于進(jìn)一步研究。 　　 　　4 結(jié)論 　　 　　本文提出用電慣量模擬的試驗(yàn)方法，來對(duì)路試車輛的制動(dòng)性能進(jìn)行模擬，模擬的精確程度直接影響到汽車的安全性能。所以本模型對(duì)于汽車制造廠商具有很高的參考及研究價(jià)值價(jià)值。當(dāng)然，本模型還存在不足之處，需要在日后進(jìn)一步研究之后進(jìn)行改進(jìn)，使其日臻完善。