汽車試驗臺慣量模擬方法的研究

葛友華，倪 泉，蘇 磊，劉 曼

（1.鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224001；2.常州大學 機械工程學院，江蘇 常州 213164；3.安徽理工大學 機械工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引言

電慣量模擬技術作為基于計算機控制技術發(fā)展起來的一門新技術，已經(jīng)在制動器模擬實驗中得到了廣泛的應用。不僅如此，它還能實現(xiàn)整體臺架性能試驗、傳動鏈試驗，極大地發(fā)展了慣量模擬的使用范圍。國內外學者對慣量模擬技術進行了研究，目前對電慣量模擬研究大致可分為兩種：恒力矩電慣量模擬和變力矩電慣量模擬。電慣量模擬技術主要研究的是汽車在恒定制動力矩下的制動情況［1－2］，在恒定制動力矩下，汽車制動時速度的變化值（即制動減速度）是一個定值，因此，電慣量系統(tǒng)對制動減速度的模擬是電慣量模擬技術的關鍵，通過對制動速度變化的模擬來達到模擬汽車制動的情況；對變力矩的電慣量模擬技術的研究則較少，相較于恒定制動力矩的汽車的制動情況，此時，汽車的制動減速度不是一個定值，因此，此時車輛的速度變化不能很好地被模擬。針對變力矩制動時出現(xiàn)速度模擬的難題，本文提出在電慣量模擬中，添加減速器這樣一個裝置來模擬制動時的制動力矩，這樣就解決了變力矩制動時汽車的慣量模擬問題。

1 三種慣量模擬方法

1.1 慣性飛輪模擬方法

慣性飛輪模擬方法（即機械慣量模擬方法）的主要原理是在汽車臺式檢測裝置中，通過動力裝置（一般是電機）來拖動慣性飛輪盤，當拖動的速度達到預定值時，動力裝置斷開與飛輪盤的連接，此時，慣性飛輪就依靠其自身的慣性來帶動轉鼓運行。該方法是通過增加飛輪盤來模擬車輛運動時的慣量，其原理如圖1所示。

圖1 機械慣量模擬原理圖

飛輪形式分為單個飛輪和多個飛輪，單個飛輪模擬的是一定質量車輛運動時的慣性，它局限了制動試驗臺的運用范圍，對于不同質量車輛的制動性能的測量會有一定的限制。多個飛輪模擬可以通過不同質量的飛輪組合解決單個飛輪模擬的限制，但是，也存在不足之處：①增加的飛輪個數(shù)是有限的，制動試驗臺依然無法處理所有車輛的制動性能的測量問題；②就算為了滿足制動試驗臺的要求增加飛輪的個數(shù)，那也會使試驗臺的結構變得異常龐大，從而局限了整個系統(tǒng)的使用性。

1.2 液壓慣量模擬方法

液壓慣量模擬方法是以非慣性的液壓技術模擬慣性（質量或轉動慣量）的效果。該方法主要通過液壓馬達、液壓泵、電動機和液壓油箱等裝置組成的速度調劑系統(tǒng)來模擬出車輛制動時的運行情況。圖2為液壓慣量模擬原理圖，通過液壓馬達的輸出軸帶動模擬路面的滾筒轉動，滾筒是與輪胎相互接觸的，由于輪胎與滾筒間的摩擦力的作用，使輪胎轉動起來，這樣也就能模擬出車輛制動時的一個運行情況。

該慣量模擬方法相較于慣性飛輪模擬方法，主要是使汽車試驗臺的結構變得簡單，同時，由于采用了液壓技術，省去了慣性飛輪，大大減輕了汽車試驗臺的重量，提高了試驗臺運用的靈活性。此外該方法能作連續(xù)變化，以適合不同的工況需要，且成本低，工作安全可靠，但模擬的精度不高。液壓慣量模擬系統(tǒng)主要是用液壓油作為傳遞能量的介質，而液壓油是有黏性的，因此，當液壓模擬系統(tǒng)進行慣量模擬級別轉換時響應會出現(xiàn)一定的延遲，這顯然會影響模擬的效果，在檢測中增加了干擾。

1.3 電慣量模擬方法

電慣量模擬技術是通過控制電機的轉速來模擬車輛制動時的速度變化。電慣量模擬原理如圖3所示，電機通過軸鏈接模擬路面的滾筒，電機帶動滾筒轉動模擬出車輛運行的速度。車輪與滾筒相接觸，通過接觸面的摩擦力隨著滾筒轉動，再通過安裝在車輪上的制動系統(tǒng)實現(xiàn)制動。

采用電慣量模擬技術可減小試驗系統(tǒng)的結構尺寸，通過控制參數(shù)調整系統(tǒng)慣量，提高試驗精度。同時，電慣量模擬技術能夠實現(xiàn)慣量的無級調整，這樣對測試不同質量的車輛有著非常重要的意義。

圖3 電慣量模擬原理圖

2 試驗臺變力矩制動的原理

通過上面介紹可知電慣量模擬技術的關鍵是模擬汽車制動時的速度變化，制動時汽車速度的變化主要與制動力矩的大小有關，而目前電慣量模擬技術主要模擬的是汽車在恒定制動力矩下的速度變化，而實際上汽車制動時不可能是恒定的力矩，因此，目前的電慣量模擬技術還存在著不足。為了更好地完善電慣量模擬技術，變力矩制動時的汽車慣量模擬將是主要的改進方向。變力矩制動與恒力矩制動的主要差別為恒力矩制動時制動減速度的值是一個定值，因此可以通過控制電慣量模擬技術的電機來模擬出制動時的減速度；而變力矩制動時制動減速度是一個隨時間變化的值，因此原來的模擬方法就不太可行了。

為此，我們在電慣量模擬試驗的裝置中引入減速器，將減速器安裝于電機和模擬路面的滾筒之間，通過減速機降低工作部件的速度，同時提高輸出的扭矩，使輸出的扭矩和速度之間存在一個數(shù)量關系，即：

速比是由減速機的本身性能決定的，它是一個可以選擇的值，只要選定電機的額定功率、額定轉速，使用效率也是一個已知的值，所以，減速機的輸出扭矩只和速比存在關系，是可以控制的，同時該轉矩是可以變化的，這樣就可以運用該扭矩實現(xiàn)制動試驗臺中變力矩制動情況的模擬。

3 結語

電慣量模擬與機械慣量模擬、液壓慣量模擬相比較有著很多的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其模擬慣量范圍具有連續(xù)性，不存在模擬級數(shù)，而且裝置較為簡單，體積??；同時電慣量模擬技術的運用將會大大簡化制動試驗臺的硬件構成，減少系統(tǒng)的組成部分。對現(xiàn)有制動試驗臺不能模擬變力矩制動的問題，可在試驗裝置中引入減速器，通過減速器輸出可控制扭矩來解決這一問題。

［1］林榮會，姜建平.雙分流加載式制動器試驗臺的電模擬系統(tǒng)［J］.自動化與儀器儀表，1997（3）：39-42.

［2］宮文斌，劉安龍，江闊，等.機械慣量混合電模擬技術研究［J］.農(nóng)業(yè)機械學報，2009，40（1）：208-212.