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技术领域

本发明属于汽车制动器试验技术领域，涉及一种新的制动器测量反馈方法，特别是一种 基于电磁感应及直流变压的制动器试验惯量补偿方法。

背景技术

在说明书附图中，图1所示为一台最简单的直流发电机模型，如图所示，N和S是一对 固定的磁极，可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体， 称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相 互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片。它们的组合体称为换向器，在换向器上放 置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电 枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。电枢在原动机拖动下转动，把机械能转变 为电能供给接在两电刷间的电负载。

在图1(a)中，电枢逆时针旋转时，线圈两边ab与cd切割磁力线产生感应电动势，方向 如图1(a)所示，由d→c→b→a，电刷A为正极，电刷B为负极。外电路上的电流方向是由正 极A流出，经负载流向负极B，可根据右手定则判断。当电枢转过180°之后，如图1(b)所 示，此时线圈的电动势方向改变了，变成了由a→b→c→d，电刷A原来与换向片1接触，变 为与换向片2接触，电刷B原来与换向片2接触，变为与换向片1接触，这样电刷A仍为正 极，电刷B仍为负极。

以上分析表明，一个线圈边从一个磁极范围转到相邻异性磁极范围时，其电动势方向就 改变一次，但对外电路而言，两电刷间电动势的方向是不变的，只是大小在零与最大值之间 变化。这种单线圈直流发电机，虽然可以获得恒定方向的电动势和电流，但其大小是脉动的。 这就是直流发电机的基本工作原理。

关于直流发电机恒定电动势的产生：上述的发电机，电动势方向虽然不变，但大小是脉 动的，而且波动很大，这样的电动势是不符合实际要求的。要减小电动势的波动程度，可以 考虑在电枢上适当增加线圈数和换向片数，例如，在电枢上绕两个线圈，即每隔90°就有一 个线圈边，这样换向后半波电动势将相差90°波动程度已显著减小。实际应用的直流发电机 中线圈数总是较多的，磁极对数也不只是一对，故电动势的波动程度很小(实验和分析都表 明，当每个磁极范围内的导体数目大于8时，电动势的波动程度就小于1％)，可以认为是恒 定的直流电动势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于电磁感应及直流变压的制动器试验惯量补偿 方法，该方法基于电磁感应及直流变压的电流控制模型，利用电磁感应的原理，巧妙地将离 散的数据连续化，从而减小因对离散数据进行测量而产生的误差，最大限度地提高了制动器 试验台进行制动试验的精确度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电磁感应及直流变压的制动器试验惯量补偿方法，在该方法中，以汽车制动器 试验台为基础，基于电磁感应及直流变压原理设计电路，构造对制动器试验台飞轮速度的实 时反馈系统，从而实现制动器试验惯量补偿。

进一步，具体包括以下步骤：

S1：以汽车制动器试验台为基础，在飞轮组主轴上固定连接一台小型直流发电机，发电 机中线圈的转速同主轴的转速相同，这样在主轴转动时，直流发电机就会通过电磁感应产生 感应电动势；

S2：将感应电动势引入电路1中，通过电流的变化，使电路中的电感产生感应电动势， 并通过变压器式电感，使电路2中产生感应电动势和感应电流；

S3：在电路2中加入直流变压器，并连接电源以提供额外的能量输出，通过调节电压的 放大倍数，使放大后的电压通过电路3加在制动器试验台的动力系统两端；该电压提供的能 量等于电动机因发热而消耗的能量加上主轴的转动所需的能量

本发明的有益效果在于：本发明针对制动器试验台电动机在提供控制电流时，其电流的 大小利用测量瞬时数据的方法进行确定的不足，提出基于电磁感应及直流变压的电流控制模 型，利用电磁感应的原理，巧妙地将离散的数据连续化，从而减小因对离散数据进行测量而 产生的误差，最大限度地提高了制动器试验台进行制动试验的精确度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为简单的直流发电机模型；

图2为本发明中使用的直流发电机；

图3为本发明的主要构造及电路图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图3为本发明的主要构造及电路图，本发明将电磁感应及直流变压引入到制动器试验台 中来，采用的技术方案如下：

在主轴上连接固定一小型直流发电机，发电机中线圈的转速同主轴的转速相同，这样， 在主轴转动时，直流发电机就会通过电磁感应产生感应电动势。将感应电动势引入电路1中， 通过电流I₁的变化，使电路1中的电感L产生感应电动势，并通过变压器式电感L，使电路 2中产生感应电动势和感应电流；在电路2中加入直流变压器，并连接电源以提供额外的能 量输出，通过调节电压的放大倍数，使放大后的电压加在动力系统(电动机)两端。该电压 提供的能量等于电动机因发热而消耗的能量加上主轴的转动所需的能量。这样，就可以将原 系统中离散的数据连续化，减小了因离散而产生的随机误差。图2所示为本发明中使用的直 流发电机。

具体来说：在图2中，直流发电机中线圈处等效磁感应强度为B，等效线圈匝数为n，线 圈磁通面积为S，线圈旋转的角速度为ω同主轴的转速一致。根据法拉第电磁感应定律，直 流发电机产生的感应电动势为：

将直流发电机在线圈旋转时产生的电流引入电路1中，其中电感的自感系数为L，电路 闭合回路的电阻和为R₁。根据欧姆定律，在电路1中的感应电流大小为：

I 1 = 2 n B S ω R 1 ]]>

再将电路1中的变化的电流通过变压器式电感，感应到电路2中，即让电路2因电路1 的电流变化而产生感应电动势。其中，变压器式电感的效率为η，电路2中电感的自感系数 为L，电路2闭合回路的电阻和为(R₂+R_u)。

又有电路2中的感应电动势等于电路1中的电流变化率和自感系数的乘积，所以导出电 路2中的感应电动势为：

E 2 = η L · dI 1 d t = 2 η n L B S R 1 · d ω d t ]]>

而主轴的角加速度与角速度的关系为：

dω＝βdt

所以电路2中的感应电动势又可以写成：

E 2 = 2 η n L B S R 1 · β ]]>

如图3所示，设电路2中连接直流变压器一段电路的电阻为R_u，根据串联分压原理，输 给直流变压器的电压E_u为：

E u = E 2 R u R 2 + R u = 2 ηnLBSR u R 1 ( R 2 + R u ) · β ]]>

在电路3中，电动机需要用于提供扭矩的电流记为I₃，根据实际路试中，电动机驱动电 流与能量输出的关系模型，得到I₃的值：

设电动机内阻为R_M，设电动机用于自身消耗的热量占整个电路3总能量的比例系数为ξ， 可以反解出电路3所需电动势E₃。

有方程：

∫ E 3 I 3 d t = 1 ξ ∫ I 3 2 R M d t ]]>

则：

联立方程

E u = 2 ηnLBSR u R 1 ( R 2 + R u ) · β ]]>

求出直流变压器的电压比λ为：

关于直流变压器：

直流变压器的直流电升压首先用电子元件变为交流电，然后通过变压器来改变电压，叫 做逆变，用于将直流电升压的设备叫逆变器。

变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。 次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈 就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线 圈是250匝，初级通上220V交流电，次级电压就是110V。变压器能降压也能升压。如果初 级线圈比次级线圈圈数少就是升压变压器，可将低电压升为高电压。

通常所说的直流变压器是电压转换使用的从某一电压的电源获取能量，采用震荡器变成 交流，再使用变压器升/降电压，然后通过整流电路，还原成为直流，在要求比较高的时候， 需要反馈电路进行闭环控制，使得输出电压比较稳定。

根据上面数学模型的建立与计算，按照图3搭建电路图：

i)使直流发电机中线圈处等效磁感应强度为已知定值B；

ii)使直流发电机中线圈匝数为已知定值n；

iii)使直流发电机中线圈磁通面积为已知定值S；

iv)线圈旋转的角速度为ω同主轴的转速一致。

上面四步使直流发电机产生的感应电动势为：

v)测量得知电路1中闭合回路的总电阻为R₁；

vi)使变压器式电感的自感系数为已知定值L；

vii)测量得知变压器式电感的效率为η；

viii)测量得知电路2中的两段电阻R₂和R_u；

ix)查阅电动机参数，得知电动机内阻为R_M；

x)查阅电动机参数，得知电动机发热占总能量的比例为ξ；

xi)最后调节，使直流变压器的电压比λ等于：

当试验台实验进行到流程图中的“开始制动”一步时，断开电动机使飞轮组加速旋转的 电源开关，再将电动机接入图3设计的整个电路图(包括提供直流变压器能量的电源)，即可 自动完成试验台制动。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述 优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和 细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。