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1、功能设计快速原型目标代码生成标定硬件在回路（HIL）仿真V-cycle 开发流程第1页/共54页SimDriveline 介绍对汽车及航天机械传动和动力系统建模和仿真的Simulink 工具。为 Simulink 扩展了物理建模的能力与 MathWorks 的控制设计和代码生成产品紧密结合控制器控制器+uy物理对象物理对象执行机构执行机构物理物理系统系统传感器传感器-第2页/共54页SimDriveline 特征SimDriveline 提供了动力及传动系统各种元件的模块，如齿轮，旋转轴，离合器；标准传动装置（变速箱）模版；引擎、轮胎及车辆 模型。SimDriveline 使对动力传动系统的建
2、模和仿真变得极为容易。SimDriveline 提供了一个图解式的图形建模环境，每一个模块代表一个元件，如齿轮、离合器、液力变矩器，而连接元件的线就是传动轴第3页/共54页 应用示例rCiC=rSsSs+rPiPi*rCi=rSs+rPirCoC=rSlSl+rPoPo,*rCo=rSl+rPo(rCo-rCi)C=rPiPi+rPoPo,rCo-rCi=rPo+rPirRR=rCoC+rPoPo,rR=rCo+rPo(gRSs 1)C=gRSsR-Ss(gRSl+1)C=gRSlR+SI第4页/共54页您可以利用 SimDriveline 图解式的模块界面建立您需要的动力系统结构模型。第5页
3、/共54页相关产品 需要以下 MathWorks 的产品：MATLAB 7.0.1 或以后Simulink 6.1 或以后SimDriveline第6页/共54页SimDriveline 库SimDriveline 库Solver&InertiaGears Force Elements Transmission TemplatesSensors&ActuatorsUtilities drivelibVehicle Component第7页/共54页实例实例：运行一个drive_simpson 的模型第8页/共54页总结SimDriveline 可以为我们做什么？SimDriveline 是si
4、mulink 环境下用于特殊场合建模的模型库，我们可以通过传感器和执行器把它与simulink 相连接这个模型库中的包含了建立传动系统需要的各种部件，如轴、转动惯量，离合器、变速箱等。基于牛顿旋转动力学建立的。可以仿真模拟传动系的运动情况第9页/共54页本章小结SimDriveline 介绍SimDriveline 库实例总结第10页/共54页Simulink 高级建高级建模技巧模技巧使用 SimDriveline 建模第11页/共54页本章概述SimDriveline 库示例第12页/共54页SimDriveline 模型与 Simulink 模型的接口 需要与 Simulink 模块连接的
5、场合：施加扭矩(torque)、动作（motion)监视输出(sense)SimDriveline 模型的信号不能直接与 Simulink 模块相连。必须使用 Sensors 和 Actuators 库中的模块过渡。SimDriveline 连接连接Simulink 信号信号第13页/共54页SimDriveline 库：Sensors&ActuatorsTorque Actuator 是扭矩施加模块。连接从simulink 传递来的扭矩Torque Sensor 是扭矩传感器B是驱动端F是被动端，Tor为扭矩向simulink 输出端口同理有Motion Actuator和Motion Se
6、nsorIC模块定义了转动件的初始转速（rad/s)第14页/共54页SimDriveline 库：solve&inertiasSolver&inertias库入右图所示库入右图所示第15页/共54页Env模块设置Env模块是对整个 模型进行仿真环境的测试仿真模式：Dynamics和Linearization第16页/共54页inertia定义转动惯量；housing用于连接没有转动的部件；Shared Environment 把不同系统设置为同样的仿真环境第17页/共54页SimDriveline 库：gears齿轮模型库包括8种类型的齿轮，其中有基本齿轮如：Simple GearVaria
7、ble Ratio GearPlanet-PlanetRing-Planet其它的都是由基本齿轮组合而成的第18页/共54页组合齿轮由基本齿轮组合而成的齿轮有Planetary GearDual-Ratio Planetary和 Ravigneaux例如：Planetary Gear就是由Planet-Planet、Ring-Planet组合而成的。注意：添入齿数比的时候，数值一定为正数第19页/共54页实例：扭矩驱动直齿轮转动建立一个用sine波的扭矩来驱动一个传动比为2 的直齿轮，所有轴的转动惯量为1观察该系统在10秒后齿轮驱动端与被动端的扭矩和速度情况第20页/共54页实例（续）第21页
8、/共54页练习：修改实例1 把直齿轮改为变速齿轮2 把直齿轮改为行星齿轮第22页/共54页把直齿轮改为变速齿轮第23页/共54页把直齿轮改为行星齿轮第24页/共54页SimDriveline 库：Dynamic Elements动态元素库包括4种元件：Controllable Friction ClutchTorque ConverterHard StopTorsional Spring-Damper这些模型主要是由基本的Simulink 模块搭建而成的，使用之前应略微了解他们的建模原理第25页/共54页Controllable Friction Clutch 可控摩擦片式离合器这是一个用压力
9、信号控制的包含动摩擦和静摩擦的摩擦片离合器模型工作模式可分为两种（双向和无方向）离合器工作的三种状态：UnengagedEngaged(but not locked)Locked第26页/共54页Clutch原理P 示例drive_sclutch第29页/共54页Torque Converter变矩器是根据输入输出相对速度不同传递扭矩的器件参数：传动比扭矩比扭矩转化系数n示例 drive_torque_convert 第30页/共54页drive_torque_convert 第31页/共54页Hard Stop限位器模型是一个在限制轴向运动在一定范围内的模型，当达到它运动的上下限的时候产生弹
10、性变形参数：相对距离的上下限（rad)接触刚度接触阻尼n示例 drive_hard_stop第32页/共54页Hard stop原理 =F B=k()b第33页/共54页 drive_hard_stop第34页/共54页Torsional Spring-Damper扭转弹簧减震器模型代表用扭转弹簧连接的两段轴的传动参数：刚度阻尼初始偏移量自由行程n示例drive_spring 第35页/共54页Torsional Spring-Damper原理 =F B =k(back)b if +back=k(+back)b if back=b if back drive_spring第37页/共54页练习
11、搭建变速箱kg/m2行星排的齿数比为2第38页/共54页SimDriveline库：Transmission Templates变速箱模板库包含4种类型的变速箱这些变速箱都是由齿轮模块和离合器模块组合而成的。通过查看“look under marks”可以看到这些变速箱的模块搭建方式，每个变速箱模板的图解界面描述了该种变速箱的结构建立用户自己的变速箱第39页/共54页SimDriveline库：Vehicle Components汽车部件库包括4种元件：引擎（汽油机、柴油机）轮胎纵向车辆动力学模型n这些模型的主体部分也都是由simulink搭建而成的第40页/共54页引擎引擎模型有两种（汽油机
12、和柴油机）引擎模型是传动系的扭矩发生端，输入量为节气门开度输入的参数都是相同的，不同是模型对输入参数的处理参数：发动机的峰值功率及对应的转速、发动机的最高转速第41页/共54页引擎的原理=Tg()g()=60/2/pi*P()/nP()=p0+p1*n+p2*n2+p3*n3第42页/共54页轮胎轮胎模型是整个传动系的结束端输入量为汽车在垂直方向的负荷Fz和行使方向的速度Vx；输出量为车轮的转速和纵向牵引力Fx 参数为：车轮滚动半径（m）额定负荷（N）额定负荷是的峰值纵向牵引力(N)额定负荷下的峰值滑动率（%）轮胎的接地长度（m）第43页/共54页车辆动力学模型这是一个两轴，4轮的车辆动力学模
13、型输入量为前轮驱动力Fxf，后轮驱动力Fxr及车辆所在的路面坡度；输出量为该车的车速和前后轮负荷Fzf,Fzr 参数：车的质量（m）质心的位置（m）迎风面积(m2)空气阻力系数Cd车在水平方向山的初速度(m/s)第44页/共54页车辆纵向动力学原理第45页/共54页示例drive_4wd_dynamics 第46页/共54页建立SimDriveline 模型的一般步骤确定转动惯量确定传动约束（gears)确定传动连接件（如离合器）确定系统的扭矩输入和运动输出确定求解方式运行，观察结果第47页/共54页实例实例：drive_simpson第48页/共54页实例：drive_simpson这是一个整车的部分模型，没有引擎和车轮，仅包含开环的扭矩输入、驱动轴、被驱动轴、4档的simpson 变速箱和驻车制动器。4档的simpson 变速箱的换档表 drive_simpson第49页/共54页drive_simpson第50页/共54页4档位simpson 变速箱子系统模型第51页/共54页观察运行结果第52页/共54页总结模型库模型介绍建模步骤第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页