硬件在环hil简介

1、1 2 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 3 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+ u y 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 - 4 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。SimDrivel

2、ine 使对动力传 动系统的建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 5 应用示例 rCiC = rSsSs + rPiPi * rCi = rSs + rPi rCoC = rSlSl + rPoPo ,*rCo = rSl + rPo (rCo - rCi)C = rPiPi + rPoPo , rCo - rCi= rPo + rPi rRR = rCoC + rPoPo , rR = rCo + rPo (gRSs 1)C = gRSsR - Ss (gRSl +

3、 1)C = gRSlR + SI 6 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。 7 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 8 SimDriveline 库 SimDriveline 库 Solver&Inertia Gears Force Elements Transmission Templates Sensors & Actuators Utilities drivelib Vehicle Component 9 实例 实例：运行一个dr

4、ive_simpson 的模型 10 总结 SimDriveline 可以为我们做什么？ SimDriveline 是simulink 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 11 本章小结 SimDriveline 介绍 SimDriveline 库 实例 总结 Simulink 高级建模技巧 使用 SimDriveline 建模 13 本章概述 SimDriveline 库 示例 14 SimDr

5、iveline 模型与 Simulink 模型的接口 需要与 Simulink 模块连接的场合： 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 15 SimDriveline 库：库：Sensors & Actuators Torque 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

6、F是被动端， Tor为扭矩向simulink 输出端 口 同理有Motion Actuator和 Motion Sensor IC模块定义了转动件的初始 转速（rad/s) 16 SimDriveline 库：库：solve & inertias Solver & inertias 库入右图所示库入右图所示 17 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 18 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 19

7、SimDriveline 库：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 Gear Variable Ratio Gear Planet-Planet Ring-Planet 其它的都是由基本齿轮组合而成 的 20 组合齿轮 由基本齿轮组合而成的齿轮有Planetary Gear Dual-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 21 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

8、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 22 实例（续） 23 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 24 把直齿轮改为变速齿轮 25 把直齿轮改为行星齿轮 26 SimDriveline 库：库：Dynamic Elements 动态元素库包括4种元件： Controllable Friction Clutch Torque Converter Hard Stop Torsional 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

9、模原理 27 Controllable Friction Clutch 可控摩擦片式离合器 这是一个用压力信号控制的包含 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： Unengaged Engaged (but not locked) Locked 28 Clutch原理 P 示例drive_sclutch 31 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 32 drive_torque_convert 33

10、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 34 Hard stop原理 = F B = k( ) b 35 drive_hard_stop 36 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 37 Torsional Spring-Damper原理 = F B = k( back) b if

11、 +back = k( + back) b if back = b if back drive_spring 39 练习 搭建变速箱 各连接杆转动惯量是0.0001kg/m2 行星排的齿数比为2 40 SimDriveline库：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 41 SimDriveline库：库：Vehicle Components

12、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 42 引擎 引擎模型有两种（汽油机 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 43 引擎的原理 = Tg() g()=60/2/pi*P ()/n P()=p0+p1*n+p2*n2 +p3*n3 44 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

13、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） 45 车辆动力学模型 这是一个两轴，4轮的车 辆动力学模型 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) 46 车辆纵向动力学原理 47 示例drive_4wd_dynamics 48 建立SimDriveline 模型的一般步骤 确定转动惯量 确定传动约束（gea

14、rs) 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 49 实例 实例：drive_simpson 50 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 51 drive_simpson 52 4档位simpson 变速箱子系统模型 53 观察运行结果 54 总结 模型库模型介绍 建模步骤 55 实例 实例：运行一个drive_simpson 的模型 56 实例（续） 57 drive_spring 58 SimDr