硬件在环hil简介

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页第一页，共55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+uy物理对象执行机构物理

系统传感器-第2页/共54页第二页，共55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页第三页，共55页。

应用示例rCiωC=rSsωSs+rPiωPi*rCi=rSs+rPirCoωC=rSlωSl+rPoωPo,*rCo=rSl+rPo(rCo-rCi)ωC=rPiωPi+rPoωPo,rCo-rCi=rPo+rPirRωR=rCoωC+rPoωPo,rR=rCo+rPo(gRSs–1)ωC=gRSs·ωR-ωSs(gRSl+1)ωC=gRSl·ωR+ωSI第4页/共54页第四页，共55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/共54页第五页，共55页。相关产品需要以下MathWorks的产品：MATLAB7.0.1或以后Simulink6.1或以后SimDriveline第6页/共54页第六页，共55页。SimDriveline库SimDriveline库Solver&InertiaGears

ForceElementsTransmissionTemplatesSensors&ActuatorsUtilities>>drivelibVehicleComponent第7页/共54页第七页，共55页。实例实例：运行一个drive_simpson的模型第8页/共54页第八页，共55页。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第9页/共54页第九页，共55页。本章小结SimDriveline介绍SimDriveline库实例总结第10页/共54页第十页，共55页。Simulink®高级建模技巧使用SimDriveline建模第11页/共54页第十一页，共55页。本章概述SimDriveline库示例第12页/共54页第十二页，共55页。SimDriveline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Simulink信号第13页/共54页第十三页，共55页。SimDriveline库：Sensors&ActuatorsTorqueActuator是扭矩施加模块。连接从simulink传递来的扭矩TorqueSensor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MotionActuator和MotionSensorIC模块定义了转动件的初始转速（rad/s)第14页/共54页第十四页，共55页。SimDriveline库：solve&inertiasSolver&inertias库入右图所示第15页/共54页第十五页，共55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页第十六页，共55页。inertia定义转动惯量；housing用于连接没有转动的部件；

SharedEnvironment把不同系统设置为同样的仿真环境第17页/共54页第十七页，共55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：SimpleGearVariableRatioGearPlanet-PlanetRing-Planet其它的都是由基本齿轮组合而成的第18页/共54页第十八页，共55页。组合齿轮由基本齿轮组合而成的齿轮有PlanetaryGearDual-RatioPlanetary和Ravigneaux例如：PlanetaryGear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页第十九页，共55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页第二十页，共55页。实例（续）第21页/共54页第二十一页，共55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页第二十二页，共55页。把直齿轮改为变速齿轮第23页/共54页第二十三页，共55页。把直齿轮改为行星齿轮第24页/共54页第二十四页，共55页。SimDriveline库：DynamicElements动态元素库包括4种元件：ControllableFrictionClutchTorqueConverterHardStopTorsionalSpring-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页第二十五页，共55页。ControllableFrictionClutch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：UnengagedEngaged(butnotlocked)Locked第26页/共54页第二十六页，共55页。Clutch原理P<PthunengagedP≥Pthengaged(butnotlocked)动摩擦力矩=μ*(Numberoffrictiondisks)*(effectivetorqueradius)*(peaknormalforce)*(normalizedpressure–pressurethreshold)；locked静摩擦力矩=(Staticfrictionpeakfactor)*(Kineticfrictiontorqueforω→0)第27页/共54页第二十七页，共55页。可控摩擦片式离合器参数配置参数包括：摩擦片的数目有效扭矩半径峰值应力动摩擦系数静摩擦系数应力的阀值速度偏差可配置选项初始状态锁止滑动转速输出端口（S）功率损失输出端口（L）状态输出端口（M）第28页/共54页第二十八页，共55页。>>示例drive_sclutch第29页/共54页第二十九页，共55页。TorqueConverter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示例

>>drive_torque_convert

第30页/共54页第三十页，共55页。>>drive_torque_convert

第31页/共54页第三十一页，共55页。HardStop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)接触刚度接触阻尼示例>>drive_hard_stop第32页/共54页第三十二页，共55页。Hardstop原理θ=θF–θBτ=–k·(θ–θ±)–bω第33页/共54页第三十三页，共55页。>>drive_hard_stop第34页/共54页第三十四页，共55页。TorsionalSpring-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示例>>drive_spring第35页/共54页第三十五页，共55页。TorsionalSpring-Damper原理

θ

=θF–θBτ=–k(θ–θback)–bωifθ>+θbackτ=–k(θ+θback)–bωifθ<–θbackτ=–bωif–θback<θ<+θback第36页/共54页第三十六页，共55页。>>drive_spring第37页/共54页第三十七页，共55页。练习搭建变速箱kg/m^2行星排的齿数比为2第38页/共54页第三十八页，共55页。SimDriveline库：TransmissionTemplates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“lookundermarks”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页第三十九页，共55页。SimDriveline库：VehicleComponents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页第四十页，共55页。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、发动机的最高转速第41页/共54页第四十一页，共55页。引擎的原理τ=T·g(Ω)g(Ω)=60/2/pi*P(Ω)/nP(Ω)=p0+p1*n+p2*n2+p3*n3第42页/共54页第四十二页，共55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Ω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页第四十三页，共55页。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β；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页第四十四页，共55页。车辆纵向动力学原理第45页/共54页第四十五页，共55页。示例>>drive_4wd_dynamics

第46页/共54页第四十六页，共55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