硬件在环hil简介.ppt

1、基于硬件的在环仿真技术,硬件在环仿真技术,V-cycle 开发流程,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,+,u,y,物理对象,执行机构,物理系统,传感器,-,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

2、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,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 + 1)C = gRSlR + SI,您可以利用 SimDriveline 图解式的模块界面

3、建立您需要的动力系统结构模型。,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,SimDriveline 库,SimDriveline 库,Solver&Inertia,Gears,Force Elements,Transmission Templates,Sensors & Actuators,Utilities, drivelib,Vehicle Component,实例,实例：运行一个drive_simpson 的模型,总结,SimDriveline 可以为我们做什么？ SimDrivelin

4、e 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,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,本章概述,SimDriveline 库 示例,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（mot

5、ion) 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,SimDriveline 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

6、),SimDriveline 库：solve & inertias,Solver & inertias库入右图所示,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,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,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 Gear Variable Ratio Gear Planet-Planet Ring-Planet 其它的都是由基

7、本齿轮组合而成 的,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,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,实例（续）,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,把直齿轮改为变速齿轮,把直齿轮改为行星齿轮,SimDrivel

8、ine 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 建模原理,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) L

9、ocked,Clutch原理,P Pth unengaged P Pth engaged(but not locked) 动摩擦力矩=*(Number of friction disks)*(effective torque radius)*(peak normal force)*(normalized pressure pressure threshold)； locked 静摩擦力矩=(Static friction peak factor)*(Kinetic friction torque for 0),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

10、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）,示例drive_sclutch,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 示例 drive_torque_convert,drive_torque_convert,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 示例 drive_hard_stop,Hard stop原

11、理, = F B = k( ) b, drive_hard_stop,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 示例 drive_spring,Torsional Spring-Damper原理, = F B = k( back) b if +back = k( + back) b if back = b if back +back,drive_spring,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,SimDriveline库：Transmission Te

12、mplates,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,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 这些模型的主体部分也都是由simulink搭建而成的,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

13、值功率及对应的转速、发动机的最高转速,引擎的原理, = Tg() g()=60/2/pi*P ()/n P()=p0+p1*n+p2*n2+p3*n3,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）,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),车辆纵向动力学原理,示例,drive_4wd_dynamics,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