硬件在环hil简介

基于硬件的在环仿真技术硬件在环仿真技术23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4SimDriveline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-5SimDriveline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6应用示例rCiωC=rSsωSs+rPiωPi*rCi=rSs+rPirCoωC=rSlωSl+rPoωPo,*rCo=rSl+rPo(rCo-rCi)ωC=rPiωPi+rPoωPo,rCo-rCi=rPo+rPirRωR=rCoωC+rPoωPo,rR=rCo+rPo(gRSs–1)ωC=gRSs·ωR-ωSs(gRSl+1)ωC=gRSl·ωR+ωSI7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。8相关产品需要以下MathWorks的产品：MATLAB7.0.1或以后Simulink6.1或以后SimDriveline9SimDriveline库SimDriveline库Solver&InertiaGearsForceElementsTransmissionTemplatesSensors&ActuatorsUtilitiesdrivelibVehicleComponent10实例实例：运行一个drive_simpson的模型11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12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14本章概述SimDriveline库示例15SimDriveline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16SimDriveline库：Sensors&ActuatorsTorqueActuator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MotionSensorIC模块定义了转动件的初始转速（rad/s)17SimDriveline库：solve&inertiasSolver&inertias库入右图所示18Env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Linearization19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20SimDriveline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21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22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23实例（续）24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25把直齿轮改为变速齿轮26把直齿轮改为行星齿轮27SimDriveline库：DynamicElements动态元素库包括4种元件：ControllableFrictionClutchTorqueConverterHardStopTorsionalSpring-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28ControllableFrictionClutch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(butnotlocked)Locked29Clutch原理PPthunengagedP≥Pthengaged(butnotlocked)动摩擦力矩=μ*(Numberoffrictiondisks)*(effectivetorqueradius)*(peaknormalforce)*(normalizedpressure–pressurethreshold)；locked静摩擦力矩=(Staticfrictionpeakfactor)*(Kineticfrictiontorqueforω→0)30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）31示例drive_sclutch32TorqueConverter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_convert33drive_torque_convert34HardStop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_stop35Hardstop原理θ=θF–θBτ=–k·(θ–θ±)–bω36drive_hard_stop37TorsionalSpring-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_spring38TorsionalSpring-Damper原理θ=θF–θBτ=–k(θ–θback)–bωifθ+θbackτ=–k(θ+θback)–bωifθ–θbackτ=–bωif–θbackθ+θback39drive_spring40练习搭建变速箱各连接杆转动惯量是0.0001kg/m^2行星排的齿数比为241SimDriveline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42SimDriveline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43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44引擎的原理τ=T·g(Ω)g(Ω)=60/2/pi*P(Ω)/nP(Ω)=p0+p1*n+p2*n2+p3*n345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）46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)47车辆纵向动力学原理48示例drive_4wd_dynamics49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50实例实例：drive_simpson51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_simpson52drive_simpson534档位simpson变速箱子系统模型54观察运行结果55总结模型库模型介绍建模步骤