硬件在环hil简介
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实例：运行一个drive_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
52
4档位simpson 变速箱子系统模型
53
观察运行结果
54
总结
模Baidu Nhomakorabea库模型介绍 建模步骤
55
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
16
SimDriveline 库：solve & inertias
Solver & inertias 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
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
示例 >>drive_spring
37
Torsional Spring-Damper原理
可配置选项
30
>>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
示例 >>drive_torque_convert
32
>>drive_torque_convert
43
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*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Ω和纵向牵引力Fx 参数为：
40
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
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)
28
Clutch原理
P < Pth unengaged P ≥ Pth engaged(but not locked)
动摩擦力矩=μ*(Number of friction disks)*(effective torque radius)*(peak normal force)*(normalized pressure – pressure threshold)；
41
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
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
基于硬件的在环仿真技术
硬件在环仿真技术
2
V-cycle 开发流程
标定
功能设计
快速原型
硬件在回路（HIL）仿真
目标代码生成
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
5
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 + ωSI
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
执行机构 物理 系统 传感器
u
+ -
控制器
y
物理对象
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。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
locked
静摩擦力矩=(Static friction peak factor)*(Kinetic friction torque for ω → 0)
29
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 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）
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。
15
SimDriveline 库：Sensors & Actuators
8
SimDriveline 库
SimDriveline 库
Solver&Inertia Gears Force Elements
Transmission Templates
Sensors & Actuators Utilities Vehicle Component
>> drivelib
9
实例
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β；输出量 为该车的车速和前后轮负 荷Fzf, Fzr 参数：
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
33
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
34
Hard stop原理 θ = θF – θB τ = –k·(θ – θ±) – bω
θ = θF – θB
τ = –k( θ – θback) – bω if θ > +θback τ = –k( θ + θback) – bω if θ < –θback τ = – bω if –θback < θ < +θback
38
>>drive_spring
39
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2
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（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
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：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
11
本章小结 SimDriveline 介绍 SimDriveline 库 实例 总结
12
Simulink® 高级建模技巧
使用 SimDriveline 建模
本章概述
SimDriveline 库 示例
14
SimDriveline 模型与 Simulink 模型的接口
SimDriveline 连接 Simulink 信号
19
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。
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
52
4档位simpson 变速箱子系统模型
53
观察运行结果
54
总结
模Baidu Nhomakorabea库模型介绍 建模步骤
55
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
16
SimDriveline 库：solve & inertias
Solver & inertias 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
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
示例 >>drive_spring
37
Torsional Spring-Damper原理
可配置选项
30
>>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
示例 >>drive_torque_convert
32
>>drive_torque_convert
43
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*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Ω和纵向牵引力Fx 参数为：
40
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
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)
28
Clutch原理
P < Pth unengaged P ≥ Pth engaged(but not locked)
动摩擦力矩=μ*(Number of friction disks)*(effective torque radius)*(peak normal force)*(normalized pressure – pressure threshold)；
41
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
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
基于硬件的在环仿真技术
硬件在环仿真技术
2
V-cycle 开发流程
标定
功能设计
快速原型
硬件在回路（HIL）仿真
目标代码生成
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
5
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 + ωSI
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
执行机构 物理 系统 传感器
u
+ -
控制器
y
物理对象
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。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
locked
静摩擦力矩=(Static friction peak factor)*(Kinetic friction torque for ω → 0)
29
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 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）
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。
15
SimDriveline 库：Sensors & Actuators
8
SimDriveline 库
SimDriveline 库
Solver&Inertia Gears Force Elements
Transmission Templates
Sensors & Actuators Utilities Vehicle Component
>> drivelib
9
实例
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β；输出量 为该车的车速和前后轮负 荷Fzf, Fzr 参数：
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
33
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
34
Hard stop原理 θ = θF – θB τ = –k·(θ – θ±) – bω
θ = θF – θB
τ = –k( θ – θback) – bω if θ > +θback τ = –k( θ + θback) – bω if θ < –θback τ = – bω if –θback < θ < +θback
38
>>drive_spring
39
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2
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（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
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：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
11
本章小结 SimDriveline 介绍 SimDriveline 库 实例 总结
12
Simulink® 高级建模技巧
使用 SimDriveline 建模
本章概述
SimDriveline 库 示例
14
SimDriveline 模型与 Simulink 模型的接口
SimDriveline 连接 Simulink 信号
19
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。