硬件在環(huán)hil簡介

1、基于硬件的在環(huán)仿真技術(shù)硬件在環(huán)仿真技術(shù)23功能設(shè)計(jì)快速原型目標(biāo)代碼生成標(biāo)定硬件在回路（HIL）仿真V-cycle 開發(fā)流程4SimDriveline 介紹 對汽車及航天機(jī)械傳動和動力系統(tǒng)建模和仿真的Simulink 工具。 為 Simulink 擴(kuò)展了物理建模的能力 與 MathWorks 的控制設(shè)計(jì)和代碼生成產(chǎn)品緊密結(jié)合控制器控制器+uy物理對象物理對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理物理系統(tǒng)系統(tǒng)傳感器傳感器-5SimDriveline 特征 SimDriveline 提供了動力及傳動系統(tǒng)各種元件的模塊，如齒輪，旋轉(zhuǎn)軸，離合器；標(biāo)準(zhǔn)傳動裝置（變速箱）模版；引擎、輪胎及車輛 模型。SimDriveline

2、 使對動力傳動系統(tǒng)的建模和仿真變得極為容易。 SimDriveline 提供了一個圖解式的圖形建模環(huán)境，每一個模塊代表一個元件，如齒輪、離合器、液力變矩器，而連接元件的線就是傳動軸6 應(yīng)用示例rCiC = rSsSs + rPiPi * rCi = rSs + rPirCoC = rSlSl + rPoPo ,*rCo = rSl + rPo(rCo - rCi)C = rPiPi + rPoPo , rCo - rCi= rPo + rPirRR = rCoC + rPoPo , rR = rCo + rPo(gRSs 1)C = gRSsR - Ss(gRSl + 1)C = gRSlR

3、+ SI7 您可以利用 SimDriveline 圖解式的模塊界面建立您需要的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。8相關(guān)產(chǎn)品 需要以下 MathWorks 的產(chǎn)品： MATLAB 7.0.1 或以后 Simulink 6.1 或以后 SimDriveline9SimDriveline 庫 SimDriveline 庫Solver&InertiaGears Force Elements Transmission TemplatesSensors & ActuatorsUtilities drivelibVehicle Component10實(shí)例 實(shí)例：運(yùn)行一個drive_simpson 的模型11總結(jié) SimDr

4、iveline 可以為我們做什么？ SimDriveline 是simulink 環(huán)境下用于特殊場合建模的模型庫，我們可以通過傳感器和執(zhí)行器把它與simulink 相連接這個模型庫中的包含了建立傳動系統(tǒng)需要的各種部件，如軸、轉(zhuǎn)動慣量，離合器、變速箱等。基于牛頓旋轉(zhuǎn)動力學(xué)建立的?？梢苑抡婺M傳動系的運(yùn)動情況12本章小結(jié)SimDriveline 介紹SimDriveline 庫實(shí)例總結(jié)Simulink 高級建模技巧使用 SimDriveline 建模14本章概述SimDriveline 庫示例15SimDriveline 模型與 Simulink 模型的接口 需要與 Simulink 模塊連接的場

5、合： 施加扭矩(torque)、動作（motion) 監(jiān)視輸出(sense) SimDriveline 模型的信號不能直接與 Simulink 模塊相連。 必須使用 Sensors 和 Actuators 庫中的模塊過渡。SimDriveline 連接連接Simulink 信號信號16SimDriveline 庫：庫：Sensors & Actuators Torque Actuator是扭矩施加模塊。連接從simulink 傳遞來的扭矩 Torque Sensor是扭矩傳感器B是驅(qū)動端F是被動端，Tor為扭矩向simulink 輸出端口 同理有Motion Actuator和Motion S

6、ensor IC模塊定義了轉(zhuǎn)動件的初始轉(zhuǎn)速（rad/s)17SimDriveline 庫：庫：solve & inertiasSolver & inertias庫入右圖所示庫入右圖所示18Env模塊設(shè)置 Env模塊是對整個 模型進(jìn)行仿真環(huán)境的測試 仿真模式：Dynamics和Linearization19inertia定義轉(zhuǎn)動慣量 ；housing用于連接沒有轉(zhuǎn)動的部件 ； Shared Environment 把不同系統(tǒng)設(shè)置為同樣的仿真環(huán)境20SimDriveline 庫：庫：gears 齒輪模型庫包括8種類型的齒輪，其中有基本齒輪如：Simple GearVariable Ratio Ge

7、arPlanet-PlanetRing-Planet其它的都是由基本齒輪組合而成的21組合齒輪 由基本齒輪組合而成的齒輪有Planetary GearDual-Ratio Planetary和 Ravigneaux 例如：Planetary Gear就是由Planet-Planet、Ring-Planet組合而成的。注意：添入齒數(shù)比的時候，數(shù)值一定為正數(shù)22實(shí)例：扭矩驅(qū)動直齒輪轉(zhuǎn)動 建立一個用sine波的扭矩來驅(qū)動一個傳動比為2 的直齒輪，所有軸的轉(zhuǎn)動慣量為1 觀察該系統(tǒng)在10秒后齒輪驅(qū)動端與被動端的扭矩和速度情況23實(shí)例（續(xù)）24練習(xí)：修改實(shí)例 1 把直齒輪改為變速齒輪 2 把直齒輪改為行星

8、齒輪25把直齒輪改為變速齒輪26把直齒輪改為行星齒輪27SimDriveline 庫：庫：Dynamic Elements 動態(tài)元素庫包括4種元件： Controllable Friction Clutch Torque Converter Hard Stop Torsional Spring-Damper 這些模型主要是由基本的Simulink 模塊搭建而成的，使用之前應(yīng)略微了解他們的建模原理28Controllable Friction Clutch 可控摩擦片式離合器 這是一個用壓力信號控制的包含動摩擦和靜摩擦的摩擦片離合器模型 工作模式可分為兩種（雙向和無方向） 離合器工作的三種狀態(tài)：

9、 Unengaged Engaged (but not locked) Locked29Clutch原理 P 示例drive_sclutch32Torque Converter 變矩器是根據(jù)輸入輸出相對速度不同傳遞扭矩的器件 參數(shù)： 傳動比 扭矩比 扭矩轉(zhuǎn)化系數(shù)n 示例 drive_torque_convert 33drive_torque_convert 34Hard Stop 限位器模型是一個在限制軸向運(yùn)動在一定范圍內(nèi)的模型，當(dāng)達(dá)到它運(yùn)動的上下限的時候產(chǎn)生彈性變形 參數(shù)： 相對距離的上下限（rad) 接觸剛度 接觸阻尼n 示例 drive_hard_stop35Hard stop原理 =

10、F B = k( ) b36 drive_hard_stop37Torsional Spring-Damper 扭轉(zhuǎn)彈簧減震器模型代表用扭轉(zhuǎn)彈簧連接的兩段軸的傳動 參數(shù)： 剛度 阻尼 初始偏移量 自由行程n 示例drive_spring 38Torsional Spring-Damper原理 = F B = k( back) b if +back = k( + back) b if back = b if back drive_spring40練習(xí) 搭建變速箱各連接桿轉(zhuǎn)動慣量是0.0001kg/m2行星排的齒數(shù)比為241SimDriveline庫：庫：Transmission Template

11、s 變速箱模板庫包含4種類型的變速箱 這些變速箱都是由齒輪模塊和離合器模塊組合而成的。 通過查看“l(fā)ook under marks”可以看到這些變速箱的模塊搭建方式，每個變速箱模板的圖解界面描述了該種變速箱的結(jié)構(gòu) 建立用戶自己的變速箱42SimDriveline庫：庫：Vehicle Components 汽車部件庫包括4種元件： 引擎（汽油機(jī)、柴油機(jī)） 輪胎 縱向車輛動力學(xué)模型n 這些模型的主體部分也都是由simulink搭建而成的43引擎 引擎模型有兩種（汽油機(jī)和柴油機(jī)） 引擎模型是傳動系的扭矩發(fā)生端，輸入量為節(jié)氣門開度 輸入的參數(shù)都是相同的，不同是模型對輸入?yún)?shù)的處理 參數(shù)：發(fā)動機(jī)的峰值

12、功率及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速44引擎的原理 = Tg()g()=60/2/pi*P ()/nP()=p0+p1*n+p2*n2+p3*n345輪胎 輪胎模型是整個傳動系的結(jié)束端 輸入量為汽車在垂直方向的負(fù)荷Fz和行使方向的速度Vx；輸出量為車輪的轉(zhuǎn)速和縱向牽引力Fx 參數(shù)為： 車輪滾動半徑（m） 額定負(fù)荷（N） 額定負(fù)荷是的峰值縱向牽引力(N) 額定負(fù)荷下的峰值滑動率（%） 輪胎的接地長度（m）46車輛動力學(xué)模型 這是一個兩軸，4輪的車輛動力學(xué)模型 輸入量為前輪驅(qū)動力Fxf，后輪驅(qū)動力Fxr及車輛所在的路面坡度；輸出量為該車的車速和前后輪負(fù)荷Fzf, Fzr 參數(shù)： 車的質(zhì)量（m） 質(zhì)心的位置 （m） 迎風(fēng)面積 (m2) 空氣阻力系數(shù)Cd 車在水平方向山的初速度(m/s)47車輛縱向動力學(xué)原理48示例drive_4wd_dynamics 49建立SimDriveline 模型的一般步驟 確定轉(zhuǎn)動慣量 確定傳動約束（gears) 確定傳動連接件（如離合器） 確定系統(tǒng)的扭矩輸入和運(yùn)動輸出 確定求解方式 運(yùn)行，觀