汽車級Simulink建模與仿真

1、（車輛工程專業(yè)）2內(nèi)容概覽1. 引例：用 Simulink 對微分方程建模仿真2. 一個發(fā)動機模型3. 離合器接合/分離模型4. 防抱死制動系統(tǒng)（ABS）5. 半車模型懸架系統(tǒng)3引例用 Simulink 對下列微分方程進行建模仿真uxx 2（u 為常數(shù)）tuetx2)(4基本步驟1. 啟動 MATLAB2. 啟動 Simulink3. 新建一個模型4. 保存模型5. 選擇合適的模塊6. 模塊操作7. 信號線操作8. 仿真參數(shù)設(shè)置9. 開始仿真5擴展步驟1. 示波器設(shè)置2. 多個示波器分別顯示多條曲線3. 在一個示波器中顯示多條曲線6實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型根據(jù)下列數(shù)學(xué)模型，用 Simulink

2、建模仿真。2.負載扭矩（輸入）：1.節(jié)氣門開度（輸入）：7實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型3.進入進氣歧管的空氣質(zhì)量速度：8實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型4.進氣歧管的壓力變化速度：9實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型5.離開進氣歧管的空氣質(zhì)量速度（即進入氣缸的空氣質(zhì)量速度）：10實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型6.發(fā)動機扭矩：11實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型7.發(fā)動機角加速度：12實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型用到的模塊一覽：1.常量ConstantSources2.階躍StepSources3.示波器ScopeSinks4.終端TerminatorSinks5.增益GainMath Operations6.加減SumMath Operatio

3、ns7.乘除ProductMath Operations8.求最值MinMaxMath Operations9.判正負SignMath Operations10. 匯總器MuxSignal Routing11. 開關(guān)SwitchSignal Routing13實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型用到的模塊一覽：1.關(guān)系運算符Relational Op.Logic & Bit Op.2.積分器IntegratorContinuous3.飽和環(huán)節(jié)SaturationDiscontinuites4.單位延遲Unit DelayDiscrete5.初始條件ICSignal Attributes6.函數(shù)Fcn

4、User-Defined Fcn7.子系統(tǒng)SubSystemPorts & Subsystems8.輸入In1Ports & Subsystems9.輸出Out1Ports & Subsystems10. 觸發(fā)器TriggerPorts & Subsystems14作業(yè)完成各個子系統(tǒng)的建模。下節(jié)課將這些子系統(tǒng)組裝成一個完整的發(fā)動機模型。15實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型Simulink模型：Nedge180valve timingT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4

5、thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2throttlepart1mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1Scope1sIntegrator30/piGain16實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型仿真結(jié)果分析：1. 負載減小，發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；2. 節(jié)氣門開度增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；3. 負載增大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降并趨于穩(wěn)定。123發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線17實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制加入一個離散控制器（PI控制器），通過一個快速節(jié)氣門執(zhí)行

6、器調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使得負載轉(zhuǎn)矩的變化對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響最小。18實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模型Nedge180valve timingspeedsetpointT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ScopeDesired rpmNThrottle s

7、ettingPI controller1sIntegrator30/piGain19實戰(zhàn)1：一個發(fā)動機模型發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線負載扭矩曲線節(jié)氣門開度曲線20作業(yè)建立一個完整的帶 PI 轉(zhuǎn)速控制器的 Simulink 發(fā)動機模型（可參考 enginewc.mdl） 。21實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型一個離合器集中參數(shù)模型22實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型參數(shù)定義：fT23實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型摩擦扭矩：最大動摩擦扭矩：最大靜摩擦扭矩：對于非金屬材料的當(dāng)量半徑24實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型離合器保持接合所需要的摩擦扭矩：25實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型接合/分離的有限狀態(tài)機（FS

8、M）：接合條件lock分離條件unlock原狀態(tài)mem執(zhí)行動作locked說 明0000保持分離態(tài)0011保持接合態(tài)0100保持分離態(tài)0110切換至分離態(tài)1001切換至接合態(tài)1011保持接合態(tài)1101切換至接合態(tài)1110切換至分離態(tài)26實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介紹：使能子系統(tǒng)：當(dāng)使能端口的控制信號為正時，子系統(tǒng)執(zhí)行（sys_enable.mdl）；觸發(fā)子系統(tǒng)：子系統(tǒng)只在觸發(fā)事件發(fā)生的時刻執(zhí)行，并保持該時刻的輸出直至下一次觸發(fā)事件發(fā)生（sys_trigger.mdl）；邏輯運算“NOT”：（sys_not.mdl）；27實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介紹：Hit Crossin

9、g：檢測輸入從指定方向上到達或通過指定點（sys_hit.mdl）；Goto/From：信號的跳轉(zhuǎn)。注意 Tag 的可見性；Memory：存儲模塊（sys_memory.mdl）；Combinatorial Logic：組合邏輯模塊；28實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型Simulink模型：TfmaxkTinwvweslippingFnTfmaxkTfmaxspart6TinTfmaxslockedlockunlockTflogicTinwlockedScope2Scope1ScopeNOT1Gain11GainTinFn回調(diào)函數(shù)回調(diào)函數(shù)的使用的使用29實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：

10、發(fā)動機輸入扭矩黃色：離合器夾緊力青色：最大靜摩擦扭矩紅色：保持接合的摩擦扭矩30實戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：主動盤轉(zhuǎn)速黃色：從動盤轉(zhuǎn)速青色：接合后轉(zhuǎn)速31作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對離合器接合/分離模型進行建模仿真。32實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）單輪制動數(shù)學(xué)模型：rvvRV /vwslip/1brfwTRFdtdIfvFdtdVmzfFF)(slipf00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9133實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）Simulink模型：wvww1sstoppingdistance1

11、.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)=0)*eps)relative slipmu slipfriction curveKfforce &torquebangbangcontroller1sWheelspeedm*g/4Weight1sVehiclespeedslpyoutSTOPScope5Scope4Scope3Scope2Scope1Scope100TB.s+1Hydraulic Lagctrl1/Rr-1/mRr1/I0.2Desiredrelativeslip1sBrakepressure34實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）基本模塊介紹：1.傳遞函數(shù)Transfer

12、 FcnContinuous2.查找表Lookup TableLoopup Tables3.積分器（限幅）IntegratorContinuous4.終止仿真StopSinks防止“除零”而采取的措施：1.0 u(1) / (u(2) + (u(2) = 0) * eps)必定非零！35實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）Simulink模型精講bangbang 控制器原理：aEUaEUUnmnmk , ,0 , 10 , 1nnkEEU制動系液壓管路：一階慣性環(huán)節(jié)1.100)(sTBsG36實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=1，ABS制動滑移率曲線黃色：實際滑移率車輪角速度曲線

13、紫色：車輪前進速度折算角速度黃色：車輪實際角速度37實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=0，非ABS制動滑移率曲線黃色：實際滑移率車輪角速度曲線紫色：車輪前進速度折算角速度黃色：車輪實際角速度38實戰(zhàn)3：防抱死制動系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ABS制動與非ABS制動效果對比0200400600800100012001400160018000100200300400500600700800900ABS制動非ABS制動制動時間（x10-2s）制動距離（feet）39作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對防抱死制動系統(tǒng)進行建模仿真。40實戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)半車模型懸架系統(tǒng)：41實戰(zhàn)4：半車

14、模型懸架系統(tǒng)前懸架作用力和扭矩數(shù)學(xué)模型：42實戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)后懸架作用力和扭矩數(shù)學(xué)模型：43實戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)力平衡方程：扭矩平衡方程：44實戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)Simulink模型：1sz1sthetaroadheighttheta dottheta z dotzpitch torquerear forcerear suspensiontheta dottheta z dotzpitch torquefront forcefront suspension1sdotz1sdotthetaFrFfdotzdotthetaMyhMyMbMass1/Mb9.811/Iyy1/Inertia45實戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)012