建立離合器接合分離模型

1、建立離合器接合/分離模型離合器是機(jī)械傳動中常用的部件，位于發(fā)動機(jī)和變速箱的飛輪殼內(nèi)，可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合，切斷和傳遞發(fā)動機(jī)輸出的動力。利用matlabSimulink建立離合器接合/分離模型，可對離合器工作原理進(jìn)行仿真。由于系統(tǒng)在動態(tài)運(yùn)行過程中，離合器接合/分離而使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，所以離合器的模型搭建是比較困難的。兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者說兩種模型之間要小心處理，以保證新模型的初始狀態(tài)和切換前模型的結(jié)束狀態(tài)一致。1模型搭建原理介紹離合器系統(tǒng)一般由兩個盤組成，可以將轉(zhuǎn)矩在發(fā)動機(jī)和變速器之間傳遞。分成兩種狀態(tài)：一是滑動態(tài)（slipping）,兩個盤具有不同的角速度；二是接合態(tài)（lock-up）,兩

2、個盤可一起旋轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是建立模型時的難點(diǎn)。隨著離合器系統(tǒng)鎖緊而失去自由度，傳遞的轉(zhuǎn)矩被切斷；轉(zhuǎn)矩的大小由摩擦力提供的最大值下降到某個值，該值T二輸入轉(zhuǎn)矩（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩）inF二兩個摩擦盤之間的軸向力nI, I=發(fā)動機(jī)慣性力矩；變速器（傳動裝置）慣性力矩evb,b=發(fā)動機(jī)阻尼率；傳動裝置（汽車一側(cè)的離合器）阻尼率ev卩小=運(yùn)動摩擦系數(shù)；靜止摩擦系數(shù)ks3,3 =發(fā)動機(jī)角速度；輸入軸角速度evr,r=離合器片（從動盤）摩擦表面內(nèi)，外半徑12R=等效半徑T=通過離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩clTf=用來維持鎖緊的離合器所需要的摩擦轉(zhuǎn)矩方程組1：耦合系統(tǒng)狀態(tài)方程推導(dǎo)得：I3=T-b3一T（1-1）eei

3、neeclI3=T-3b（1-2）vvclvv方程組2：離合器的最大轉(zhuǎn)矩可以表示成其內(nèi)外半徑，摩擦特性和軸向力的函數(shù)，如下rXF(T)max=JJf-dafAA所示：空J(rèn)r2J2兀r2drdO=2RFp兀(r2r2)ro3n211R=H（對于非金屬材料的當(dāng)量半徑）r2-r221方程組3：當(dāng)離合器處于滑動態(tài)時，摩擦系數(shù)取動摩擦系數(shù)，最大動摩擦轉(zhuǎn)矩方向和滑動方向相反。方程式可表示成：T=-RFpfmaxs3nsTcl=sgn(3-3)Tvfmaxk方程組4：當(dāng)離合器處于接合狀態(tài)時，發(fā)動機(jī)的角速度和輸入軸的角速度相等。即3=3=3ev并將該式代入方程組1中，得到：(I+1)3=T-(be+bv)3e

4、vin方程組5：解方程組1和4，當(dāng)離合器處于鎖緊狀態(tài)時，通過離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩可表達(dá)成：T_T_IT-(Ib-Ib)3TTvinveevcfI+Ive方程組6：若T的值超過最大靜摩擦力T，離合器會從滑動態(tài)轉(zhuǎn)換到接合狀態(tài)。鎖ffmaxs緊狀態(tài)最大靜摩擦力為：T-RF卩fmaxs3ns下圖表示了離合器整個運(yùn)行狀態(tài)：圖2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖兩個模型之間的切換要小心處理，以保證新模型的初始狀態(tài)與切換前模型的結(jié)束狀態(tài)一致。1. 當(dāng)處于滑移狀態(tài)時，如果主從盤轉(zhuǎn)速相等，且保持離合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大靜摩擦扭矩，則切換到接合態(tài)；2. 當(dāng)處于接合態(tài)時，如果保持離合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大靜摩擦扭矩(即最大靜

5、摩擦扭矩也不足以傳遞如此大的扭矩)，則切換到滑摩態(tài)；3. 切換動作除了決定于上述兩條件，還決定于系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)(滑摩或接合)即決定于FSM（有限狀態(tài)機(jī)）。4. 當(dāng)滑摩時，離合器所傳遞的扭矩是最大動摩擦扭矩。此時使用動摩擦系數(shù)。（分離態(tài)屬于滑摩態(tài)的特例，此時Fn=0，Tfmaxk=0）5. 當(dāng)接合時，離合器所傳遞的扭矩是離合器保持接合的摩擦扭矩即Tf。6. 最大靜摩擦扭矩Tfmaxs使用靜摩擦系數(shù)計(jì)算，僅用在判斷狀態(tài)切換的條件中。7. 離合器保持接合的摩擦扭矩（即Tf）對滑摩態(tài)和接合態(tài)而言，其計(jì)算公式完全相同。接合/分離的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）：接含條件分離條件原狀態(tài)執(zhí)行動作說明lockunloc

6、kmemlocked0000保持分離態(tài)0011保持接合怎0100保持分離態(tài)0110切換笙分離態(tài)1001切換至接含態(tài)10111101切換至搖令態(tài)1110切換至方離態(tài)2建模21分離狀態(tài)建模（slipping）根據(jù)方程式推導(dǎo)，分離狀態(tài)時方程可寫成：2-1)Tin-叭-Tcl3T7b二上1(2-2)vIvT了=sgn(®)T(2-3)clevfmaxk圖4分離狀態(tài)使能子系統(tǒng)模型圖在對分離狀態(tài)(即slipping)進(jìn)行建模中，出現(xiàn)From/Goto基本模塊，模塊用于信號的跳轉(zhuǎn)，表示信號來源和去向。在上述goto部分，應(yīng)將tagvisibility定義成global，即全局變量。否則運(yùn)行結(jié)果有誤

7、。該模型用EnableSystem即使能子系統(tǒng)搭建，其模型的特點(diǎn)為當(dāng)使能端口的控制信號為正時，子系統(tǒng)則可執(zhí)行；否則，子系統(tǒng)不執(zhí)行。nTfmaxkweTinwvSlippingEnabledSubsystem2.2接合狀態(tài)建模（Locked）根據(jù)方程式推導(dǎo)，接合狀態(tài)方程可寫成：2-4).T-(b+b)3=fevI+Iev公式（2-4）可按下列圖形構(gòu)建模型：該模型中的goto模塊也應(yīng)將tagvisibility定義成全局變量，即global。圖5接合狀態(tài)simulink模型圖該模型也同樣按照Enabledsystem即使能子系統(tǒng)搭建，子系統(tǒng)圖形如下所示:>TinW>LockedEnab

8、ledSubsystem圖6接合狀態(tài)使能子系統(tǒng)模型圖2.3 狀態(tài)邏輯模型建模根據(jù)適當(dāng)?shù)撵o摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)，計(jì)算求解出動摩擦力和靜摩擦力。根2-5)據(jù)下列公式進(jìn)行搭建模型：(Tf)maX=2£“根據(jù)上述有限狀態(tài)機(jī)（FSM）的表格，利用組合邏輯模塊combinatoriallogic（如圖7所示）和記憶模塊memory創(chuàng)建分離/接合有限狀態(tài)機(jī)模塊，即如下圖所示：圖7接合有限狀態(tài)機(jī)模塊當(dāng)處于接合態(tài)（locked）時，如果保持離合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大靜摩擦扭矩（即最大靜摩擦扭矩也不足以傳遞如此大的扭矩），則切換到滑摩態(tài)（slipping）。根據(jù)此條件搭建模型圖如下所示：T>

9、;T(2-6)ffmaxs當(dāng)處于滑摩態(tài)（slipping）時，如果主從盤轉(zhuǎn)速相等，且保持離合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大靜摩擦扭矩，則切換到接合態(tài)（locked）。即：T<T（2-7）ffmaxsrn=rn(2-8)ev該模型搭建中運(yùn)用到邏輯運(yùn)算模塊(logicaloperator),選擇其運(yùn)算形式為And,即兩個或者多個要求同時滿足時，輸出為1。該模型搭建中還運(yùn)用到HitCrossing即過零監(jiān)測非線性特征模塊，檢測輸入從指定方向上到達(dá)或者通過指定點(diǎn)。圖9分離態(tài)到接合態(tài)條件模型圖將上述三組子系統(tǒng)組合起來即可得到狀態(tài)邏輯模型圖，即如下所示：圖10狀態(tài)邏輯模型圖2.4 動靜摩擦力模型構(gòu)建

10、靜摩擦力和動摩擦力公式如下所示：2T二RFr(2-9)fmaxs3ns2'二-RFr(2-10)fmaxk3nk將以上四個部分的模型圖組合起來即可得到整個離合器系統(tǒng)接合/分離的模型圖：TimsesFiiciMinmodelATTniaxkVtETinV.7ngEnablecTIhihs®lockiDEkedLiiockTinIfLockedFlagijnnckFlaiLockedEnablec圖12整個離合器系統(tǒng)接合/分離模型圖圖形中橫線上的藍(lán)色部分是在輸出的線上點(diǎn)擊右鍵出現(xiàn)signalproperities在對話框中輸入signalname,并勾選logsignaldata

11、和testpoint兩個選項(xiàng)所得。3輸入相關(guān)參數(shù)并運(yùn)行結(jié)果3.1編寫程序輸入相關(guān)參數(shù)根據(jù)已知Fn和Tin圖像，還有相應(yīng)的已知量即I=1kgm2,I=5kg.m2,b=2Nm/rad/sec,b=1Nm/rad/sec,卩=1,卩=1.5,R=1evevks輸入下述程序：tl=(0:0.5:10)'%time010s,時間間隔為0.5sd1=0,0.4,0.8,1.2,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,1.2,0.8,0.4,0,0,0,0,0,0,0;d2=2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0;Fn=t1,d1'Tin=t1,d2'%FrictionModelparameterR=1;%FrictionModelLogicparameterIe=1;Iv=5;be=2;bv=1;muk=1;mus=1.5;%輸入已知的相關(guān)參數(shù)set(0,'ShowHiddenHandles','On')set(gcf,'menubar','figure')%輸入這兩條語句，使得scope輸出圖像，可輸入橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)名稱根據(jù)上述程序?qū)懭隿ommendwindow即命令窗口后，即得到了workspa