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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
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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
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)
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车辆纵向动力学原理
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示例 >>drive_4wd_dynamics
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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
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把直齿轮改为变速齿轮
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把直齿轮改为行星齿轮
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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
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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)；
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SimDriveline 库
SimDriveline 库
Solver&Inertia Gears Force Elements
Transmission Templates
Sensors & Actuators Utilities Vehicle Component
>> drivelib
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实例
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SimDriveline 库：solve & inertias
Solver & inertias 库入右图所示
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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
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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
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)
locked
静摩擦力矩=(Static friction peak factor)*(Kinetic friction torque for ω → 0)
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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）
注意：添入齿数比的时候，数值一定为正数
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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
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实例（续）
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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
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>> drive_hard_stop
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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
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Torsional Spring-Damper原理
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）
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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：
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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
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Hard stop原理 θ = θF – θB τ = –k·(θ – θ±) – bωபைடு நூலகம்
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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
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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
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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：
(gRSs – 1)ωC = gRSs·ωR - ωSs (gRSl + 1)ωC = gRSl·ωR + ωSI
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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。
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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
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4档位simpson 变速箱子系统模型
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观察运行结果
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总结
模型库模型介绍 建模步骤
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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
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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。
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
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>>drive_spring
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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
执行机构 物理 系统 传感器
u
+ -
控制器
y
物理对象
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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
实例：运行一个drive_simpson 的模型
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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
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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
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实例
实例：>>drive_simpson