exponenta event banner

Бесступенчатая коробка передач

Бесступенчатая трансмиссия толкающего ремня с независимым регулированием радиусов

  • Библиотека:
  • Блок силового агрегата/системы передачи/передачи

  • Continuously Variable Transmission block

Описание

Блок бесступенчатой трансмиссии реализует бесступенчатую ременную трансмиссию (CVT) с независимым управлением радиусами. Используйте блок для проектирования системы управления, согласования силового агрегата и исследований экономии топлива. Блок можно настроить для внутреннего или внешнего управления:

  • Внутренний - Запрос направления ввода и отношения шкивов

  • Внешний - Запросы на направление ввода и перемещение шкива

В таблице суммированы кинематические, скоростные и динамические расчеты шкива, выполненные блоком бесступенчатой передачи.

ВычислениеКинематика шкиваОбратное и конечное снижение скоростиДинамика
Окончательное соотношение угловых скоростей
Крутящий момент ремня, приложенный к вторичному и первичному шкивам  
Крутящий момент, приложенный к вторичному и первичному шкивам  
Угловая скорость вторичного и первичного шкивов
Геометрия ремня и шкива  
Линейная скорость ремня  
Угол обертывания на вторичном и первичном шкиве  
Радиусы первичного и вторичного шкивов  

На рисунке показан вариатор CVT с двумя конфигурациями. В первой конфигурации, которая иллюстрирует снижение скорости, вариатор настроен на уменьшение радиуса первичного шкива и увеличение радиуса вторичного шкива. Во второй конфигурации, которая иллюстрирует сверхдвижение, вариатор настроен на увеличение радиуса первичного шкива и уменьшение радиуса вторичного шкива.

Кинематика шкива

Используя физические размеры системы, блок вычисляет первичное и вторичное положения вариатора, которые удовлетворяют запросу отношения шкивов.

Рисунок и уравнения суммируют геометрические зависимости.

Cdist = rpmax + rgap + rsec _ maxL0 = f (rpmax, rsmax, rpmin, rsmin, Cdist) rationocommand = f (rationorecquest, rationomax, rationomin) rpri = f (r0,ratiocommand,Cdist) rsec = f (r0,ratiocommand,Cdist) xpri = f (r0, rpri, startwedge) xsec =

Уравнения используют эти переменные.

ratiorequest

Запрос передаточного числа шкива

ratiocommand

Команда передаточного числа шкива, основанная на запросе и физических ограничениях

rgap

Расстояние между шкивами вариатора

Cdist

Расстояние между центрами шкива вариатора

rpmax

Максимальный радиус первичного шкива вариатора

rsmax

Максимальный радиус вторичного шкива вариатора

rpmin

Минимальный радиус первичного шкива вариатора

rsmin

Минимальный радиус вторичного шкива вариатора

ro

Исходные радиусы шкива с передаточным числом 1

Ло

Начальная длина ремня, полученная из спецификации вариатора

xpri

Смещение первичного шкива вариатора, вызванное запросом контроллера

xsec

Вторичное перемещение шкива вариатора, вызванное запросом контроллера

rpri

Радиус первичного шкива вариатора, полученный в результате запроса контроллера

rsec

Вторичный радиус шкива вариатора, полученный в результате запроса контроллера

Θwedge

Угол клина вариатора

Φ

Угол наклона ремня к точке контакта шкива

L

Длина ремня, обусловленная положением вариатора

Обратное и конечное снижение скорости

Входной вал CVT соединен с планетарной передачей, которая приводит в действие первичный шкив. Направление переключения определяет инерцию, эффективность и передаточное отношение входной передачи. Направление сдвига является отфильтрованным командным направлением:

DirshedDir (s) = 1startss + 1

Для движения вперед (Dirshift = 1):

Ni = 1

Для обратного движения (Диршифт = − 1):

Ni = Nrev( «Нреви») i = («Нев») Jrev

Передаточное число и КПД определяют частоту вращения и крутящий момент входного приводного вала, приложенные к первичному шкиву:

Tapp_pri=ηiNiTi

Блок уменьшает вторичную скорость шкива и прикладывает крутящий момент, используя фиксированное передаточное отношение.

Tapp_sec=ToηoNoωo=ωsecNo

Конечное передаточное число, без проскальзывания, задается:

Nfinal = startiü o = NiNorsecrpri

Уравнения используют эти переменные.

Ni

Входное планетарное передаточное число

Директор

Команда направления CVT

Dirshift

Направление, используемое для определения планетарной инерции, эффективности и соотношения

τs

Постоянная времени сдвига направления

startfwd, startrev

Эффективность передачи вперед и назад соответственно

Jfwd, Джрев

Инерция прямой и обратной передач соответственно

Нрев

Передаточное число заднего хода

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам соответственно

Ti

Крутящий момент входного приводного вала

starti, starto

Скорость входного и выходного приводных валов соответственно

startpri, λ sec

Скорость первичного и вторичного шкивов соответственно

Nfinal

Общее безпроскальзывающее передаточное число

Динамика

Максимальный крутящий момент, который может передавать CVT, зависит от трения между шкивами и ремнем. В соответствии с прогнозом предела фрикционного привода металлического клинового ремня трение крутящего момента определяется как:

Tfric (rp, λ) = 2 мкФаксрпкос (ϑwedge)

Без макропроскальзывания тангенциальное ускорение шкива принимается равным ускорению ремня. Как только крутящий момент достигает предела статического трения, ремень начинает скользить, и ускорение шкива и ремня независимы. Во время скольжения крутящий момент, передаваемый ремнем, является функцией коэффициента кинетического трения. Во время перехода от условий скольжения к условиям отсутствия скольжения скорости ремня и тангенциального шкива равны.

Блок реализует эти уравнения для четырех различных условий проскальзывания.

СостояниеУравнения

Проскальзывания ремня как на вторичных, так и на первичных шкивах

(Джпри + Джи) ω˙pri=Tapp_pri-TBoP_pri-bpriωpriJsecω˙sec=Tapp_sec-TBoP_sec-bsecωsecmbv˙b=TBoP_prirpri+TBoP_secrsec-bbvbrpriωpri≠vbrsecωsec≠vb

Ремень скользит только на основном шкиве

(Jpri + Ji) ω˙pri=Tapp_pri-TBoP_pri-bpriωpri (mb + Jsecr2sec) v˙b=TBoP_prirpri+TBoP_secrsec - (bb + bsecr2sec) vbωsec=vbrsecrpriωpri≠vbTBoP_pri=sgn (rpristartpri vb) Tfric (rpri, мккин) | TBoP _ sec | < Tfric (rsec, мкстатический)

Ремень скользит только на вторичном шкиве

(mb + Jpri + Jir2pri) v˙b=Tapp_prirpri+TBoP_secrsec - (bb + bprir2pri) vbJsecω˙b=Tapp_sec+TBoP_sec-bsecωsecωpri=vbrprirsecωsec≠vbTBoP_sec=sgn (rsecü sec vb) Tfric (rsec, мккин) | TBoP _ pri | < Tfric (rpri, мкстатический)

Ремень не скользит

(mb + Jsecr2sec + Jpri + Jir2pri) v˙b=Tapp_prirpri+Tapp_secrsec - (bb + bsecr2sec + bprir2pri) vbstartpri = vbrpristartsec = vbrsec 'TBoP _ pri | < Tfric (rpri, мкстатический) | TBoP oP sec _ sec < |

Направление проскальзывания

PriSlipDir = {0rpristartpri = vb1rpristartpri > vb 1rpristartpri < vbSecSlipDir = {0rsecü sec = vb1rsecstartsec > vb − 1rsecü sec < vb

Уравнения используют эти переменные.

TBoP_pri, TBoP_sec

Крутящий момент ремня, действующий на первичный и вторичный шкивы соответственно

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам соответственно

Джпри, Джсек

Инерции вращения первичного и вторичного шкивов соответственно

bpri, bsec

Первичное и вторичное вращательное вязкое демпфирование шкива соответственно

Факс

Усилие зажима шкива

μ

Коэффициент трения

мккин, мкстатик

Коэффициент кинетического и статического трения

vb, ab

Линейная скорость и ускорение ремня соответственно

mb

Общая масса ремня

rpri, rsec

Радиусы первичного и вторичного шкивов соответственно

Φwrap

Угол обертывания ремня до точки контакта шкива

Φwrap_pri, Φwrap_sec

Углы обертывания первичного и вторичного шкивов соответственно

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины ОписаниеПеременнаяУравнения

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Мощность, передаваемая между блоками

  • Положительные сигналы указывают на поток в блок

  • Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока

PwrEng

Мощность двигателя

Пенг

ωiTi
PwrDiffrntl

Дифференциальная мощность

Pdiff

ωoTo

PwrNotTrnsfrd - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая

  • Положительные сигналы указывают на вход

  • Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrBltLoss

Потеря мощности проскальзывания ремня

Pbltloss

(Цзинь + Джпри) ω˙priωpri+Jsecω˙secωsec+mbv˙bvb+bpriωpri2+bsecωsec2+bbvb2−Tapppriωpri−Tappsecωsec
PwrGearInLoss

Механическая потеря мощности планетарной передачи на входе

Pgrinloss

| startiTi Theapp _ priü pri |
PwrGearOutLoss

Потеря механической мощности выходного редуктора

Pgroutloss

|

PwrDampLoss

Механические потери демпфирования

Pdamploss

−bpriωpri2−bsecωsec2−bbvb2

PwrStored - Скорость изменения накопленной энергии

  • Положительные сигналы указывают на увеличение

  • Отрицательные сигналы указывают на снижение

PwrStoredTrans

Изменение скорости вращательной кинетической энергии

Pstr

(Цзинь + Джпри) ω˙priωpri+Jsecω˙secωsec+mbv˙bvb

Уравнения используют эти переменные.

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам соответственно

Ти, До

Крутящий момент входного и выходного приводных валов соответственно

Джпри, Джсек

Инерции вращения первичного и вторичного шкивов соответственно

bpri, bsec

Первичное и вторичное вращательное вязкое демпфирование шкива соответственно

startpri, λ sec

Скорость первичного и вторичного шкивов соответственно

starti, starto

Скорость входного и выходного приводных валов соответственно

vb, ab

Линейная скорость и ускорение ремня соответственно

rpri, rsec

Радиусы первичного и вторичного шкивов соответственно

Порты

Исходные данные

развернуть все

Запрос направления, Диррек, управление направлением. Блок фильтрует запрос для определения направления, прямого или обратного. Dir равен 1 для движения вперед. Dir равен -1 для обратного.

Dir =  { 1 , когда Dirreq≥0−1  , когда Dirreq < 0

Запрос отношения шкивов CVT, rationrequest.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, для параметра Control mode выберите Ideal integrated controller.

Смещение первичного шкива вариатора, xpri, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, для параметра Control mode выберите External control.

Смещение вторичного шкива вариатора, x сек, в м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, для параметра Control mode выберите External control.

Внешний крутящий момент, приложенный к входному приводному валу, Ti, в Н· м.

Внешний крутящий момент, приложенный к выходному приводному валу, в Н· м.

Продукция

развернуть все

Сигнал шины, содержащий эти блочные вычисления.

СигналОписаниеПеременнаяЕдиницы

EngTrq

Крутящий момент входного вала

Ti

Н· м

DiffTrq

Крутящий момент выходного вала

Кому

Н· м

EngSpd

Частота вращения входного вала

ωi

рад/с

DiffSpd

Частота вращения выходного вала

ωo

рад/с

PriRadius

Радиус первичного шкива

rpri

m

PriPhi

Угол обертывания первичного шкива

Φpri

радиус

SecRadius

Радиус вторичного шкива

rsec

m

SecPhi

Угол обертывания вторичного шкива

Φsec

радиус

BltLngthDelta

Изменение длины ремня

ΔL

m

BltLngth

Длина ремня

L

m

BltLngthInit

Начальная длина ремня

Ло

m

BltOnPriTrq

Крутящий момент ремня, действующий на основной шкив

TBoP_pri

Н· м

BltOnSecTrq

Крутящий момент ремня, действующий на вторичный шкив

TBoP_sec

Н· м

BltVel

Линейная скорость ремня

vb

м/с

PriAngVel

Скорость первичного шкива

ωpri

рад/с

SecAngVel

Вторичная скорость шкива

ωsec

рад/с

PriSlipDir

Основной указатель направления скольжения шкива

PriSlipDir

Н/Д

SecSlipDir

Вторичный указатель направления скольжения шкива

SecSlipDir

Н/Д

TransSpdRatio

Общее безпроскальзывающее передаточное число

Nfinal

Н/Д

PwrInfo

PwrTrnsfrd

PwrEng

Мощность двигателя

Пенг

W
PwrDiffrntl

Дифференциальная мощность

Pdiff

W
PwrNotTrnsfrdPwrBltLoss

Потеря мощности проскальзывания ремня

Pbltloss

W
PwrGearInLoss

Механическая потеря мощности планетарной передачи на входе

Pgrinloss

W
PwrGearOutLoss

Потеря механической мощности выходного редуктора

Pgroutloss

W
PwrDampLoss

Механические потери демпфирования

Pdamploss

W
PwrStoredPwrStoredTrans

Изменение скорости вращательной кинетической энергии

Pstr

W

Угловая скорость входного приводного вала, λ i, в рад/сек.

Угловая скорость выходного приводного вала в рад/с.

Параметры

развернуть все

Укажите метод управления, внутренний или внешний.

Зависимости

В этой таблице представлены конфигурации портов и входных моделей.

Режим управленияСоздание портов
Ideal integrated controller

PllyRatioReq

External control

PriDisp

SecDisp

Кинематика

Максимальный радиус первичного шкива вариатора, rpmax, в м.

Максимальный радиус вторичного шкива вариатора, rsmax, в м.

Минимальный радиус первичного шкива вариатора, rpmin, в м.

Минимальный радиус вторичного шкива вариатора, рсмин, в м.

Зазор между вторичным и первичным шкивами, rgap, в м. На рисунке показана геометрия шкива.

Угол наклона клина вариатора в град.

Динамика

Инерция первичного шкива, Jpri, в кг· м ^ 2.

Инерция вторичного шкива, Jсек, в кг· м ^ 2.

Коэффициент демпфирования первичного шкива, bpri, в Н· м· с/рад.

Коэффициент демпфирования вторичного шкива, bсек, в Н· м· с/рад.

Коэффициент демпфирования ремня, bb, в кг/с.

Коэффициент статического трения между ремнем и первичным шкивом, мкстатический, безразмерный.

Коэффициент кинетического трения между ремнем и первичным шкивом, мккин, безразмерный.

Масса ремня, мб, в кг.

Усилие зажима шкива, факс, в Н.

Коэффициент обращения и выхода

Прямая инерция, Jfwd, в кг· м ^ 2.

Обратная инерция, Jrev, в кг· м ^ 2.

КПД вперёд, startfwd, безразмерность.

Обратная эффективность, startrev, безразмерность.

Передаточное число заднего хода, Nrev, безразмерное.

Временная константа сдвига, в сек, в с.

Передаточное число на выходе, Нет, безразмерное.

Выходной КПД зубчатой передачи, λ o, безразмерный.

Ссылки

[1] Амбекар, Ашок Г. Механизм и теория машин. Нью-Дели: Прентис-Холл Индии, 2007.

[2] Бонсен, В. Оптимизация эффективности CVT с толкающим ремнем посредством управления проскальзыванием вариатора. Доктор философии. Дипломная работа. Эйндховенский технологический университет, 2006 год.

[3] CVT Как это работает. CVT New Zealand 2010 Ltd, 10 февраля 2011 года. Веб. 25 апреля 2016.

[4] Клаассен, Т. В. Г. Л. Эмпакт CVT: Динамика и управление электромеханически приводимым CVT. Доктор философии. Дипломная работа. Эйндховенский технологический университет, 2007 год.

[5] Сакагами, К. Предсказание предела фрикционного привода металлического клинового ремня. Warrendale, PA: SAE International Journal of Engines 8 (3): 1408-1416, 2015.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

Представлен в R2017a