Программное обеспечение Simscape™ Driveline™ представляет собой набор блочных библиотек в среде Simulink ® и основано на программном обеспечении Simscape. Блоки привода Simscape соединяются с обычными блоками Simulink через блоки физического сигнала Simscape, определяющие физические единицы.
Блоки в библиотеке приводов Simscape и связанные с ними механические блоки в библиотеке Simscape Foundation являются элементами для моделирования систем приводов. Эти системы состоят из одной или более инерций и масс, вращающихся вокруг или перемещающихся вдоль одной или более осей, ограниченных для вращения или перемещения вместе шестернями, которые передают крутящий момент и силы на различные части трансмиссии. Можно представить приводы с компонентами, организованными в иерархические подсистемы, как в любой модели Simulink. Вы можете:
Ограничьте движение зубчатыми колесами.
Добавьте сложные динамические элементы, такие как муфты, элементы, похожие на муфты, и другие муфты.
Представлять такие компоненты транспортного средства, как кузова и шины.
Приводите в действие тела с помощью крутящих моментов, сил и движений.
Интегрируйте ньютоновскую вращательную и поступательную динамику, затем измеряйте результирующие движения.
Для моделирования и моделирования физических систем модели Simscape Driveline используют такие технологии Simscape, как ненаправленные физические соединения и сохранение портов, физические сигналы, несущие физические блоки, пользовательское моделирование компонентов, специализированные решатели и протоколирование данных.
Механические вращательные и поступательные домены Simscape составляют основу библиотек и моделей блоков приводов Simscape. Библиотека Simscape Foundation включает в себя физические сигнальные блоки; и основные механические блоки, представляющие собой инерцию, массу и простые механические муфты. Он также включает в себя источники и датчики движения, крутящего момента и силы.
Дополнительные сведения о моделировании и моделировании в среде Simscape см. в документации по Simscape.
На блоках приводов Simscape механические консервационные порты
закрепляют физические соединительные линии, которые в этой области представляют механические оси. Эти оси являются либо осями вращения, вдоль которых передается крутящий момент и вокруг которых вращаются инерции, либо осями перемещения, вдоль которых передается сила и вдоль которых перемещаются массы.
Некоторые блоки, определенные в доменах Simscape, также требуют входных или выходных сигналов, несущих физические единицы, или физических сигналов. Физические сигнальные линии и порты Simscape
представляют и соединяют физические сигналы с блоками. Блоки преобразования позволяют преобразовывать безразмерные сигналы Simulink в физические сигналы Simscape и обратно.
Программное обеспечение Simscape Driveline расширяет программное обеспечение Simulink и Simscape блоками для моделирования компонентов и свойств приводов, представления приводов как физических сетей и решения уравнений движения.
Чтобы построить и запустить представление модели привода Simscape:
Укажите инерцию вращения или поступательную массу для каждого тела. Соедините корпуса с физическими соединительными линиями, представляющими собой оси трансмиссии на механических консервационных портах.
При необходимости заземлите трансмиссию до одной или нескольких механических привязок, закрепленных в пространстве.
Закрепите оси трансмиссии так, чтобы они вращались или перемещались вместе, соединяя их с зубчатыми колесами. Шестерни накладывают статические ограничения на движения трансмиссии и передают крутящие моменты и усилия при фиксированных соотношениях.
При необходимости добавьте динамические элементы, передающие крутящий момент, силу и движение между осями трансмиссии в нестатическом режиме. Эти элементы включают в себя внутренние компоненты, генерирующие крутящий момент, такие как демпфированные пружины, муфты, элементы, подобные муфте сцепления, трансмиссии и преобразователи крутящего момента. Можно также создавать и соединять собственные динамические элементы.
Аналогично, добавьте динамические источники и взаимодействия с окружающей средой, такие как двигатели, кузова транспортных средств и шины.
Настройте механические источники и датчики для инициирования и регистрации движений тела, а также для приложения внешних моментов и усилий к трансмиссии.
Подключите конфигурацию Simscape Solver к приводу, а затем настройте ее. Запустите моделирование, вызвав решатели Simulink и Simscape, чтобы найти движения системы. Отображение и анализ движения.
Программа Simscape Driveline определяет трансмиссию как совокупность вращающихся и перемещающихся тел, определяемых их вращательными инерциями и поступательными массами. Вращательные и поступательные степени свободы (DoF) возникают в инерциях и массах, но переносятся физическими соединительными линиями. Прямое соединение одного тела с другим ограничивает вращение обоих тел с одинаковой угловой или линейной скоростью. Крутящий момент или усилие, приложенное к одному телу, прикладывается к обоим телам. Можно также заземлять оси трансмиссии до механических привязок, которые не перемещаются и представляют собой бесконечную эффективную инерцию или массу.
Примечание
Все DoF привода Simscape являются абсолютными в неявной глобальной системе координат в состоянии покоя, но измеряются и используются относительно друг друга. Измерение относительно общей рамы покоя, датчиков заземления или других компонентов с механическими опорными блоками.
В реальной трансмиссии тела также могут быть соединены опосредованно шестернями, которые соединяют оси трансмиссии. Зубчатые колеса ограничивают оси для совместного вращения. Эти шестерни могут быть простыми или сложными и могут соединять две или более осей. Шестерни имеют две роли:
Ограничение соединенных осей вращением или перемещением вместе со скоростями в фиксированном соотношении или соотношениях.
Передача крутящих моментов или сил, протекающих по одной или более осям, на другие оси, также в фиксированном соотношении или соотношениях.
Для создания более реалистичных моделей трансмиссии необходимо разработать простые приводы, состоящие из инерций, масс и зубчатых колес. Добавляются сложные механические элементы, генерирующие крутящие моменты и силы внутри трансмиссии, между одной осью и другой. Некоторые блоки привода Simscape инкапсулируют в качестве подсистем целые модели сложных элементов привода:
Зависимые от нагрузки модели потерь неидеальных зубчатых колес.
Муфты и элементы типа муфты, моделирующие блокировку и разблокировку пар осей трансмиссии путем приложения кинетического и статического трения
Модели компонентов транспортных средств, представляющие двигатели, шины и кузова транспортных средств
Специализированные модели крутящего момента и силы, такие как преобразователи крутящего момента, жесткие упоры и демпфированное пружинное кручение
Блоки, представленные в библиотеке Simscape Foundation, могут служить отправной точкой для разработки вариантов или совершенно новых моделей для моделирования одних и тех же компонентов. Также можно изучать маскированные подсистемы, заглядывая под их маски. При необходимости разорвать связь между блоком и библиотекой перед его изменением, а затем создать собственную версию. Или создайте собственные новые блоки с помощью компонентов Simscape Driveline и Simscape или на языке Simscape.
Дополнительные сведения о специализированных компонентах трансмиссии см. в разделе Специализированные и настраиваемые компоненты трансмиссии.
Источники и датчики движения Simscape - это блоки, используемые для вставки и извлечения основной кинематической и динамической информации:
Исходные блоки передают движение осям трансмиссии и прикладывают к телам трансмиссии внешние определенные крутящие моменты и силы.
Блоки датчиков измеряют движения, крутящие моменты и усилия, передаваемые вдоль осей системы трансмиссии.
Входы и выходы датчиков являются физическими сигналами, несущими блоки.
После задания всех вращательных инерций и поступательных масс тел и соединения тел с зубчатыми колесами и другими элементами трансмиссии динамическая задача нахождения движения системы решаема. Чтобы закончить модель трансмиссии и подготовить ее к моделированию, подключите трансмиссию к решателю Simscape. Этот решатель определяет определенные аспекты моделирования и интегрирует ньютоновскую динамику для системы, применяя все внутренние и внешние моменты и ограничения для поиска движений тел.
Как только модель будет готова к моделированию, запустите ее и проанализируйте ее движения, моменты и силы.
Обычно вы не знаете крутящих моментов и сил, необходимых для создания заданного набора движений. Приводя в движение трансмиссию с источниками движения и измеряя результирующие крутящие моменты и силы, можно найти крутящие моменты и силы, необходимые для создания указанных движений. Этот приём инвертирует канонический подход к динамике, заключающийся в нахождении движений от крутящих моментов и сил.
Частный случай обратной динамики - обрезка. Этот метод включает поиск стационарных движений тел, когда их ускорения и крутящие моменты и силы, которые они испытывают, исчезают. Используя специализированные инструменты Simscape и Simulink, можно слегка нарушить такое состояние устойчивого движения, чтобы найти, как система реагирует на небольшие возмущения. Ответ указывает на стабильность и пригодность системы для контроллеров.
Программное обеспечение Simscape Driveline совместимо с режимами Simulink Acceleration, Simulink Coder™ и Simulink Real-Time™. С помощью этих продуктов можно создавать кодовые версии моделей, первоначально созданных в Simulink, с помощью блок-схем, повышая скорость моделирования и переносимость модели. Общим применением сгенерированного кода является определение моделирования в реальном времени и аппаратного обеспечения в цикле.
Наличие сцеплений в модели трансмиссии вызывает итерации блокировки-разблокировки и динамические разрывы. Эти разрывы накладывают определенные ограничения на создание кода. Дополнительные сведения об этих ограничениях см. в разделах Производительность моделирования приводов и Ограничения приводов Simscape.