Continuously Variable Transmission

Толкающий ремень, бесступенчатая коробка передач с независимым управлением по радиусам

  • Библиотека:
  • Блок-набор силовых агрегатов/трансмиссия/системы трансмиссии

  • Continuously Variable Transmission block

Описание

Блок Continuously Variable Transmission реализует ремень с непрерывной переменной передачей (CVT) с независимым управлением радиусами. Используйте блок для разработки системы управления, согласования силовых агрегатов и исследований экономии топлива. Можно сконфигурировать блок для внутреннего или внешнего управления:

  • Внутренний - Входное направление и запросы отношения шкивов

  • Внешний - Входное направление и запросы на перемещение шкива

В таблице представлены кинематические, скоростные и динамические вычисления шкива, выполненные блоком Continuously Variable Transmission.

ВычислениеКинематика шкиваОбратное и окончательное снижение скоростиДинамика
Конечное отношение угловой скорости
Крутящий момент ремня, приложенный к вторичному и первичному шкивам  
Крутящий момент, приложенный к вторичному и первичному шкивам  
Скорость вращения вторичного и первичного шкивов
Геометрия ремня и шкива  
Линейная скорость ремня  
Перенос на вторичном и первичном шкивах  
Радиусы первичного и вторичного шкивов  

Рисунок показывает вариатор CVT с двумя строениями. В первом строении, которая иллюстрирует снижение скорости, вариатор устанавливается таким образом, чтобы уменьшить радиус первичного шкива и увеличить радиус вторичного шкива. Во втором строении, которая иллюстрирует переопределение, вариатор должен увеличить радиус первичного шкива и уменьшить радиус вторичного шкива.

Кинематика шкива

Используя физические размерности системы, блок вычисляет основные и вторичные положения вариатора, которые удовлетворяют запросу соотношения шкивов.

Рисунок и уравнения суммируют геометрические зависимости.

Cdist=rpmax+rgap+rsec_maxL0=f(rpmax,rsmax,rpmin,rsmin,Cdist)ratiocommand=f(ratiorequest,ratiomax,ratiomin)rpri=f(r0,ratiocommand,Cdist)rsec=f(r0,ratiocommand,Cdist)xpri=f(r0,rpri,θwedge)xsec=f(r0,rsec,θwedge)

В уравнениях используются эти переменные.

ratiorequest

Запрос передаточного числа шкива

ratiocommand

Команда передаточного числа шкива, основанная на запросе и физических ограничениях

rgap

Расстояние зазора между шкивами вариатора

Cdist

Расстояние между центрами шкивов 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 шкивов с передаточным отношением 1

Lo

Начальная длина ремня, полученная из спецификации вариатора

xpri

Перемещение основного шкива вариатора, в результате запроса контроллера

xsec

Перемещение вторичного шкива вариатора, вызванное запросом контроллера

rpri

Радиус первичного шкива вариатора, полученный из запроса контроллера

rsec

Радиус вторичного шкива вариатора, полученный из запроса контроллера

Θwedge

Угол клина вариатора

Φ

Угол контакта ремня к точке контакта шкива

L

Длина ремня, вытекающая из положения вариатора

Обратное и окончательное снижение скорости

Входной вал CVT соединяется с планетарной передачей, которая управляет основным шкивом. Направление сдвига определяет инерцию входа передачи, эффективность и передаточное отношение. Направление сдвига является отфильтрованным командным направлением:

DirshiftDir(s)=1τss+1

Для прямого движения (Dirshift=1):

Ni=1ηi=ηfwdJi=Jfwd

Для обратного движения (Dirshift=1):

Ni=Nrevηi=ηrevJi=Jrev

Передаточное отношение и эффективность определяют скорость и крутящий момент входного вала, приложенные к первичному шкиву:

Tapp_pri=ηiNiTi

Блок уменьшает скорость вторичного шкива и прикладывает крутящий момент с помощью фиксированного передаточного числа.

Tapp_sec=ToηoNoωo=ωsecNo

Конечное передаточное число без скольжения определяется:

Nfinal=ωiωo=NiNorsecrpri

В уравнениях используются эти переменные.

Ni

Входное планетарное передаточное отношение

Dir

Команда направления CVT

Dirshift

Направление, используемое для определения инерции планеты, эффективности и отношения

τs

Время сдвига направления константа

ηfwd, ηrev

Передняя и задняя эффективность, соответственно

Jfwd, Jrev

Инерция прямой и обратной передач, соответственно

Nrev

Передаточное число заднего хода

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам, соответственно

Ti

Входной крутящий момент на валу

ωi, ωo

Вход и выходного привода вала, соответственно

ωpri, ωsec

Скорость первичного и вторичного шкивов, соответственно

Nfinal

Общее безскальзывающее передаточное число

Динамика

Максимальный крутящий момент, который может передать CVT, зависит от трения между шкивами и ремнем. Согласно Предсказанию Предела Привода Трения Металлического V-образного Ремня, трение крутящего момента определяется как:

Tfric(rp,μ)=2μFaxrpcos(ϑwedge)

Без макроскольжения тангенциальное ускорение шкива принято равным ускорению ремня. Когда крутящий момент достигает статического предела трения, ремень начинает скользить, и ускорение шкива и ремня является независимым. Во время скольжения крутящий момент, передаваемый ремнем, является функцией от кинетического коэффициента трения. Во время перехода от скольжения к нескользящим условиям скорости ремня и тангенциального шкива равны.

Блок реализует эти уравнения для четырех различных условий скольжения.

СостояниеУравнения

Скольжения ремня как на вторичном, так и на первичном шкивах

(Jpri+Ji)ω˙pri=Tapp_pri-TBoP_pri-bpriωpriJsecω˙sec=Tapp_sec-TBoP_sec-bsecωsecmbv˙b=TBoP_prirpri+TBoP_secrsec-bbvbrpriωprivbrsecωsecvb

Скольжения ремня только на основном шкиве

(Jpri+Ji)ω˙pri=Tapp_pri-TBoP_pri-bpriωpri(mb+Jsecr2sec)v˙b=TBoP_prirpri+TBoP_secrsec-(bb+bsecr2sec)vbωsec=vbrsecrpriωprivbTBoP_pri=sgn(rpriωprivb)Tfric(rpri,μkin)|TBoP_sec|<Tfric(rsec,μstatic)

Скольжения ремня только на вторичном шкиве

(mb+Jpri+Jir2pri)v˙b=Tapp_prirpri+TBoP_secrsec-(bb+bprir2pri)vbJsecω˙b=Tapp_sec+TBoP_sec-bsecωsecωpri=vbrprirsecωsecvbTBoP_sec=sgn(rsecωsecvb)Tfric(rsec,μkin)|TBoP_pri|<Tfric(rpri,μstatic)

Ремень не скользит

(mb+Jsecr2sec+Jpri+Jir2pri)v˙b=Tapp_prirpri+Tapp_secrsec-(bb+bsecr2sec+bprir2pri)vbωpri=vbrpriωsec=vbrsec|TBoP_pri|<Tfric(rpri,μstatic)|TBoP_sec|<Tfric(rsec,μstatic)

Направление скольжения

PriSlipDir={0rpriωpri=vb1rpriωpri>vb1rpriωpri<vbSecSlipDir={0rsecωsec=vb1rsecωsec>vb1rsecωsec<vb

В уравнениях используются эти переменные.

TBoP_pri, TBoP_sec

Крутящий момент ремня, действующий на основной и вторичный шкивы, соответственно

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам, соответственно

Jpri, Jsec

Инерция вращения первичного и вторичного шкивов, соответственно

bpri, bsec

Первичное и вторичное вращательное вязкое демпфирование шкива, соответственно

Fax

Сила прижима шкива

μ

Коэффициент трения

μkin, μstatic

Коэффициент кинетического и статического трения

vb, аb

Линейная скорость и ускорение ремня, соответственно

mb

Общая масса ремня

rpri, rsec

Радиусы первичного и вторичного шкивов, соответственно

Φwrap

Перенос угла ремня к контактной точке шкива

Φwrap_pri, Φwrap_sec

Переносы первичного и вторичного шкивов, соответственно

Учет степени

Для учета степени, блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины ОписаниеПеременнаяУравнения

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Степень между блоками

  • Положительные сигналы указывают на поток в блок

  • Отрицательные сигналы указывают на выход из блока

PwrEng

Степень Engine

Peng

ωiTi
PwrDiffrntl

Дифференциальная степень

Pdiff

ωoTo

PwrNotTrnsfrd - Степень через контур блока, но не переданный

  • Положительные сигналы указывают на вход

  • Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrBltLoss

Потери степени при скольжении ремня

Pbltloss

(Jin+Jpri)ω˙priωpri+Jsecω˙secωsec+mbv˙bvb+bpriωpri2+bsecωsec2+bbvb2TapppriωpriTappsecωsec
PwrGearInLoss

Входная планетарная передача механических потерь степени

Pgrinloss

|ωiTiΤapp_priωpri|
PwrGearOutLoss

Механические потери мощности при снижении выходной степени

Pgroutloss

|ωoToΤapp_secωsec|

PwrDampLoss

Механические потери демпфирования

Pdamploss

bpriωpri2bsecωsec2bbvb2

PwrStored - Сохраненная скорость изменения энергии

  • Положительные сигналы указывают на увеличение

  • Отрицательные сигналы указывают на уменьшение

PwrStoredTrans

Изменение скорости во вращательной кинетической энергии

Pstr

(Jin+Jpri)ω˙priωpri+Jsecω˙secωsec+mbv˙bvb

В уравнениях используются эти переменные.

Tapp_pri, Tapp_sec

Крутящий момент, приложенный к первичному и вторичному шкивам, соответственно

Ti, To

Входной и выходной крутящий момент на валу, соответственно

Jpri, Jsec

Инерция вращения первичного и вторичного шкивов, соответственно

bpri, bsec

Первичное и вторичное вращательное вязкое демпфирование шкива, соответственно

ωpri, ωsec

Скорость первичного и вторичного шкивов, соответственно

ωi, ωo

Вход и выходного привода вала, соответственно

vb, аb

Линейная скорость и ускорение ремня, соответственно

rpri, rsec

Радиусы первичного и вторичного шкивов, соответственно

Порты

Исходные данные

расширить все

Запрос направления, Dirreq, управление направлением. Блок фильтрует запрос, чтобы определить направление, вперед или назад. Dir равен 1 для движения вперед. Dir равен -1 для обратного.

Dir={1   когда Dirreq01  когда Dirreq<0

Запрос соотношения шкивов CVT, ratiorequest.

Зависимости

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

Перемещение основного шкива вариатора, xpri, в м.

Зависимости

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

Перемещение вторичного шкива вариатора, xsec, в м.

Зависимости

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

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

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

Выход

расширить все

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блоков.

СигналОписаниеПеременнаяМодули

EngTrq

Крутящий момент входного вала

Ti

Н· м

DiffTrq

Крутящий момент на выходе валу

To

Н· м

EngSpd

Вход вала

ωi

рад/с

DiffSpd

Выход вала

ωo

рад/с

PriRadius

Радиус первичного шкива

rpri

m

PriPhi

Перенос первичного шкива

Φpri

рад

SecRadius

Радиус вторичного шкива

rsec

m

SecPhi

Угол переноса вторичного шкива

Φsec

рад

BltLngthDelta

Изменение длины ремня

ΔL

m

BltLngth

Длина ремня

L

m

BltLngthInit

Начальная длина ремня

Lo

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 основного шкива

ωpri

рад/с

SecAngVel

Скорость вторичного шкива

ωsec

рад/с

PriSlipDir

Первичный индикатор наклона шкива

PriSlipDir

Н/Д

SecSlipDir

Индикатор направления скольжения вторичного шкива

SecSlipDir

Н/Д

TransSpdRatio

Общее безскальзывающее передаточное число

Nfinal

Н/Д

PwrInfo

PwrTrnsfrd

PwrEng

Степень Engine

Peng

W
PwrDiffrntl

Дифференциальная степень

Pdiff

W
PwrNotTrnsfrdPwrBltLoss

Потери степени при скольжении ремня

Pbltloss

W
PwrGearInLoss

Входная планетарная передача механических потерь степени

Pgrinloss

W
PwrGearOutLoss

Механические потери мощности при снижении выходной степени

Pgroutloss

W
PwrDampLoss

Механические потери демпфирования

Pdamploss

W
PwrStoredPwrStoredTrans

Изменение скорости во вращательной кинетической энергии

Pstr

W

Угловая скорость входного вала, ωi, в рад/сек.

Угловая скорость выходного вала, ωo, в рад/сек.

Параметры

расширить все

Задайте метод управления, внутренний или внешний.

Зависимости

В этой таблице представлены строения портов и входных моделей.

Режим управленияСоздает порты
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, rsmin, в м.

Зазор между вторичным и первичным шкивами, rgap, в м. Рисунок показывает геометрию шкива.

Угол клина вариатора, Θwedge, в град.

Динамика

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

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

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

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

Коэффициент демпфирования ремня, bb, в кг/с.

Коэффициент трения между ремнем и основным шкивом, μstatic, безразмерный.

Коэффициент кинетического трения между ремнем и основным шкивом, μkin, безразмерный.

Масса ремня, mb, в кг.

Сила зажима шкива, Fax, в Н.

Обратный и выходной коэффициент

Инерция вперед, Jfwd, в кг· м ^ 2.

Обратная инерция, Jrev, в кг· м ^ 2.

Прямая эффективность, ηfwd, безразмерный.

Обратная эффективность, ηrev, безразмерный.

Передаточное число, Nrev, безразмерное.

Время сдвига константа, τs, в с.

Передаточное число на выходе, No, безразмерное.

Выходная эффективность, ηo, безразмерный.

Ссылки

[1] Амбекар, Ашок Г. Механизм и теория машин. Нью-Дели: Prentice-Hall of India, 2007.

[2] Bonsen, B. Оптимизация Эффективности нажимного ремня с помощью управления скольжением вариатора. Доктор философии. Дипломная работа. Эйндховенский технологический университет, 2006 год.

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

[4] Клаассен, Т. В. Г. 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 V-образного ремня. Warrendale, PA: SAE International Journal of Engines 8 (3): 1408-1416, 2015.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

Введенный в R2017a