最新建立离合器接合分离模型.docx

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最新建立离合器接合分离模型

建立离合器接合分离模型

建立离合器接合/分离模型

离合器是机械传动中常用的部件，位于发动机和变速箱的飞轮壳内，可将传动系统随时分离或接合，切断和传递发动机输出的动力。

利用matlabSimulink建立离合器接合/分离模型，可对离合器工作原理进行仿真。

由于系统在动态运行过程中，离合器接合/分离而使拓扑结构发生改变，所以离合器的模型搭建是比较困难的。

两种拓扑结构或者说两种模型之间要小心处理，以保证新模型的初始状态和切换前模型的结束状态一致。

1模型搭建原理介绍

离合器系统一般由两个盘组成，可以将转矩在发动机和变速器之间传递。

分成两种状态：

一是滑动态（slipping），两个盘具有不同的角速度；二是接合态（lock-up），两个盘可一起旋转。

实现两种状态的转换是建立模型时的难点。

随着离合器系统锁紧而失去自由度，传递的转矩被切断；转矩的大小由摩擦力提供的最大值下降到某个值，该值可以使系统的两个部分以相同的转速旋转。

图1参数表示离合器系统

以下是分析和建模过程中的变量介绍：

输入转矩（发动机转矩）

两个摩擦盘之间的轴向力

发动机惯性力矩；变速器（传动装置）惯性力矩

发动机阻尼率；传动装置（汽车一侧的离合器）阻尼率

运动摩擦系数；静止摩擦系数

发动机角速度；输入轴角速度

离合器片（从动盘）摩擦表面内，外半径

等效半径

通过离合器传递的转矩

用来维持锁紧的离合器所需要的摩擦转矩

方程组1：

耦合系统状态方程推导得：

（1-1）

（1-2）

方程组2：

离合器的最大转矩可以表示成其内外半径，摩擦特性和轴向力的函数，如下所示：

（对于非金属材料的当量半径）

方程组3：

当离合器处于滑动态时，摩擦系数取动摩擦系数，最大动摩擦转矩方向和滑动方向相反。

方程式可表示成：

方程组4：

当离合器处于接合状态时，发动机的角速度和输入轴的角速度相等。

即

并将该式代入方程组1中，得到：

方程组5：

解方程组1和4，当离合器处于锁紧状态时，通过离合器传递的转矩可表达成：

方程组6：

若

的值超过最大静摩擦力

，离合器会从滑动态转换到接合状态。

锁紧状态最大静摩擦力为：

下图表示了离合器整个运行状态：

图2状态转移图

两个模型之间的切换要小心处理，以保证新模型的初始状态与切换前模型的结束状态一致。

1.当处于滑移状态时，如果主从盘转速相等，且保持离合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大静摩擦扭矩，则切换到接合态；

2.当处于接合态时，如果保持离合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大静摩擦扭矩（即最大静摩擦扭矩也不足以传递如此大的扭矩），则切换到滑摩态；

3.切换动作除了决定于上述两条件，还决定于系统的当前状态（滑摩或接合），即决定于FSM（有限状态机）。

4.当滑摩时，离合器所传递的扭矩是最大动摩擦扭矩。

此时使用动摩擦系数。

（分离态属于滑摩态的特例，此时Fn=0，Tfmaxk=0）

5.当接合时，离合器所传递的扭矩是离合器保持接合的摩擦扭矩即Tf。

6.最大静摩擦扭矩Tfmaxs使用静摩擦系数计算，仅用在判断状态切换的条件中。

7.离合器保持接合的摩擦扭矩（即Tf）对滑摩态和接合态而言，其计算公式完全相同。

接合/分离的有限状态机（FSM）：

2建模

2.1分离状态建模（slipping）

根据方程式推导，分离状态时方程可写成：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

公式（2-1）-（2-3）可按下面图形进行模型搭建

图3分离状态simulink模型图

在对分离状态（即slipping）进行建模中，出现From/Goto基本模块，模块用于信号的跳转，表示信号来源和去向。

在上述goto部分，应将tagvisibility定义成global，即全局变量。

否则运行结果有误。

该模型用EnableSystem即使能子系统搭建，其模型的特点为当使能端口的控制信号为正时，子系统则可执行；否则，子系统不执行。

图4分离状态使能子系统模型图

2.2接合状态建模（Locked）

根据方程式推导，接合状态方程可写成：

（2-4）

公式（2-4）可按下列图形构建模型：

该模型中的goto模块也应将tagvisibility定义成全局变量，即global。

图5接合状态simulink模型图

该模型也同样按照Enabledsystem即使能子系统搭建，子系统图形如下所示：

图6接合状态使能子系统模型图

2.3状态逻辑模型建模

根据适当的静摩擦系数和动摩擦系数，计算求解出动摩擦力和静摩擦力。

根据下列公式进行搭建模型：

（2-5）

根据上述有限状态机（FSM）的表格，利用组合逻辑模块combinatoriallogic（如图7所示）和记忆模块memory创建分离/接合有限状态机模块，即如下图所示：

图7接合有限状态机模块

当处于接合态（locked）时，如果保持离合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大静摩擦扭矩（即最大静摩擦扭矩也不足以传递如此大的扭矩），则切换到滑摩态（slipping）。

根据此条件搭建模型图如下所示：

（2-6）

图8接合态到分离态条件模型图

当处于滑摩态（slipping）时，如果主从盘转速相等，且保持离合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大静摩擦扭矩，则切换到接合态（locked）。

即：

（2-7）

（2-8）

该模型搭建中运用到逻辑运算模块（logicaloperator），选择其运算形式为And，即两个或者多个要求同时满足时，输出为1。

该模型搭建中还运用到HitCrossing即过零监测非线性特征模块，检测输入从指定方向上到达或者通过指定点。

图9分离态到接合态条件模型图

将上述三组子系统组合起来即可得到状态逻辑模型图，即如下所示：

图10状态逻辑模型图

2.4动静摩擦力模型构建

静摩擦力和动摩擦力公式如下所示：

（2-9）

（2-10）

图11动静摩擦力模型图

将以上四个部分的模型图组合起来即可得到整个离合器系统接合/分离的模型图：

图12整个离合器系统接合/分离模型图

图形中横线上的蓝色部分是在输出的线上点击右键出现signalproperities，在对话框中输入signalname，并勾选logsignaldata和testpoint两个选项所得。

3输入相关参数并运行结果

3.1编写程序输入相关参数

根据已知Fn和Tin图像，还有相应的已知量即

输入下述程序：

t1=（0:

0.5:

10）';%time0~10s,时间间隔为0.5s

d1=[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'];

%FrictionModelparameter

R=1;

%FrictionModelLogicparameter

Ie=1;

Iv=5;

be=2;

bv=1;

muk=1;

mus=1.5;

%输入已知的相关参数

set（0,'ShowHiddenHandles','On'）

set（gcf,'menubar','figure'）%输入这两条语句，使得scope输出图像，可输入横坐标，纵坐标名称

根据上述程序写入commendwindow即命令窗口后，即得到了workspace的输入量。

将simulink模型部分与Fromworkspace接合起来，再运行该模型。

3.2图像显示结果

根据上述模型运行结果，得到几组图形。

图13Fn、Tin输入图形

图14Tfmaxk、Tfmaxs输出图形

图15we、wv、w输出图象

图16Locked,Lockup,Unlock输出图像