建立離合器接合分離模型

1、建立離合器接合/分離模型離合器是機(jī)械傳動中常用的部件，位于發(fā)動機(jī)和變速箱的飛輪殼內(nèi)，可將傳動系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合，切斷和傳遞發(fā)動機(jī)輸出的動力。利用matlab Simulink建立離合器接合/分離模型，可對離合器工作原理進(jìn)行仿真。由于系統(tǒng)在動態(tài)運(yùn)行過程中，離合器接合/分離而使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，所以離合器的模型搭建是比較困難的。兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者說兩種模型之間要小心處理，以保證新模型的初始狀態(tài)和切換前模型的結(jié)束狀態(tài)一致。1 模型搭建原理介紹離合器系統(tǒng)一般由兩個(gè)盤組成，可以將轉(zhuǎn)矩在發(fā)動機(jī)和變速器之間傳遞。分成兩種狀態(tài)：一是滑動態(tài)（slipping），兩個(gè)盤具有不同的角速度；二是接合態(tài)（lock-up）

2、，兩個(gè)盤可一起旋轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是建立模型時(shí)的難點(diǎn)。隨著離合器系統(tǒng)鎖緊而失去自由度，傳遞的轉(zhuǎn)矩被切斷；轉(zhuǎn)矩的大小由摩擦力提供的最大值下降到某個(gè)值，該值可以使系統(tǒng)的兩個(gè)部分以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。圖1 參數(shù)表示離合器系統(tǒng) 以下是分析和建模過程中的變量介紹：輸入轉(zhuǎn)矩（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩） 兩個(gè)摩擦盤之間的軸向力發(fā)動機(jī)慣性力矩；變速器（傳動裝置）慣性力矩 發(fā)動機(jī)阻尼率；傳動裝置（汽車一側(cè)的離合器）阻尼率運(yùn)動摩擦系數(shù)；靜止摩擦系數(shù)發(fā)動機(jī)角速度；輸入軸角速度離合器片（從動盤）摩擦表面內(nèi)，外半徑等效半徑通過離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩用來維持鎖緊的離合器所需要的摩擦轉(zhuǎn)矩方程組1：耦合系統(tǒng)狀態(tài)方程推導(dǎo)得： （1-1） （1-2

3、） 方程組2：離合器的最大轉(zhuǎn)矩可以表示成其內(nèi)外半徑，摩擦特性和軸向力的函數(shù)，如下所示：（對于非金屬材料的當(dāng)量半徑）方程組3：當(dāng)離合器處于滑動態(tài)時(shí)，摩擦系數(shù)取動摩擦系數(shù)，最大動摩擦轉(zhuǎn)矩方向和滑動方向相反。方程式可表示成：方程組4：當(dāng)離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)的角速度和輸入軸的角速度相等。即并將該式代入方程組1中，得到：方程組5：解方程組1和4，當(dāng)離合器處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，通過離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩可表達(dá)成：方程組6：若的值超過最大靜摩擦力，離合器會從滑動態(tài)轉(zhuǎn)換到接合狀態(tài)。鎖緊狀態(tài)最大靜摩擦力為：下圖表示了離合器整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)：圖2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖兩個(gè)模型之間的切換要小心處理，以保證新模型的初始狀態(tài)與切換前模型

4、的結(jié)束狀態(tài)一致。1.當(dāng)處于滑移狀態(tài)時(shí)，如果主從盤轉(zhuǎn)速相等，且保持離合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大靜摩擦扭矩，則切換到接合態(tài)；2.當(dāng)處于接合態(tài)時(shí)，如果保持離合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大靜摩擦扭矩（即最大靜摩擦扭矩也不足以傳遞如此大的扭矩），則切換到滑摩態(tài)；3.切換動作除了決定于上述兩條件，還決定于系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)（滑摩或接合），即決定于FSM（有限狀態(tài)機(jī)）。4.當(dāng)滑摩時(shí)，離合器所傳遞的扭矩是最大動摩擦扭矩。此時(shí)使用動摩擦系數(shù)。（分離態(tài)屬于滑摩態(tài)的特例，此時(shí)Fn=0，Tfmaxk=0）5.當(dāng)接合時(shí)，離合器所傳遞的扭矩是離合器保持接合的摩擦扭矩即Tf。6.最大靜摩擦扭矩Tfmaxs使用靜摩擦系數(shù)

5、計(jì)算，僅用在判斷狀態(tài)切換的條件中。7.離合器保持接合的摩擦扭矩（即Tf ）對滑摩態(tài)和接合態(tài)而言，其計(jì)算公式完全相同。接合/分離的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）：2 建模2.1 分離狀態(tài)建模（slipping）根據(jù)方程式推導(dǎo)，分離狀態(tài)時(shí)方程可寫成： （2-1） (2-2) (2-3)公式（2-1）-(2-3)可按下面圖形進(jìn)行模型搭建圖3 分離狀態(tài)simulink模型圖在對分離狀態(tài)(即slipping)進(jìn)行建模中，出現(xiàn)From/Goto基本模塊，模塊用于信號的跳轉(zhuǎn)，表示信號來源和去向。在上述goto部分，應(yīng)將tag visibility 定義成global，即全局變量。否則運(yùn)行結(jié)果有誤。 該模型用Enabl

6、e System即使能子系統(tǒng)搭建，其模型的特點(diǎn)為當(dāng)使能端口的控制信號為正時(shí)，子系統(tǒng)則可執(zhí)行；否則，子系統(tǒng)不執(zhí)行。圖4 分離狀態(tài)使能子系統(tǒng)模型圖2.2 接合狀態(tài)建模（Locked）根據(jù)方程式推導(dǎo)，接合狀態(tài)方程可寫成： （2-4）公式（2-4）可按下列圖形構(gòu)建模型：該模型中的goto 模塊也應(yīng)將tag visibility定義成全局變量，即global。圖5 接合狀態(tài)simulink模型圖該模型也同樣按照Enabled system 即使能子系統(tǒng)搭建，子系統(tǒng)圖形如下所示：圖6 接合狀態(tài)使能子系統(tǒng)模型圖2.3 狀態(tài)邏輯模型建模根據(jù)適當(dāng)?shù)撵o摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)，計(jì)算求解出動摩擦力和靜摩擦力。根據(jù)下列公

7、式進(jìn)行搭建模型： （2-5）根據(jù)上述有限狀態(tài)機(jī)（FSM）的表格，利用組合邏輯模塊combinatorial logic（如圖7所示）和記憶模塊memory創(chuàng)建分離/接合有限狀態(tài)機(jī)模塊，即如下圖所示：圖7 接合有限狀態(tài)機(jī)模塊當(dāng)處于接合態(tài)（locked）時(shí)，如果保持離合器接合所需要的摩擦扭矩大于最大靜摩擦扭矩（即最大靜摩擦扭矩也不足以傳遞如此大的扭矩），則切換到滑摩態(tài)（slipping）。根據(jù)此條件搭建模型圖如下所示： （2-6）圖8 接合態(tài)到分離態(tài)條件模型圖當(dāng)處于滑摩態(tài)（slipping）時(shí)，如果主從盤轉(zhuǎn)速相等，且保持離合器接合所需要的摩擦扭矩小于最大靜摩擦扭矩，則切換到接合態(tài)（locked）。

8、即： （2-7） （2-8）該模型搭建中運(yùn)用到邏輯運(yùn)算模塊（logical operator），選擇其運(yùn)算形式為And，即兩個(gè)或者多個(gè)要求同時(shí)滿足時(shí)，輸出為1。該模型搭建中還運(yùn)用到Hit Crossing即過零監(jiān)測非線性特征模塊，檢測輸入從指定方向上到達(dá)或者通過指定點(diǎn)。圖9 分離態(tài)到接合態(tài)條件模型圖將上述三組子系統(tǒng)組合起來即可得到狀態(tài)邏輯模型圖，即如下所示：圖10 狀態(tài)邏輯模型圖2.4 動靜摩擦力模型構(gòu)建 靜摩擦力和動摩擦力公式如下所示： （2-9） （2-10）圖11 動靜摩擦力模型圖將以上四個(gè)部分的模型圖組合起來即可得到整個(gè)離合器系統(tǒng)接合/分離的模型圖：圖12 整個(gè)離合器系統(tǒng)接合/分離模型

9、圖圖形中橫線上的藍(lán)色部分是在輸出的線上點(diǎn)擊右鍵出現(xiàn)signal properities，在對話框中輸入signal name，并勾選log signal data和test point兩個(gè)選項(xiàng)所得。3 輸入相關(guān)參數(shù)并運(yùn)行結(jié)果3.1 編寫程序輸入相關(guān)參數(shù)根據(jù)已知Fn和Tin圖像，還有相應(yīng)的已知量即 輸入下述程序：t1 = (0:0.5:10); %time 010 s,時(shí)間間隔為0.5sd1 = 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;%Friction Model parameterR=1;%Friction Model Logic parameterIe=1;Iv=5;be=2;bv=1;muk=1;mus=1.5;%輸入已知的相關(guān)參數(shù)set(0,ShowHiddenHandles,On)set(gcf,menubar,figure) %輸入這兩條語句，使得scope輸出圖像，可輸入橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)名稱根據(jù)上述程序?qū)懭隿ommend window即命令窗口后，即得到了works