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机械齿轮仿真

机械传动建模意味着精度和速度之间的折衷,这是所有类型的数值建模所固有的。 精度包括两个方面:模型的可靠性和数值方法的准确性。 本文讨论了手动变速箱车型的典型困难.

有关求解器和建模方法的更多信息,请参阅文章 从AnyMath中的求解器开始 和 物理网络的本地求解器.

调整模型的精度

提高机械传动模型的准确性是创建更准确地表示真实物理组件的块。 例如,可以使用以下选项更真实地描述组件的动力学:

*启用或禁用物理效应,如不完美的齿轮啮合损失(齿轮效率)。 *启用或消除延展性(包括弹簧阻尼)、刚性停止和时间延迟。 *包含或排除联轴器和类似元件的库仑摩擦。 *减少或减轻物理阈值的突然变化,例如离合器和非理想档位的速度阈值。

对这些物理效应进行建模需要额外的动态和代数约束,导致更多的资源密集型计算,并且可以显着降低仿真速度。

常规建模中的模型精度

非常小的速度阈值和较短的时间延迟会降低数值收敛或仿真性能。 检查这些值是否可以在模拟期间增加。

固定步长、实时和硬件循环仿真中的模型精度

除了耦合之外,不建议在固定步长、实时或硬件环路(hil)仿真中使用精度改进。

要验证合规性或模拟有效性,请考虑通过以下方式减少此类元素的数量:

*删除不必要的损失物品; *将有损元素组合成尽可能少的元素。

如果使用固定步长求解器进行建模,请避免:

*非常小的速度阈值; *与固定时间步长相比较小的时间延迟。

刚性机械齿轮仿真的优化

在对机械变速器进行建模时,如果这与模型的目的一致,请考虑消除所有可塑元素。 如果某些可塑元素比其他元素具有更显着的影响,则仅对其进行建模。

机械齿轮与外部负载的连接—对于汽车来说,这是来自车轮,轮胎和道路的负载-通常是刚性的。 道路状况通常在几秒或几十秒内变化。 然而,汽车驱动系统的内部变化可能在几分之一秒内发生,特别是在换档和制动时。 此外,耦合锁定和解锁事件会创建动态中断。

例如,轮胎是 «强硬» 对施加的力缓慢反应并经历滑移。 总线还具有广泛的频率特性。 仅在模拟从静止开始的车辆加速度时模拟轮胎顺应性。

耦合建模的优化

离合器锁定和解锁事件会导致机械齿轮动力学的突然变化,并可能导致显着的不准确性,特别是如果系统是用一个大容差的可变步长求解器或一个大的固定时间步长来建模的。

*离合器切换在仿真过程中改变机械齿轮自由度的数量和性质。 *由于离合器换挡是理想化的事件,它们会导致机械齿轮扭矩发生剧烈变化:离合器会在静摩擦和动摩擦之间突然切换。

设置耦合参数

您可以配置每个联轴器单元的内部参数,以控制联轴器何时以及如何锁定和解锁。

更改速度公差。 大多数耦合单元都有一个速度公差参数 ,其确定离合器何时被锁定或解锁。

*只有当轴的相对速度时,联轴器才能锁定 它在 .

*如果离合器上的扭矩超过静摩擦的极限,离合器就会解锁,静摩擦又取决于离合器上的法向力。

价值 它们设置在每个联接块中。

如果离合器在模拟过程中在锁定和解锁之间切换太容易,请考虑增加允许速度。

设置求解器以消除耦合中断

*如果误差过大或使用求解器的步长,耦合变化可能会导致严重的不准确性。

*如果变桨距的误差过大,求解器很难或不可能精确地跟踪与作用在机械变速器上的摩擦力矩的变化相关的动态变化。

*如果固定步长过大,求解器无法准确检测联轴器锁定和解锁等突然变化。 固定步长求解器不能自适应地减小步长以进行补偿。

如果在耦合切换的瞬间机械变速器的状态(速度)存在收敛或突然变化的问题,请考虑减小求解器的公差(对于变间距求解器)或步长(对于固定间距求解器)。 将可变间距求解器的容差或固定间距求解器的步长设置为尽可能低的值,以确保可接受的仿真速度(不会太慢)。
定制化 求解器类型和配置 对精度的影响 对速度的影响 对耦合建模的影响

减少;减少

可变间距:误差

增加

减少

提高了即时锁和解锁建模的准确性。

固定步长:步长

增加

可变间距:误差

减少

增加

降低即时锁和解锁建模的准确性

固定步长:步长