Моделирование механических передач
Моделирование механических передач подразумевает компромисс между точностью и скоростью, присущий всем видам численного моделирования. Точность включает в себя два аспекта: достоверность модели и точность численных методов. В статье рассматриваются сложности, характерные для моделей с механическими передачами.
О решателях и методах моделирования см. статьи Начало работы с решателями в Engee и Локальные решатели для физических сетей.
Настройка точности модели
Повышение точности моделей механических передач заключается в создании блоков, которые более точно отображают реальные физические компоненты. Например, динамику компонентов можно описать более реалистично с помощью следующих опций:
-
Включение или выключение физических эффектов, таких как неидеальные потери в зацеплении шестерен (КПД шестерен).
-
Включение или исключение податливости (включая демпфирование пружин), жестких упоров и временных задержек.
-
Включение или исключение кулоновского трения муфт и подобных им элементов.
-
Уменьшение или смягчение резких перепадов физических порогов, таких как пороги скорости в муфтах и неидеальных передачах.
Моделирование этих физических эффектов требует дополнительных динамических и алгебраических ограничений, приводит к более ресурсоемким вычислениям и может значительно снизить скорость моделирования.
Точность модели в обычном моделировании
Очень маленькие пороговые значения скорости и короткие временные задержки могут ухудшить численную сходимость или производительность моделирования. Проверьте, можно ли увеличить эти значения при моделировании.
Точность модели при моделировании с фиксированным шагом, в реальном времени и в аппаратном цикле
За исключением муфт, не рекомендуется использовать улучшения точности в моделировании с фиксированным шагом, в реальном времени или в аппаратном цикле (HIL).
Для проверки соответствия или моделирования эффективности рассмотрите возможность уменьшения количества таких элементов путем:
-
удаления ненужных элементов с потерями;
-
объединения элементов с потерями в как можно меньшее количество элементов.
Если вы моделируете с помощью решателя с фиксированным шагом, избегайте:
-
очень маленьких пороговых значений скорости;
-
временных задержек, малых по сравнению с фиксированным шагом по времени.
Оптимизация моделирования жестких механических передач
При моделировании механических передач рассмотрите возможность исключения всех податливых элементов, если это соответствует цели вашей модели. Если некоторые податливые элементы оказывают более значительное влияние, чем другие, смоделируйте только их.
Связь механических передач с внешними нагрузками — для автомобиля это нагрузка от колеса, шин и дороги — часто бывает жесткой. Дорожные условия обычно меняются в течение нескольких секунд или десятков секунд. Однако внутренние изменения в системе привода автомобиля могут происходить за доли секунды, особенно при переключении передач и торможении. Кроме того, события блокировки и разблокировки муфты создают динамические разрывы.
Например, шина является «жесткой», медленно реагируя на приложенные силы и испытывая проскальзывание. Шина также имеет широкий диапазон частотных характеристик. Моделируйте податливость шин только при моделировании разгона автомобиля из состояния покоя.
Оптимизация моделирования муфт
События блокировки и разблокировки муфты вызывают скачкообразные изменения в динамике механических передач и могут привести к значительным неточностям, особенно если система моделируется с большим допуском решателя с переменным шагом или с большим фиксированным шагом по времени.
-
Переключение муфты изменяет количество и характер степеней свободы механических передач во время моделирования.
-
Поскольку переключения муфты являются идеализированными событиями, они вызывают резкое изменение крутящего момента механических передач: муфта резко переключается между статическим и кинетическим трением.
Настройка параметров муфты
Можно настроить внутренние параметры каждого блока муфты, чтобы контролировать, когда и как муфта блокируется и разблокируется.
Изменение допуска скорости. Большинство блоков муфт имеют параметр допуска скорости , который определяет, когда муфта блокируется или разблокируется.
-
Муфта может заблокироваться, только если относительная скорость вала находится в диапазоне .
-
Муфта разблокируется, если крутящий момент на ней превышает предел статического трения, который, в свою очередь, зависит от нормальной силы на муфте.
Значения задаются в каждом блоке муфты.
| Если во время моделирования муфта слишком легко переключается между блокировкой и разблокировкой, подумайте об увеличении допустимой скорости. |
Настройка решателей для устранения разрывов муфты
-
Если используется слишком большая погрешность или размер шага решателя, то переключения муфт могут стать причиной серьезных неточностей.
-
Если погрешность переменного шага слишком велика, решателю трудно или невозможно точно отследить динамические изменения, связанные с изменением моментов трения, действующих на механическую передачу.
-
Если размер фиксированного шага слишком велик, решатель не может точно определить резкие изменения, такие как блокировка и разблокировка муфты. Решатель с фиксированным шагом не может адаптивно уменьшать размер шага для компенсации.
| При проблемах со сходимостью или резких изменениях состояния (скорости) механической передачи в момент переключения муфты, рассмотрите возможность уменьшения допусков решателя (для решателя с переменным шагом) или размера шага (для решателя с фиксированным шагом). Установите допуск решателя с переменным шагом или размер шага решателя с фиксированным шагом на минимально возможное значение, обеспечивающее приемлемую скорость моделирования (не слишком медленную). |
| Настройка | Тип и настройка решателя | Влияние на точность | Влияние на скорость | Влияние на моделирование муфты |
|---|---|---|---|---|
Уменьшение |
Переменный шаг: погрешность |
Увеличивается |
Уменьшается |
Улучшается точность моделирования мгновенных блокировок и разблокировок |
Фиксированный шаг: размер шага |
||||
Увеличение |
Переменный шаг: погрешность |
Уменьшается |
Увеличивается |
Ухудшает точность моделирования мгновенных блокировок и разблокировок |
Фиксированный шаг: размер шага |