Документация Engee

Моделирование механических передач

Страница в процессе разработки.

Моделирование механических передач подразумевает компромисс между точностью и скоростью, присущий всем видам численного моделирования. Точность включает в себя два разных вопроса: точность или достоверность модели и точность методов моделирования. В статье описывается сложность, присущая моделям передач, в отличие от общих вопросов моделирования.

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, можно сделать внутреннюю динамику компонентов, представленных блоками, более или менее точной и реалистичной путем:

  • Включения и выключения физических эффектов, таких как неидеальные потери в зацеплении шестерен (КПД шестерен);

  • Включение или исключение податливости (включая затухающие реакции пружин), жестких остановок и временных задержек;

  • Включение или исключение кулоновского трения муфт и элементов, похожих на муфты;

  • 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 интенсивным вычислениям и может снизить скорость моделирования, часто значительно.

Точность модели в обычном настольном моделировании:

  • Очень маленькие пороговые значения скорости и короткие временные задержки могут ухудшить численную сходимость или производительность моделирования. Подумайте, можно ли увеличить эти значения при моделировании.

  • Если модель включает в себя зубчатые передачи с потерей эффективности, выберите в окне настроек debug article icon 1 модели адаптивный переход через ноль.

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/фиксированной стоимостью, в реальном времени или в аппаратном цикле (HIL).

Для моделирования соответствия или 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, то избегайте:

  • Очень маленьких пороговых значений скорости;

  • Коротких временных задержек по сравнению с фиксированным временным шагом.

Оптимизация моделирования жестких механических передач

При моделировании механических передач, в зависимости от целей моделирования, можно не моделировать все соответствия. Если есть определенные соответствия, которые преобладают над другими, то попробуйте смоделировать только доминирующие соответствия.

Связь механических передач с внешними нагрузками — для автомобиля это нагрузка от колеса, шины и дороги — часто бывает жесткой. Водительские и дорожные условия обычно меняются в течение нескольких секунд или десятков секунд. Однако внутренние изменения в системе привода автомобиля могут меняться в течение долей секунды, особенно при переключении муфты 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. Рассматривайте моделирование податливости 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.

  • Разрывы муфты изменяют количество и характер степеней свободы механических передач во время моделирования.

  • Поскольку разрывы муфты являются идеализированными событиями, они вызывают резкое изменение крутящего момента механических передач, поскольку муфта резко переключается между статическим и кинетическим трением.

Сглаживание и смещение сигналов управления муфтой

Смоделируем ситуацию динамического управления блокировкой и разблокировкой муфты с помощью входного давления или других сигналов блокировки.

Самый простой способ принудительной блокировки — это резкое изменение давления муфты от нуля до некоторого заранее определенного значения. Затем можно принудительно разблокировать муфту, резко изменив давление муфты обратно на ноль. Такие резкие изменения давления муфты не реалистичны. Лучшим решением является моделирование полного срабатывания муфты. Однако можно использовать упрощенные модели, чтобы уменьшить сложность модели.

Также можно улучшить моделирование муфты и сделать его более реалистичным, обеспечив плавное, а не внезапное нарастание и спад сигналов давления муфты. Библиотека Источники предоставляет множество способов создания таких сигналов. Можно изменить форму существующих сигналов с помощью таких блоков, как State-Space и Transfer Fcn.

Дополнительные сведения о сглаживании сигналов муфты см. в разделе Моделирование механических передач с потерями.

Настройка параметров муфты

Можно настроить внутренние параметры каждого блока муфты, чтобы контролировать, когда и как муфта блокируется и разблокируется.

Изменение порога давления или силы. Сигнал блокировки, поступающий в муфту, является физическим и выражается в единицах силы или давления. В некоторых муфтах можно задать порог силы или давления или . Этот порог ограничивает давление муфты, так что эффективное управляющее давление равно , а не . Если , то давление вообще не подается. (Обычное усилие между поверхностями муфты может заменить давление). Повышение порога давления или усилия для муфты, имеющего регулируемый порог, затрудняет включение муфты.

Если муфта включается слишком легко во время симуляции, то подумайте о повышении порога нажатия или усилия. Если муфта включается с трудом, то подумайте о снижении этого порога.

Изменение допуска скорости. Большинство блоков муфт имеют параметр допуска скорости ω , который регулирует, когда муфта блокируется или разблокируется.

  • Муфта может заблокироваться, только если относительная скорость вала ω находится в диапазоне ωωω .

  • Муфта разблокируется, если крутящий момент на ней превышает предел статического трения, который, в свою очередь, зависит от нормальной силы на муфте.

Значения ω 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 большой допуск или размер шага решателя, то разрывы муфты могут стать причиной серьезных неточностей.

  • Если допуски переменного шага слишком велики, то решателю трудно или невозможно точно отследить динамические изменения, связанные с изменением моментов трения, действующих на механическую передачу.

  • Если размер фиксированного шага слишком велик, то решатель не может точно определить резкие изменения, такие как блокировка и разблокировка муфты. Решатель с фиксированным шагом не может адаптивно уменьшить размер шага для компенсации.

Если столкнулись со сбоями в сходимости или резкими изменениями состояния (скорости) механической передачи в момент изменения состояния сцепления или около него, то подумайте об уменьшении 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: допуски

Увеличивается

Уменьшается

Улучшает разрешение и моделирование резких блокировок и разблокировок

Фиксированный шаг: размер шага

Увеличение

Переменный шаг: допуски

Уменьшается

Увеличивается

Снижение разрешения и имитация резкого блокирования и разблокирования

Фиксированный шаг: размер шага

Полезные ссылки

  1. Моделирование механических передач с потерями