基于Modelica的动力传动系统库的车辆动力系统建模外文文献翻译中英文翻译外文翻译.docx

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基于Modelica的动力传动系统库的车辆动力系统建模外文文献翻译中英文翻译外文翻译

ModellingofVehiclePowertrainswiththeModelica

PowerTrainLibrary

JakubTobolar,MartinOtter,TilmanBunte

ABSTRACT：

Modernpowertrainsincreasinglyincludemechatroniccomponents.Moreover,thecorrelationwithvehicledynamicsandcomfortissignificantforpowertraindevelopment.Therefore,aholistici.e.Multiphysicsapproachisessentialforthedynamicanalysisinthedesignprocess.Hence,themultidisciplinaryobjectorientedmodellinglanguageModelicaprovidesanidealbasisforsimulations.ThisarticledescribesboththebasicsandsomeapplicationexamplesofpowertrainmodellingusingtheModelica“PowerTrain”library.Amongstothers,itcomprisestask-specificdrivermodels,efficiencyconsiderations,and3Deffectssuchasgyroscopicphenomena.Finally,resultsofsomepowertrainapplicationexamplesimulationswillbeshown.

Zusammenfassung:

Dealingwiththemodellingofmultiphysicalautomotiveapplications,theobject-orientedmodellinglanguageModelicaiswidelyused,seee.g.[1,2,3,4].Thismodellinglanguageisdesignedtoallowconvenient,component-orientedmodellingofcomplexphysicalsystems,e.g.,systemscontainingmechanical,electrical,electronic,hydraulic,thermal,control,electricpowerorprocess-orientedsubcomponents（see[13]）.ThefreeModelicalanguage,freeModelicalibrariesandModelicasimulationtoolsareavailable,ready-to-useandhavebeenutilisedindemandingindustrialapplications,includinghardware-in-theloopsimulations.

1.Introduction

Dealingwiththemodellingofmultiphysicalautomotiveapplications,theobject-orientedmodellinglanguageModelicaiswidelyused,seee.g.[1,2,3,4].Thismodellinglanguageisdesignedtoallowconvenient,component-orientedmodellingofcomplexphysicalsystems,e.g.,systemscontainingmechanical,electrical,electronic,hydraulic,thermal,control,electricpowerorprocess-oriented

subcomponents（see[13]）.ThefreeModelicalanguage,freeModelicalibrariesandModelicasimulationtoolsareavailable,ready-to-useandhavebeenutilisedindemandingindustrialapplications,includinghardware-in-theloopsimulations.

BasedontheModelicalanguage,alibrarycalled”PowerTrain”hasbeendevelopedattheGermanAerospaceCenter（DLR）,seealso[9,10,11,12].Itisusefulforthemodellingofawiderangeofpowertrainspecificproblemsincludingoptimisationofswitchstrategiesforautomatictransmissions,modellingofgearboxeswithspeedandtorquedependentlossesorrealtimesimulations.Thelibraryincludesbotheasytouseandrathersophisticatedcomponentstomodelcompletepowertrains.Asamatterofcourse,itdoesnotsupplycomponentsforallspecificneeds.But,thecodeofallcomponentsistransparentandcanbemodifiedorextendedbytheuser.

ThefollowingsectionsmakeashortintroductiontothemostimportantpackagesandcomponentsofthePowerTrainlibrary（seeSection2）.Inaddition,theinteroperabilitybetweendifferentautomotivemodellibrariesintermsoftheVehicleInterfaceslibraryisshowninSection3.Finally,examplesofpowertrainmodellingarediscussedinSection4.

2.ModelicaPowerTrainlibrary

InthissectionthePowerTrainlibrary,itsstructure,conceptualdesignandsomeotherfeatureswillbeshortlyintroduced.

2.1.Components

ForModelicabasedmodellingandsimulationofvehiclepowertrains,ModelicaStandardLibrary[13]isusedutilisingmechanical,electrical,electronicandhydraulicelements.Moreover,tofacilitatepowertrainspecificmodellingthePowerTrainlibrarycontainsmanyparticularcomponents.Someofthecommoncomponentsaredescribedinmoredetailinthefollowing.

EspeciallyformanualandautomatictransmissionmodelslaminarclutchesandfreewheelsareimplementedandsummarisedinthePowerTrainlibrarypackageClutches,seeFigure1belowforpackageoverview.Withthelamellaclutches–optionallywiththermalconduction–theinputisthecontactpressuretoengagetheclutch.Connectinginseriesafreewheelandalaminarclutch,the”OneWayLaminarClutch”componentcanbeusedfore.g.planetarygearsets.

ThePowerTrainpackageShaftscontainsshaftcomponentsnecessarytodevelopthedrivelineandtransmissionmodelseitherasone-dimensionalormultibodyelements.Besidesthecommonrigidshaft,thekeycomponentrequiredistheflexibleshaft,whichallowsthetwistingofashafttobemodelled.Initssimplestformtheflexibleshaftconsistsoftworotationalinertiasconnectedbyacombinedlinearrotationalspring-damper.Thisshaftcanbeusedtomodellowfrequencyeffectssuchasshufflewhichtypicallyoccursintherangebetween2and10Hz.

Additionally,theflexibleshaftcaneasilybeadjustedtomodelhigherfrequencyeffectsasitcancontainavariablenumberofelasticandinertiacomponentsevenlydistributedacrossthiselement

ThemountstypicallyusedtosuspendthepowertrainwithinthevehiclechassisaredesignedusingtheMountingSystemspackage.Thereactionforcesinthex,yandzdirectionsareintroducedbuttheyleavethepowertrainfreetorotate.Bothlinearandnonlinearcharacteristicsareapplicable.

Foragearsetoradifferentialgearmodelling,basicgearcomponents–includedinthepackageGears–areavailable;e.g.thetwocomponents”PlanetPlanet”and”PlanetRing”enableanytypeofplanetarygearboxtobeconstructed.Withmostofthegearelementsboththetorquedependentlossesaswellasmeshlosses（geartoothcontactlosses）aretakenintoaccount.AnexampleisshowninFigure2whereaWolfromtypeplanetarygearwithlossesisconstructedwiththePlanetPlanetandPlanetRingcomponents.TheoverallgearratioandefficiencyofaplanetarygearboxconstructedusingthesebasiclossyelementscanbecalculatedwiththeexampleshowninFigure3.Providedthatthenumberofteethoneachofthegearwheelsandtheefficienciesofeachmeshareknowntheoverallgearefficiencycanbecalculated.

Itwouldnotbepossibletodeterminethisvalueusingastaticmodelwherethegearshaftsarenotrotating.Thisisbecausethefrictionbetweentheteethwouldbeinthestuckmodeandthefrictiontorquesarethencomputedimplicitlyfromtherequirementthattheshaftaccelerationsarezero.Thisiscorrectlydescribedbythepresentedlossymodel.

2.2.Incorporationof3Deffects

In[11],aconceptforreproducingthree-dimensional（3D）mechanicaleffectsofonedimensionally（1D）modelledpowertrainswaspresented.Theideaistomodeltransmissionelementswiththeirmostly1Drotatingbehaviourinaconvenientwaywith1Dmodelcomponents.Duetothesimplicityofthe1Dequations,thisresultsinaveryefficientsimulationcode.Whenthese1Dcomponentsaremountedonsystemsmovingin3Dspace

Figure1:

OverviewofsomecomponentpackagesofthePowerTrainlibrary.Clockwisefromthetop,Shafts,Gears,Clutches,MountingSystems.

Figure2:

ObjectdiagramofaWolfromtypeplanetarygearboxwithlossesimplementedusingtheimprovedPlanetPlanetandPlanetRingcomponents.

Figure3:

ObjectdiagramoftestmodeltodeterminegearratioandgearefficiencybetweenflangesAandBofaWolfromplanetarygearbox.

译文：

基于Modelica的动力传动系统库的车辆动力系统建模

JakubTobolar,MartinOtter,TilmanBunte

摘要

摘要：

越来越多的现代动力系统包括机电一体化组件。

此外，车辆动力学和舒适性的相关性对动力总成的发展具有重要意义。

因此，因此，一个整体即多物理场的方法是设计过程中的动态分析的基本。

所以，多学科的面向对象建模语言Modelica为仿真提供了一个理想的基础。

本文介绍了基础知识和一些使用Modelica“动力传动系统”库建立动力系统模型的应用实例。

除此之外，它包括特定任务的驱动程序模型，效率考虑因素，以及三维效果，比如陀螺现象。

最后，显示一些动力传动系统应用的仿真实例的结果。

1.引言

在处理多物理场的汽车应用建模，面向对象的建模语言Modelica是广泛使用的，例如[1，2，3，4]。

设计这种建模语言考虑到实用性，面向复杂物理系统的构件建模，例如，系统包括机械，电气，电子，液压，热，控制，电力或面向过程的子组件（见[13]）。

免费的Modelica语言，免费的Modelica图书馆和Modelica仿真工具是可以使用的，这已被用在要求苛刻的工业应用中，包括硬件在环仿真。

基于Modelica语言的“动力传动系统”库已在德国航空航天中心（DLR）开发，参见[9，10，11，12]。

它可以执行范围广泛的动力传动具体问题的建模，包括自动变速器的开关策略的优化，变速箱的建模与速度和转矩相关的损失或实时模拟。

该库包括易于使用和相当复杂的组件模型的完整的动力系统。

通常，它不提供所有特定需求的组件。

但是，所有组件的代码是透明的，可以由用户修改或扩展。

以下章节简要介绍动力传动系统库中最重要的软件包和组件（见第2节）。

此外，在vehicleinterfaces库术语不同的汽车模型库之间的互操作性是在3部分所示。

最后，动力传动系统模型的例子进行了讨论，在第4节。

2.Modelica动力传动系统库

在本节中，动力传动系统库的结构，概念设计和一些其他功能将被简单地介绍。

组件:

对于基于模型化和汽车动力传动系统仿真的Modelica，Modelica标准库是利用机械，电气，电子和液压元件。

此外，为了便于动力传动系统的具体建模，动力传动系统库包含许多特定的组件。

一些常见的组件更详细地描述如下。

特别是手动和自动变速器的离合器和飞轮模型层在动力传动系统库离合器包被实现和概述，参见下图1包的概述。

片离合器-可选热传导-输入是运动离合器的接触压力。

在一系列自由轮和层流离合器连接，“OneWayLaminarClutch”组件可以使用，例如，行星齿轮组。

动力传动系统轴包包括必须开发的一维或多元素的传动系统和传输模型的轴组件。

除了普通的刚性轴外，关键部件是柔性轴，它通过轴的扭转来建模。

在其最简单的形式的柔性轴是由一个联合线性旋转弹簧阻尼器连接的两个转动惯量组成的。

此轴可以用来模拟低频效应，如通常发生在2和10赫兹范围之间的移动

此外，绕行轴可以很容易地调整，以模拟更高的频率的影响，因为它包含可变数量的均匀分布在这个元素的弹性和惯性元件。

使用安装系统包来设计通常在汽车底盘悬挂动力传动系统的车辆。

在x，y和z方向上产生反作用力，但这些力允许动力传动系统的自由旋转。

线性和非线性特性都是适用的。

对于一齿轮组或差动齿轮的建模，基本齿轮组件（包括齿轮包）是可用的；例如“PlanetPlanet”和“PlanetRing”两组件使任何类型的行星齿轮箱可以被构建。

大多数的齿轮元件的转矩相关损耗，以及啮合损耗（轮齿接触损耗）被考虑在内。

图2所示，弗罗姆型行星齿轮的损失用PlanetPlanet和PlanetRing组件构建。

使用这些基本损耗元件构造的行星齿轮箱的整体传动比和效率可以用图3所示的例子来计算。

假如每个齿轮的齿数和每个网格的效率是已知的，可以计算出整体齿轮效率。

用不旋转得齿轮轴静态模型来确定这个值是不可能的。

这是因为轮齿之间的摩擦将处于卡住状态，然后按照轴加速度为零的要求计算隐式摩擦力矩。

这是正确描述所提出的有损模型。

图1：

动力总成库的一些组件包概述。

顺时针方向从顶部依次为轴、齿轮、离合器、安装系统。

图2：

一个使用改进planetplanet和planetring

组件的弗罗姆型行星齿轮损失对象图

图3：

确定一个行星齿轮箱的法兰A和B之间

的传动比和传动效率测试模型的对象图