1、Simulink汽车仿真实例汽车仿真实例2021/2/42引例：用 Simulink 对微分方程建模仿真一个发动机模型离合器接合/分离模型防抱死制动系统（ABS）半车模型悬架系统2021/2/43用 Simulink 对下列微分方程进行建模仿真uxx 2（u 为常数）tuetx2)(2021/2/44启动 MATLAB启动 Simulink新建一个模型保存模型选择合适的模块模块操作信号线操作仿真参数设置开始仿真2021/2/45示波器设置多个示波器分别显示多条曲线在一个示波器中显示多条曲线2021/2/46根据下列数学模型，用 Simulink 建模仿真。负载扭矩（输入）：节气门开度（输入）：
2、2021/2/47进入进气歧管的空气质量速度：2021/2/48进气歧管的压力变化速度：2021/2/49离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空气质量速度）：2021/2/410发动机扭矩：2021/2/411发动机角加速度：2021/2/412用到的模块一览：常量ConstantSources阶跃StepSources示波器ScopeSinks终端TerminatorSinks增益GainMath Operations加减SumMath Operations乘除ProductMath Operations求最值MinMaxMath Operations判正负SignMath Operat
3、ions汇总器MuxSignal Routing1.开关SwitchSignal Routing2021/2/413用到的模块一览：关系运算符Relational Op.Logic & Bit Op.积分器IntegratorContinuous饱和环节SaturationDiscontinuites单位延迟Unit DelayDiscrete初始条件ICSignal Attributes函数FcnUser-Defined Fcn子系统SubSystemPorts & Subsystems输入In1Ports & Subsystems输出Out1Ports & Subsystems1.触发器T
4、riggerPorts & Subsystems2021/2/414完成各个子系统的建模。下节课将这些子系统组装成一个完整的发动机模型。2021/2/415Simulink模型：Nedge180valve timingT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2throttlepart1mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1Terminat
5、orScope1Scope1sIntegrator30/piGain2021/2/416仿真结果分析： 负载减小，发动机转速升高并趋于稳定； 节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定； 负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。123发动机转速曲线2021/2/417发动机转速闭环控制加入一个离散控制器（PI控制器），通过一个快速节气门执行器调节发动机转速，使得负载转矩的变化对发动机转速的影响最小。2021/2/418发动机转速闭环控制模型Nedge180valve timingspeedsetpointT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5d
6、otmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ScopeDesired rpmNThrottle settingPI controller1sIntegrator30/piGain2021/2/419发动机转速闭环控制发动机转速曲线负载扭矩曲线节气门开度曲线2021/2/420建立一个完整的带 PI 转速控制器的 Simulink 发动机模型（可参考 enginewc
7、.mdl） 。2021/2/421一个离合器集中参数模型2021/2/422参数定义：fT2021/2/423摩擦扭矩：最大动摩擦扭矩：最大静摩擦扭矩：对于非金属材料的当量半径2021/2/424离合器保持接合所需要的摩擦扭矩：2021/2/425接合/分离的有限状态机（FSM）：接合条件lock分离条件unlock原状态mem执行动作locked说 明0000保持分离态0011保持接合态0100保持分离态0110切换至分离态1001切换至接合态1011保持接合态1101切换至接合态1110切换至分离态2021/2/426基本模块介绍：使能子系统：当使能端口的控制信号为正时，子系统执行（sys
8、_enable.mdl）；触发子系统：子系统只在触发事件发生的时刻执行，并保持该时刻的输出直至下一次触发事件发生（sys_trigger.mdl）；逻辑运算“NOT”：（sys_not.mdl）；2021/2/427基本模块介绍：Hit Crossing：检测输入从指定方向上到达或通过指定点（sys_hit.mdl）；Goto/From：信号的跳转。注意 Tag 的可见性；Memory：存储模块（sys_memory.mdl）；Combinatorial Logic：组合逻辑模块；2021/2/428Simulink模型：TfmaxkTinwvweslippingFnTfmaxkTfmaxsp
9、art6TinTfmaxslockedlockunlockTflogicTinwlockedScope2Scope1ScopeNOT1Gain11GainTinFn回调函数回调函数的使用的使用2021/2/429仿真曲线：紫色：发动机输入扭矩黄色：离合器夹紧力青色：最大静摩擦扭矩红色：保持接合的摩擦扭矩2021/2/430仿真曲线：紫色：主动盘转速黄色：从动盘转速青色：接合后转速2021/2/4311、复习各类基本模块；2、对离合器接合/分离模型进行建模仿真。2021/2/432单轮制动数学模型：rvvRV /vwslip/1brfwTRFdtdIfvFdtdVmzfFF)(slipf00.1
10、0.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.912021/2/433Simulink模型：wvww1sstoppingdistance1.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)=0)*eps)relative slipmu slipfriction curveKfforce &torquebangbangcontroller1sWheelspeedm*g/4Weight1sVehiclespeedslpyoutSTOPScope5Scope4Scope3Scope2Scope1Scope100TB.s+1Hydraulic La
11、gctrl1/Rr-1/mRr1/I0.2Desiredrelativeslip1sBrakepressure2021/2/434基本模块介绍：传递函数Transfer FcnContinuous查找表Lookup TableLoopup Tables积分器（限幅）IntegratorContinuous终止仿真StopSinks防止“除零”而采取的措施：1.0 u(1) / (u(2) + (u(2) = 0) * eps)必定非零！2021/2/435Simulink模型精讲bangbang 控制器原理：aEUaEUUnmnmk , ,0 , 10 , 1nnkEEU制动系液压管路：一阶惯
12、性环节1.100)(sTBsG2021/2/436仿真曲线：ctrl=1，ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速度黄色：车轮实际角速度2021/2/437仿真曲线：ctrl=0，非ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速度黄色：车轮实际角速度2021/2/438仿真曲线：ABS制动与非ABS制动效果对比0200400600800100012001400160018000100200300400500600700800900ABS制动非ABS制动制动时间（x10-2s）制动距离（feet）2021/2/4391、复习各类基
13、本模块；2、对防抱死制动系统进行建模仿真。2021/2/440半车模型悬架系统：2021/2/441前悬架作用力和扭矩数学模型：2021/2/442后悬架作用力和扭矩数学模型：2021/2/443力平衡方程：扭矩平衡方程：2021/2/444Simulink模型：1sz1sthetaroadheighttheta dottheta z dotzpitch torquerear forcerear suspensiontheta dottheta z dotzpitch torquefront forcefront suspension1sdotz1sdotthetaFrFfdotzdotthetaMyhMyMbMass1/Mb9.811/Iyy1/Inertia2021/2/445012345678910-5051015x 10-3hVehicle Suspension Model Simulation012345678910050100My012345678910600065007000Ff012345678910450050005500Fr012345678910-0.100.1dotz012345678910-505x 10-3dotthetatime in seconds2021/2/4461、对半车模型悬架系统进行建模仿真。
