皮带张紧器迟滞特性建模及参数识别

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1、皮带张紧器迟滞特性建模及参数识别李利平(华南理工大学广州学院，广州510800)摘要：以汽车发动机前端附件驱动系统中的张紧器为对象，研究了张紧器的摆角－扭矩迟滞特性。利用双折线迟滞模型代替理想的干摩擦模型，并结合Masing模型，给出了张紧器摆角－扭矩关系的建模方法。运用参数分离识别技术识别迟滞模型中的参数，并将仿真结果与实测值进行对比。结果表明，计算值与实测值吻合，验证了张紧器模型和参数识别方法的正确性。关键词：迟滞特性模型；张紧器；参数识别；建模方法ModelingandIdentificationMeth

2、odofRotation-TorqueHystereticofTensionerLipingLi(SchoolofAutomotiveEngineering,GuangzhouCollegeofSouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510800)Abstract:Tensionerplaysakeyroleinfrontendaccessorydrivesystemduetoitspropertiesofmaintainingtensionandreducingt

3、ransversevibration.Takingatensionerasanexample,therotation-torquehystereticbehaviorisstudied.Amodelforcharacterizingtherotation-torquehystereticbehaviorisproposedbyusingbilinearmodelwhichdescribesthefrictionunitoftheMasingmodel.Identifyingtheparametersofthem

4、odelandthehysteresiscurveofrestoringtorque-angleisestimated.Theestimatedandexperimentalresultagreeswellwhichvalidatesthemodelandidentificationmethod.Keywords:Hystereticbehavior;Tensioner;Identificationmethod;Modelingmethod.71前言张紧器是汽车发动机前端附件驱动系统(EngineFrontEn

5、dAccessoryDrive，简称EFEAD)中关键的零部件，其结构如图1所示。它主要起维持皮带张力和衰减系统振动的作用，其性能的优劣直接关系到EFEAD系统性能的好坏。1-基座,2-阻尼元件,3-螺旋弹簧,4-张紧臂,5-张紧轮+轴承,6-防尘罩,7-螺栓图1张紧器的结构分解图华南理工大学广州学院重点学科项目，项目编码XZD13001由于张紧器中结构中的弹性元件和阻尼元件之间存在摩擦和挤压等力学现象，使得张紧器摆角－扭矩的关系宏观上呈现类似弹塑性材料的本构关系，即其摆角－扭矩特性存在迟滞现象[1]。这种性质

6、增加了张紧器建模及其动态响应预测的难度。Michon[1]等人指出可用描述迟滞系统随机相应的一阶微分方程模型来描述张紧器的迟滞特性，并通过实测对模型进行验证。但上述模型中弹性力和阻尼力的参数没有明确的物理意义，不利于辨析和进行理论分析。Bastien等[2-3]分别应用Masing模型和Dahl模型来表征张紧臂的摆角－扭矩迟滞特性，计算值与实测值均吻合较好。但模型中参数的识别方法较为复杂，且均用理想干摩擦模型来表征干摩擦，无法精确地表示出物体所受干摩擦的渐变性。本文利用双折线迟滞模型代替理想的干摩擦模型，并将模

7、型与Masing模型结合，给出张紧器扭矩－摆角关系的建模方法。利用参数分离识别技术识别Masing模型的参数，并重构张紧器扭矩－摆角关系，仿真值与实测值吻合良好，证明该建模方法以及参数识别方法的可行性和正确性。2张紧器迟滞特性力学模型2.1双折线迟滞干摩擦模型本文用双折线迟滞模型来描述Masing模型的干摩擦元件7，即该模型将干摩擦阻力看成一根弹簧和一个理想的干摩擦副串联，如图2（a）所示，能更好的表示干摩擦阻力的非线性性质。图2（b）中，xy为双折线迟滞模型的滑移极限；kb为0－a段的斜率，表征弹簧kb的刚度

8、，其大小为kb=Ft/xy；Ft为干摩擦力的大小，xm为B位移的幅值。由图2（b）可见，当B所受垂直向上的外力小于干摩擦阻力Ft时，A、B之间只发生弹性变形(沿o-a)，但是交界面A、C不发生滑移。在这种情况下，没有干摩擦阻力，振动系统可以视作线性系统。（a）双折线迟滞模型示意图（b）双折线迟滞模型力与位移关系图2双折线迟滞模型当B与C之间的变形产生足够大的弹簧力且超过Ft时，A、C之