Моделирование движения электромобиля

В данном примере будет продемонстрировано моделирование движения электромобиля.

Движение электромобиля и его инерционность описываются блоком Электромобиль. На левый порт этого блока приходит результирующее усилие от двух пар колёс, соединённых с редукторами и электродвигателями, преобразующими и создающими крутящий момент. На правый порт подаётся сила сопротивления воздуха, описываемая одноименной подсистемой.

Основные параметры модели:

Название блока	Основной параметр
Автомобиль	Масса 1000 кг
Батарея	Напряжение 680 В
Электродвигатели	Постоянная крутящего момента 4 Нм/А
Колёса	Радиус 0,32 м
Редукторы	Передаточное отношение 0,8
Коэффициент сопротивления воздуха	0.5

Схема модели:

Определение функции для загрузки и запуска модели:

function start_model_engee()
    try
        engee.close("electro_car", force=true) # закрытие модели 
        catch err # в случае, если нет модели, которую нужно закрыть и engee.close() не выполняется, то будет выполнена её загрузка после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/electro_car.engee") # загрузка модели
        end;

    try
        engee.run(m) # запуск модели
        catch err # в случае, если модель не загружена и engee.run() не выполняется, то будут выполнены две нижние строки после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/electro_car.engee") # загрузка модели
            engee.run(m) # запуск модели
        end
end

start_model_engee (generic function with 1 method)

Запуск симуляции

try
    start_model_engee() # запуск симуляции с помощью специальной функции, реализованной выше
    catch err
    end;

Запись из simout в переменные сигналов скорости, момента и сил:

t = simout["electro_car/Скорость в км/ч"].time[:] # время
T = simout["electro_car/Крутящий момент электродвигателя"].value[:] # крутящий момент электродвигателя
speed = simout["electro_car/Скорость в км/ч"].value[:] # скорость автомобиля
forces_left = simout["electro_car/Сила со стороны трансмиссии"].value[:] # силы, 
forces_right = simout["electro_car/Сила сопротивления воздуха"].value[:]
w = simout["electro_car/Частота вращения электродвигателя"].value[:];

using Plots

Визуализация результатов моделирования

plot(t, forces_left, label="Усилие от трансмиссии, Н", linewidth=2)
plot!(t, forces_right, label="Сопротивление воздуха, Н", linewidth=2)
plot!(t, (forces_left+forces_right), label="Сумма сил, Н", linewidth=2)

Проанализировав кривую "Сумма сил" можно заметить, что она становится равной нулю, посколько силы, действующие на электромобиль, уравновешиваются. Движение становится равномерным, с постоянной скоростью.

plot(t, T, label="Крутящий момент электродвигателя, Н*м", linewidth=2)
plot!(t, (w * 9.55), label="Частота вращения электродвигателя, об/мин", linewidth=2)
plot!(t, (T .* w ./1000), label="Мощность электродвигателя, кВт", linewidth=2)

По мере разгона автомобиля уменьшается крутящий момент и увеличивается скорость вращения электродвигателя. Механическая мощность, производимая этим электродвигателем, возрастает, поскольку растёт и сила сопротивления воздуха, в зависимости от скорости.

plot(t, speed, label="Скорость, км/ч", linewidth=2)

Определение функции для вычисления времени разгона до 100 км/ч и её применение к данным о скорости электромобиля:

function acceleration_time(speeds, t)
    # Находим индекс первого элемента, превышающего 100 км/ч
    index = findfirst(x -> x > 100, speeds)

    # Если индекс найден, возвращаем соответствующее время
    if index != nothing
        return println("Время разгона до 100 км/ч: ", t[index], " с")
    else
        return println("Автомобиль не разогрался до 100 км/ч, максимальная скорость: ", maximum(speed), " км/ч")
    end
end

acceleration_time(speed, t)
println("Максимальная скорость: ", maximum(speed), " км/ч")

Время разгона до 100 км/ч: 8.83 с
Максимальная скорость: 154.8599905585448 км/ч

Вывод:

В данном примере продемонстрировано моделирование движения электромобиля. Он совершает разгон до некоторой установившейся скорости, ускоряться дальше ему не позволяет сила сопротивления воздуха. Были вычислены: время разгона до 100 км/ч и максимальная скорость электромобиля.