Longitudinal Vehicle

Абстрактное транспортное средство с идеальными тормозами и шинами.

Тип: Engee1DMechanical.Vehicles.Longitudinal

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Tires & Vehicles/Longitudinal Vehicle

Описание

Блок Longitudinal Vehicle представляет собой абстрактное транспортное средство, ограниченное продольным движением. Можно параметризовать произвольное транспортное средство или выбрать предварительно определенные параметризации. Блок включает опциональные нескользящие шины и идеальные тормоза.

Этот блок можно использовать как более простую альтернативу блоку Vehicle Body. Блок Longitudinal Vehicle требует меньше информации для параметризации и больше подходит для ранней стадии проектирования.

В уравнениях блока используются следующие переменные:

— параметр Vehicle mass.
— продольная скорость на выходном порту VehSpd.
— сумма продольных сил.
— радиус шины, эквивалентный параметру Tire rolling radius.
, и — движущая сила транспортного средства, тормозная сила и сила сопротивления движению транспортного средства соответственно. В уравнении баланса сил и противодействуют движению транспортного средства.
— крутящий момент на оси.
— входная тормозная сила, поступающая через порт Brake.
— скорость вращения оси.
— произвольная константа, регулирующая диапазон скоростей, в котором блок подавляет силу .
— сопротивление качению шины.
— сила сопротивления воздуха.
— угол уклона дороги, поступающий через порт Angle, NG или PG.
— произвольная константа, регулирующая диапазон скоростей, в котором блок подавляет силы и .

Параметризация

Для всех настроек параметра Parameterization type блок рассчитывает уравнения скорости продольного транспортного средства как

где

Блок считает направление движения положительным в уравнении баланса сил. Блок решает это уравнение, используя следующие подстановки:

Вы можете установить для параметра Parameterization type значение Road-load или Regular parameter set, чтобы моделировать произвольное транспортное средство. Также можно выбрать одну из трех предварительно определенных параметризаций, задающихся значениями Typical small car, Typical medium-sized car и Typical large sports utility vehicle.

Стандартный набор параметров

Если для параметра Parameterization type установлено значение Regular parameter set, можно указать параметры Tire rolling coefficient, Air drag coefficient и Vehicle frontal area, которые блок преобразует в коэффициенты сопротивления движению.

Блок вычисляет сопротивление качению шины как

где — параметр Tire rolling coefficient.

Блок вычисляет сопротивление воздуха как

где — параметр Air drag coefficient, — параметр Vehicle frontal area в м², а — плотность сухого воздуха. Блок предполагает, что кг/м³ при давлении 1 атмосфера.

Сопротивление движению

Если установить для параметра Parameterization type значение Road-load, блок использует стандартную модель сопротивления движению и вычисляет основные физические зависимости по формуле

где , и — коэффициенты сопротивления движению.

Каждый коэффициент сопротивления движению соответствует своим единицам измерения . Стандартных единиц для этих коэффициентов нет, однако в некоторых текстах могут использоваться определенные единицы. Выберите правильные единицы измерения при параметризации этих коэффициентов.

Блок использует эти коэффициенты для вычисления величин в основных физических зависимостях, как

Здесь — скорость ветра, поступающая через порт Wind.

Предварительно определенные параметризации

Для параметра Parameterization type можно установить три предопределенных значения: Typical small car, Typical medium-sized car и Typical large sports utility vehicle. Значения соответствуют средним показателям по отрасли, а не конкретным транспортным средствам. Вы можете начать с одного из данных предопределенных значений, а затем скорректировать их, установив для параметра Parameterization type значение Road-load или Regular parameter set и используя соответствующую информацию из таблиц.

`Regular parameter set`
Parameterization type	Vehicle mass	Tire rolling radius	Tire rolling coefficient	Air drag coefficient	Vehicle frontal area
`Typical small car`	`1100` кг	`0.3` м	`0.013`	`0.3`	`0.91.651.45 = 2.153` м²
`Typical medium-sized car`	`1800` кг	`0.3` м	`0.0136`	`0.31`	`0.91.751.5 = 2.36` м²
`Typical large sports utility vehicle`	`2600` кг	`0.4` м	`0.014`	`0.36`	`0.91.881.85 = 3.13` м²

Обратите внимание, что каждая предварительно определенная параметризация предполагает для метода сопротивления движению.

`Road-load`
Parameterization type	A	B	C
`Typical small car`	`140.3` Н	`0` Н/(м/с)	`0.3824` Н·с²/м²
`Typical medium-sized car`	`240.1` Н	`0` Н/(м/с)	`0.4336` Н·с²/м²
`Typical large sports utility vehicle`	`357.1` Н	`0` Н/(м/с)	`0.6671` Н·с²/м²

Уравнение для параметра Vehicle frontal area соответствует коэффициенту 0.9, умноженному на произведение ширины и высоты транспортного средства.

Порты

Ненаправленные

# Axle — вращение колеса
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с соединением оси со ступицей колеса. Подсоедините этот порт к системе передач, например, к редуктору.

Имя для программного использования

axle_flange

Вход

# Brake — продольная тормозная сила, Н
скаляр

Details

Входной порт физического сигнала, связанный с тормозами. Порт тормоза игнорирует отрицательные значения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show brake force inport.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# Wind — продольная скорость ветра, м/с
скаляр

Details

Входной порт физического сигнала, связанный с продольной скоростью ветра. Это значение представляет собой продольную составляющую скорости ветра, где положительные значения соответствуют встречному ветру, а отрицательные — попутному.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show wind speed inport.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# PG — процентный уклон дороги, безразмерный
скаляр

Details

Входной порт физического сигнала, связанный с процентным уклоном дороги. Процентный уклон дороги, равный 100, эквивалентен углу рад.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show road slope inport, а для параметра Slope input type установите значение Percent grade.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# NG — нормализованный уклон дороги, безразмерный
скаляр

Details

Входной порт физического сигнала, связанный с нормализованным уклоном дороги. Нормализованный уклон дороги, равный 1, эквивалентен углу рад.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show road slope inport, а для параметра Slope input type установите значение Normalized grade.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# Angle — уклон дороги, рад
скаляр

Details

Входной порт физического сигнала, связанный с уклоном дороги, в рад. Это значение представляет собой угол наклона дороги относительно горизонтальной поверхности при 0 и 100% уклоне при .

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show road slope inport, а для параметра Slope input type установите значение Incline angle.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Выход

# VehSpd — скорость транспортного средства, м/с
скаляр

Details

Выходной порт физического сигнала, связанный с продольной скоростью транспортного средства.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# G — продольная перегрузка G, безразмерная
скаляр

Details

Выходной порт физического сигнала, связанный с отношением продольного ускорения транспортного средства к ускорению свободного падения .

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок рядом с параметром Show G outport.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Характеристики ТС

# Parameterization type — выбор параметризации транспортного средства
Road-load | Regular parameter set | Typical small car | Typical medium-sized car | Typical large sports utility vehicle

Details

Возможность параметризации транспортного средства. Вы можете параметризовать произвольное транспортное средство, выбрав значение Regular parameter set или Road-load, или выбрать одну из трех типичных спецификаций кузова транспортного средства. Подробнее см. в разделе Параметризация.

Значения	`Road-load` \| `Regular parameter set` \| `Typical small car` \| `Typical medium-sized car` \| `Typical large sports utility vehicle`
Значение по умолчанию	`Regular parameter set`
Имя для программного использования	`parameterization`
Вычисляемый	Да

# Vehicle mass — инерционная масса
g | t | kg | mg | oz | lbm | slug

Details

Эффективная масса транспортного средства.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Regular parameter set или Road-load.

Единицы измерения	`g` \| `t` \| `kg` \| `mg` \| `oz` \| `lbm` \| `slug`
Значение по умолчанию	`1200.0 kg`
Имя для программного использования	`m`
Вычисляемый	Да

# Tire rolling radius — радиус качения шины
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Расстояние от центра колеса до внешней поверхности шины с учетом силы тяжести транспортного средства.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Regular parameter set или Road-load.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.3 m`
Имя для программного использования	`tire_radius`
Вычисляемый	Да

# Tire rolling coefficient — коэффициент качения шины

Details

Безразмерный коэффициент сопротивления качению шины. Блок использует это значение для расчета по формуле . Здесь переменная представляет данный параметр.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Regular parameter set.

Значение по умолчанию	`0.0136`
Имя для программного использования	`rolling_resistance_coefficient`
Вычисляемый	Да

# Air drag coefficient — коэффициент аэродинамического сопротивления транспортного средства

Details

Безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивления транспортного средства. Блок использует это значение для вычисления по формуле , где представляет данный параметр.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Regular parameter set.

Значение по умолчанию	`0.31`
Имя для программного использования	`C_d`
Вычисляемый	Да

# Vehicle frontal area — площадь лобовой поверхности
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Эффективная площадь поверхности транспортного средства, подверженная сопротивлению воздуха. Для определения этого значения на начальном этапе проектирования можно использовать эвристическую формулу с низкой точностью: .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Regular parameter set.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`2.3 m^2`
Имя для программного использования	`midsection_area`
Вычисляемый	Да

# Gravitational acceleration — ускорение свободного падения
gee | m/s^2 | cm/s^2 | ft/s^2 | in/s^2 | km/s^2 | mi/s^2 | mm/s^2

Details

Гравитационная постоянная, действующая на массу транспортного средства с учетом вращения кузова. Здесь вес транспортного средства равен массе транспортного средства, умноженной на ускорение свободного падения. Блок применяет этот вес к шине для расчета сопротивления качению. Блок также использует это значение для определения коэффициента перегрузки, если рядом с параметром Show G outport установлен флажок.

Единицы измерения	`gee` \| `m/s^2` \| `cm/s^2` \| `ft/s^2` \| `in/s^2` \| `km/s^2` \| `mi/s^2` \| `mm/s^2`
Значение по умолчанию	`9.81 m/s^2`
Имя для программного использования	`g`
Вычисляемый	Да

# Road-load coefficient A — коэффициент
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Road-load.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`120.0 N`
Имя для программного использования	`coefficient_A_road_load`
Вычисляемый	Да

# Road-load coefficient B — коэффициент
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Road-load.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`1.8 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`coefficient_B_road_load`
Вычисляемый	Да

# Road-load coefficient C — коэффициент
N/(m/s)^2

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization type значение Road-load.

Единицы измерения	`N/(m/s)^2`
Значение по умолчанию	`0.389 N/(m/s)^2`
Имя для программного использования	`coefficient_C_road_load`
Вычисляемый	Да

Моделирование

# Vehicle speed threshold — порог скорости до начала движения транспортного средства
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Минимальная скорость, при которой блок моделирует движение транспортного средства. Ниже абсолютного значения данного порогового значения блок плавно переходит в нулевое состояние.

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`0.3 m/s`
Имя для программного использования	`v_threshold`
Вычисляемый	Да

# Axle speed threshold — порог скорости для начала вращения оси
rpm | deg/s | rad/s

Details

Минимальная скорость вращения, при которой блок моделирует вращение оси. Ниже абсолютного значения данного порогового значения блок плавно переходит в нулевое состояние.

Единицы измерения	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
Значение по умолчанию	`0.01 rad/s`
Имя для программного использования	`w_threshold`
Вычисляемый	Да

# Show brake force inport — порт идеального тормоза

Details

Возможность отображения порта Brake.

Значение по умолчанию	`true (включено)`
Имя для программного использования	`enable_brake_force`
Вычисляемый	Да

# Show road slope inport — порт уклона дороги

Details

Возможность включить порт для ввода данных, связанных с уклоном дороги. Если установить флажок рядом с данным параметром, то активируется параметр Slope input type.

Значение по умолчанию	`true (включено)`
Имя для программного использования	`enable_road_slope`
Вычисляемый	Да

# Slope input type — тип измерения уклона
Percent grade | Normalized grade | Incline angle

Details

Возможность ввести значение уклона дороги. Варианты подразумевают следующие определения:

Percent grade — блок использует процентную шкалу уклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а 100 эквивалентно уклону .
Normalized grade — блок использует нормализованную шкалу уклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а 1 эквивалентно уклону .
Incline angle — блок использует угол наклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а pi/4 эквивалентно уклону .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок рядом с параметром Show road slope inport.

Значения	`Percent grade` \| `Normalized grade` \| `Incline angle`
Значение по умолчанию	`Percent grade`
Имя для программного использования	`road_slope_input_type`
Вычисляемый	Да

# Show wind speed inport — порт ветра

Details

Возможность отображения порта Wind.

Значение по умолчанию	`true (включено)`
Имя для программного использования	`enable_wind_speed`
Вычисляемый	Да

# Show G outport — выходной порт коэффициента перегрузки

Details

Возможность отображения порта G. Запись значения ускорения силы тяжести как кратного параметру Gravitational acceleration.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_overload_output`
Вычисляемый	Да

Литература

Eriksson, Lars, and Lars Nielsen. Modeling and Control of Engines and Drivelines: Eriksson/Modeling and Control of Engines and Drivelines. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2014. https://doi.org/10.1002/9781118536186.
Heywood, John B. Internal Combustion Engine Fundamentals. Second edition. New York: McGraw-Hill Education, 2018.
Society of Automotive Engineers: Light Duty Vehicle Performance and Economy Measure Committee. Chassis Dynamometer Simulation of Road Load Using Coastdown Techniques. SAE J2264 SAE International. 2014. https://doi.org/10.4271/J2264_201401.
Society of Automotive Engineers: Light Duty Vehicle Performance and Economy Measure Committee. Road Load Measurement and Dynamometer Simulation Using Coastdown Techniques. SAE J1263 SAE International. 2010. https://doi.org/10.4271/J1263_201003.