Продольная динамика транспортного средства

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 Продольная динамика транспортного средства 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 Транспортное средство. Блок Продольная динамика транспортного средства требует меньше информации для параметризации и больше подходит для ранней стадии проектирования.

В уравнениях блока используются следующие переменные:

— параметр Масса транспортного средства.
— продольная скорость на выходном порту VehSpd.
— сумма продольных сил.
— радиус шины, эквивалентный параметру Радиус качения шин.
, 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 Способ параметризации 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 Способ параметризации значение Нагрузка на дорогу или Типичный набор параметров, чтобы моделировать произвольное транспортное средство. Также можно выбрать одну из трех предварительно определенных параметризаций, задающихся значениями Типичный малолитражный автомобиль, Типичный среднеразмерный автомобиль и Типичный внедорожный автомобиль (SUV).

Стандартный набор параметров

Если для параметра Способ параметризации установлено значение Типичный набор параметров, можно указать параметры Коэффициент сопротивления качению шины, Коэффициент сопротивления воздуха и Фронтальная площадь ТС, которые блок преобразует в коэффициенты сопротивления движению.

Блок вычисляет сопротивление качению шины как

где — параметр Коэффициент сопротивления качению шины.

Блок вычисляет сопротивление воздуха как

где — параметр Коэффициент сопротивления воздуха, — параметр Фронтальная площадь ТС в м², а — плотность сухого воздуха. Блок предполагает, что кг/м³ при давлении 1 атмосфера.

Сопротивление движению

Если установить для параметра Способ параметризации значение Нагрузка на дорогу, 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 Способ параметризации можно установить три предопределенных значения: Типичный малолитражный автомобиль, Типичный среднеразмерный автомобиль и Типичный внедорожный автомобиль (SUV). 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 Способ параметризации значение Нагрузка на дорогу или Типичный набор параметров и используя соответствующую информацию из таблиц.

`Типичный набор параметров`
Способ параметризации	Масса транспортного средства	Радиус качения шин	Коэффициент сопротивления качению шины	Коэффициент сопротивления воздуха	Фронтальная площадь ТС
`Типичный малолитражный автомобиль`	`1100` кг	`0.3` м	`0.013`	`0.3`	`0.91.651.45 = 2.153` м²
`Типичный среднеразмерный автомобиль`	`1800` кг	`0.3` м	`0.0136`	`0.31`	`0.91.751.5 = 2.36` м²
`Типичный внедорожный автомобиль (SUV)`	`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.

`Нагрузка на дорогу`
Способ параметризации	A	B	C
`Типичный малолитражный автомобиль`	`140.3` Н	`0` Н/(м/с)	`0.3824` Н·с²/м²
`Типичный среднеразмерный автомобиль`	`240.1` Н	`0` Н/(м/с)	`0.4336` Н·с²/м²
`Типичный внедорожный автомобиль (SUV)`	`357.1` Н	`0` Н/(м/с)	`0.6671` Н·с²/м²

Уравнение для параметра Фронтальная площадь ТС 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 Отображать порт тормозного усилия.

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 Отображать порт скорости ветра.

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 Отображать порт уклона дороги, а для параметра Параметризация угла наклона установите значение Угол наклона в процентах.

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

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

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 Отображать порт G.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Характеристики ТС

# Способ параметризации — выбор параметризации транспортного средства
Нагрузка на дорогу | Типичный набор параметров | Типичный малолитражный автомобиль | Типичный среднеразмерный автомобиль | Типичный внедорожный автомобиль (SUV)

Details

Возможность параметризации транспортного средства. Вы можете параметризовать произвольное транспортное средство, выбрав значение Типичный набор параметров или Нагрузка на дорогу, 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

# Масса транспортного средства — инерционная масса
g | t | kg | mg | oz | lbm | slug

Details

Эффективная масса транспортного средства.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение Типичный набор параметров или Нагрузка на дорогу.

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

# Радиус качения шин — 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

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

# Коэффициент сопротивления качению шины — 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 Способ параметризации значение Типичный набор параметров.

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

# Коэффициент сопротивления воздуха — 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

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

# Фронтальная площадь ТС — 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

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

# Ускорение свободного падения — 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 Отображать порт G 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

# Коэффициент А — коэффициент
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации значение Нагрузка на дорогу.

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

# Коэффициент В — коэффициент
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

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

# Коэффициент С — коэффициент
N/(m/s)^2

Details

Коэффициент сопротивления движению .

Зависимости

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

# Пороговая скорость автомобиля — 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

# Пороговая скорость оси — 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

# Отображать порт тормозного усилия — порт идеального тормоза

Details

Возможность отображения порта Brake.

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

# Отображать порт уклона дороги — порт уклона дороги

Details

Возможность включить порт для ввода данных, связанных с уклоном дороги. Если установить флажок рядом с данным параметром, то активируется параметр Параметризация угла наклона.

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

# Параметризация угла наклона — тип измерения уклона
Угол наклона в процентах | Нормализованный угол наклона | Уол наклона

Details

Возможность ввести значение уклона дороги. Варианты подразумевают следующие определения:

Угол наклона в процентах — блок использует процентную шкалу уклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а 100 эквивалентно уклону .
Нормализованный угол наклона — блок использует нормализованную шкалу уклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а 1 эквивалентно уклону .
Уол наклона — блок использует угол наклона, где 0 соответствует ровной поверхности, а pi/4 эквивалентно уклону .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок рядом с параметром Отображать порт уклона дороги.

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

# Отображать порт скорости ветра — порт ветра

Details

Возможность отображения порта Wind.

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

# Отображать порт G — выходной порт коэффициента перегрузки

Details

Возможность отображения порта G. Запись значения ускорения силы тяжести как кратного параметру Ускорение свободного падения.

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.