شبیه‌سازی خودرو در MATLAB و Simulink؛ از ترمز تا قوای محرکه

برای مدل حرکت طولی، ابتدا محور مثبت را روی مسیر تعریف کنید. در شکل، خودرو رو به پایین شیب حرکت می‌کند؛ مؤلفه وزن به حرکت کمک می‌کند و نیروی ترمز در خلاف آن است. جرم، شیب، مقاومت غلتشی و مقاومت هوا همگی می‌توانند روی توقف اثر بگذارند. برای شروع، یک مدل ساده با فرض‌های مشخص کافی است. سپس هر مقاومت را جدا اضافه کنید تا اثر آن قابل‌ردیابی باشد. نمودار سرعت و مسافت را با هم ببینید؛ زمان توقف به‌تنهایی تمام رفتار خودرو را توضیح نمی‌دهد.

قوای محرکه برقی را می‌توان به مسیر انتقال انرژی از باتری تا چرخ تقسیم کرد. در شکل، مبدل، موتور و انتقال قدرت هرکدام نقشی جدا دارند. توان الکتریکی باتری را مستقیماً با گشتاور چرخ یکی نگیرید؛ تبدیل واحد و بازده اجزا بین آن‌ها قرار دارد. در ابتدا جهت توان و قرارداد علامت را مشخص کنید. برای بررسی حرکت، مدل موتور باید به بار مکانیکی مرتبط باشد و برای مصرف انرژی، توان را در طول زمان دنبال کنید.

مدل خنک‌کاری به شما کمک می‌کند مسیر خروج گرما را از مسیر انتقال توان مکانیکی جدا ببینید. سیال در حلقه شکل از بخش گرم عبور می‌کند و گرما را به مبدل حرارتی می‌برد. نرخ جریان، ظرفیت گرمایی سیال و اختلاف دما با هم روی گرمای منتقل‌شده اثر دارند. افزایش جریان همیشه تنها راه بهبود نیست؛ مقاومت حرارتی و شرایط محیط هم اهمیت دارند. ابتدا ورودی تولید گرما و نقاط اندازه‌گیری دما را مشخص کنید تا مقایسه دو حالت معنا داشته باشد.

شبیه‌سازی باید به یک پرسش مشخص پاسخ دهد: مصرف کمتر، پاسخ بهتر به تقاضای توان یا مقایسه دو معماری؟ در شکل، دو پروفایل سرعت ساختگی نشان می‌دهند که شرایط رانندگی یکسان نیست. سامانه‌ای که در حرکت یکنواخت مناسب است ممکن است در توقف‌وحرکت رفتار متفاوتی داشته باشد. برای مقایسه منصفانه، پروفایل ورودی، جرم، شرایط اولیه و معیار محاسبه انرژی را یکسان نگه دارید. سپس تفاوت انرژی مصرف‌شده و عملکرد را کنار فرض‌های مدل گزارش کنید.

مدل فیزیکی یا Plant همان بخشی است که رفتار اجزای خودرو را در برابر فرمان‌ها توصیف می‌کند. می‌توان از مدل‌های ساده مبتنی بر نگاشت یا مدل‌های فیزیکی با جزئیات بیشتر استفاده کرد. شکل، این دو سطح را برای مسیر توان کنار هم می‌گذارد. سطح جزئیات را با هدف انتخاب کنید: یک بررسی اولیه انرژی با مطالعه گذرای حرارتی نیاز یکسانی ندارد. زیرسیستم‌ها را جدا آزمایش کنید و قبل از اتصال، واحدها و محدوده ورودی و خروجی آن‌ها را هماهنگ کنید.

کنترلر مدیریت انرژی تصمیم می‌گیرد هر منبع چه سهمی از تقاضا را تأمین کند. این تصمیم می‌تواند به تقاضای توان، وضعیت شارژ و حالت فعلی سامانه وابسته باشد. شکل، سه حالت نمونه را برای فهم منطق نظارتی نشان می‌دهد و راهبرد واقعی خودرو نیست. منطق تغییر حالت را جدا از مدل موتور و باتری بررسی کنید. سپس ببینید آیا خروجی‌های کنترلر با محدودیت اجزا سازگارند و آیا تغییر سریع ورودی باعث رفت‌وبرگشت پی‌درپی حالت‌ها می‌شود.