从系列:改进赛车开发
克里斯托夫•哈恩MathWorks
Ed Marquez Brunal, MathWorks
Ed Marquez和Christoph Hahn强调了使用Powertrain Blockset™的好处。其中一些好处包括能够使用文档完备、开放和可重新配置的块来表示动力总成组件。此外,Powertrain Blockset允许基于用户数据的组件的非常详细的参数化,并支持从模型生成代码。万博1manbetx
使用Powertrain Blockset展示了三个演示模型:一个车辆动力学(滑翔机)代表,一个电池电动汽车,和一个内燃机汽车。模型的输入是一个公开可用的认证驱动周期(US06),用户可以选择他们希望从模型中获得的信息。在整个演示过程中,Ed和Christoph验证了车辆模型的速度输出与驾驶周期的速度输入相匹配,没有任何重大的遗漏。
来自此视频的主要外卖器是动力总成块集:
在上查找本集中使用的模型MATLAB中央文件交换.
嗨,大家好。您正在观看MATLAB Simulink Racing万博1manbetx Lounge,关于车辆建模的精彩系列的第二部分。我很高兴艾德还在船上。
嗨,ed。你好吗?
嗨,克里斯托夫。很好,你呢?
非常好。我期待着我们系列的第二部分。让我们立即搬到议程。
我们涵盖了最后一个视频,第一款。我们将在该视频中涵盖什么?我只是把它交给你。
太好了。正如你提到的,我们在第一集中用Simulink的基于问题的方法讲过。万博1manbetx今天,在这一集中,我们将要涵盖的是用动力总成模块建模车辆系统。这是一种数据驱动的方法,而不是基于等式的方法。
稍后,我们将讨论《Simscape》以及《Simscape Multibody》。
再一次,别担心。我们将向您展示很多模型,我们将把所有内容都放在文件交换上。因此,无需重建模型。我们将与您分享。我在那一点上的第二个评论是,动力传动系统区块集是Simulink的一个附加组件。Ed将触及这一点,因此它不是一个全新的工具。它只是Simulink的一个扩展。我认为Ed将向您展示什么是动力传动系统区块集,以及它可以为您做什么。万博1manbetx
绝对地正如你所说,所有的模型都会提供。所以坐下来,放松。我想在这里展示的是我与动力传动系统区块集结合在一起的其中一个模型,这就是我们在本课程结束时将得到的结果。
这是一个传统的汽车模型,它模拟了一辆装有内燃机的汽车。我想首先展示的一件事是,你可以从这些模型中获得一些信息。您实际上可以可视化发动机转速和发动机实际扭矩输出的地图。您可以更改这些参数和映射以适合您的自定义应用程序。
您还可以根据您拥有的任何数据,即使是质量流量以及发动机的扭矩和速度也可以获得很多信息。
听起来非常有趣。请耐心等待20到25分钟,我们将引导您完成在动力总成区块集中建立模型的过程。
我们将用Powertrain Blockset做一些软件演示,然后我们也将总结我们的要点。
听起来不错。
正如Christophe所提到的,动力总成区块集是Simulink功能的一个附加组件。它构建在Simulink之上,其优点是您可以将这两万博1manbetx个平台结合起来进行建模。
克里斯托夫,如果你看屏幕上的这个图,你会发现当你有很多数据时,动力总成模块是很棒的。因此,它可以用于数据驱动的建模,也可以用于分析,因为它可以提供相对高保真的结果。
同样,另一方面,它更像是一种基于等式的方法。我建议你在设计阶段,也就是刚开始的时候,更多地使用它。但要知道Simulink也可万博1manbetx以用于分析。如果你有一个非常高保真的模型,你已经在Simulink中建立了几个月和几年,你可以从中得到很好的分析结果。万博1manbetx
所以这两种方法的优点是,你可以把它们结合起来。
好的,我将从这张幻灯片中了解到Simulink是在设计的早期阶段开始的。万博1manbetx如果我有了方程,我就可以建立Simulink模型。万博1manbetx对于Powertrain Blockset,我需要更多的数据,这是为了分析我已经拥有的系统。但我一点也不担心,因为Powertrain Blockset是在Simulink之上的。万博1manbetx因此,即使在Powertrain Blockset中缺少一个组件,我们也可以将其设置为Simulink,并将这些工具结合使用。万博1manbetx很高兴听你这么说。
完全正确。太好了。Powertrain Blockset的一些优势——它是建立在Simulink之上的。万博1manbetx它提供了使用用户可能拥有的测试数据定制块的能力。你也可以用单个块来表示单个组件的操作。
所以之前,在Simulink万博1manbetx中,我们使用了一个由许多块组成的子系统。现在,您可以只使用一个块。同样,它也被支持——动力系统块集——用于自动代码生成。万博1manbetx
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现在,如果用户正在寻找记录良好、开放且可重新配置的车型,动力总成区块集是一个不错的选择。此外,如果用户可以访问大量测试数据,动力总成区块集是一个不错的选择。
最后,动力总成模块集还可以减少模型中的模块数量,同时保持一定的保真度。
我认为一个很好的例子是内燃机。如果你想要模拟整个热力学,机械性质,所有发生在那里的过程,你需要几十个Simulink模块。万博1manbetx我想说的是,在动力总成模块中,使用一个发动机模块,用可用的数据进行参数化,你就可以开始了。
正确的。好吧,所以关于我们必须记住的动力总成块的另一个重要方面是它提供了各种组件选项。我的意思是,例如,要代表引擎操作,可以从最基本的块类型开始。这些都称为映射块。所以你可以看到,他们通常使用查找表或地图。
但你也可以模拟引擎的细节和动力学,无论是压缩点燃还是火花点燃。在这个演示中,我们将坚持砖块的地图版本。但是你可以配置很多不同方面的引擎运行,比如空气质量流量的功率,燃油流量,温度,效率,甚至引擎的排放方面。
此外,对于传输,我们有多种选择。你可以有无级变速器,双离合变速器,或者在我们的模型中我们将使用的只是一个离散的手动变速器。
同样,在这个模型中,我使用状态流为传输创建了移位逻辑。这是一个可以添加到Simulink的工具箱。万博1manbetx另一个人们可能需要的信息是传输的位移图。因此,当确定油门踏板的位置时,变速器就会换挡。
因此,这些是我将在演示中接触的主要组件。但同样,我还有很多其他组件,比如车辆动力学、轮胎和传动系统,我想在这里的演示中介绍。
我们可以从简单的滑翔机开始。我们在这个系列的第一集看到了滑翔机。这里我们要做的是增加另一种程度的复杂性。我们可以在车辆动力学中增加车轮和刹车。我从车辆动力系统开始。
好的,所以从上一集中看到,我们看到车辆动态或滑翔机是通过做力的总和来表示的,许多不同的块。在这种情况下,所有这些都在车辆体块中总结。我触摸了这些块开放式的方面,也可以重新配置。我的意思是,你实际上可以探索这些块。
例如,如果你在Mask下,你可以定制这个block的一些方面,如果你真的想达到那个级别。
对,或者你从街区中受益。您信任该公司的Mathworks工程师和开发人员正确实施,您只需使用它。所以你有自由选择。
没错,所以在这方面有很大的自由度。再说一次,我在这里做的只是使用我拥有的一些参数。我自定义这些块,然后将它们插入到我的模型中。
美好的
这里有很多简化。只需一个块来表示车辆动力学。这里,我所做的是代表车辆的轮胎。所以前轮胎和后轮胎——这只是纵向动力学模型。
这很公平。你需要从某个点开始。正如我们在这里看到的,轮胎模型引用了魔术公式方法。
正确的。
所以它可以用不同的轮胎模型进行参数化。在这种情况下,我们选择了一个非常简单的方法——Pacejka Magic Formula。好消息是,我们已经开发了工具,您可以从轮胎测试数据获得魔术公式系数。
因此,我们参考了Calspan中的TTC。这是另一个软件,我们将在另一个视频和文件交换中与您共享。因此,这将允许您从轮胎测试数据中获得系数B、C、D和E。我想,一点一点地,我们真的在为你装备所有你需要的东西来建立一个汽车模型。
好的,我们覆盖车轮,车辆动力学,在这个子系统中我们只会看到一个驾驶员。我们用PID计算参考速度,车辆速度之间的误差,它输出我们想要的制动和实际扭矩命令。
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同样,如果我们运行这个模型,这是一个驱动循环,实际上大约是600秒。但是这个模型实际上可以在不到五秒钟的时间内运行。
大概四到五秒钟。
所以相对速度。并且您还可以通过将参考速度与您退出模型的速度进行比较来评估结果。在这里,我可以说我的模型实际上以足够的方式实现驱动周期。
绝对的。
另一件事要提醒团队或者用户是他们可以自定义这些模型,以便使用适合其需求的输入,无论是圈时间还是驱动周期。
完全正确。
好吧,如果我们换到下一款车型,我想展示一款电池电动汽车。那么,如何使用动力总成区块集对电动动力总成进行建模呢。我想从电机开始。因此,驾驶员实际上是在为电机提供油门踏板位置。
您可以看到,这比过去使用Simulink时更干净,块更少。我在这里要做的是,首先预先确定电机运行的转矩和负载。我通过油门踏板位置给出的驾驶员需求来调整,这是我的扭矩指令。万博1manbetx
所以这个电池电压是来自电池模型,来自电池组。这个马达的速度,是我用车速和马达速度之间的线性关系来计算的。所以我有所有这些输入。这个模块实际上给了我电池的负载,这个负载实际上是给电池系统的,还有电机的扭矩输出。
艾德,有个关于那个型号电池的小问题。你是在使用电池建模的方法,我们介绍了在第一个视频的系列,或者是动力总成块提供您的块电池这里。
这是一个很好的问题。我正在使用动力总成区块集提供的区块。因此,我将在几秒钟内深入了解该区块的细节。
因此,您可以将此电机参数化,使其能够以任何速度和扭矩工作。我的建议是,再次使用一些可以满足用户要求的默认值,然后根据您以后可能获得的测试数据对其进行参数化。
伟大的。
因此,如果我们转到这里的电池系统,这是工具箱提供的块。同样,来自电机子系统的负载电流,一个环境温度输入,我们得到电池的输出电压。
好的,在这里你可以明确地描述电池的效率,电池的数量或者电池的化学性质。在这种情况下,我决定改变串联单元和并联单元的数量,以满足此模型中的驱动周期。
很好。再说一次,后差速器是——在我们有一些公式来模拟传动系之前。现在,我们只有一个开放式差速器块。这样可以简化事情。我在这里担心的只是把齿轮比放在终传动中。这是唯一改变的。然后,从电机到实际dif的扭矩周向通过一个轴。
这个块,它的作用是模拟一个弹簧阻尼系统。就像轴或轴一样。然后是车轮和我们之前学过的车辆动态子系统。这些和之前的模型没有变化。这就是这些模型的优点之一。你可以建立复杂性。您可以从您的第一个模型开始,并向其中添加不同的组件。
太好了,那太好了。我们已经在运行那个模型了,还是想试一试?
让我们开始吧。同样,驱动周期约为600秒,但该型号运行相对较快。我想它运行不到五秒钟。
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就是这样。我们可以直观地检查高层次的结果。我到底能不能赶上我的自行车?在这种情况下,我们是。这些模型还可以为每一个部件提供更详细的信息——电池,电机,还有齿轮箱。
我只是对此发表评论。所以我们让模型运行,我们显示一个默认图。但是,您可以将范围附加到几乎任何信号中的模型 - 您可以监控电流,您可以监控力量,符合您的轴系统,以及有关电池的信息 - 所以您对一切都有洞察力。它基于Simulink,您可万博1manbetx以将信号保存到Matlab中的工作区。因此,这些型号非常可访问,超级易于使用。
好吧。我想展示的最后一个模型是传统的交通工具。那么我们如何建立内燃机模型呢?再一次,驱动子系统——我的驱动线并没有改变。我还有一个带车轴的后差速器,还有车轮和车辆动力。真正改变的是动力系统。产生飞行器推进力的不同部件。
因此,在此情况下,我有一个加速器踏板位置来自驱动器子系统到发动机。我这里有什么只是一个主要的块 - 映射的火花点火发动机。因此,我所做的就是根据发动机的特性从加速器踏板位置转换为扭矩命令。如果我打开这个街区,我可以自定义大量不同的东西。
因此,我对团队或用户的建议是开始使用默认值,对其进行描述,然后根据稍后可能获得的测试数据对组件进行参数化。
是的,我知道很多球队都可以进入Dyno。因此,这正是您在此处将所有输入数据进行参数化的位置。并在ED说,从默认值开始并在您离开时添加数据。
好的,如果我们继续讨论最后一个不同的部件,那就是变速器,这里我们有一个理想的固定齿轮变速器。所以我考虑了状态流的换档逻辑——这是一个不同的工具箱。然后我在这个车辆系统中没有离合器模型。所以我做的是实现了一些逻辑来模拟离合器因此,每当踩下制动器且没有扭矩输入时,变速箱和发动机就会解耦。
凉的
所以我向这个传输块提供这些输入。我可以从传输块中获取大量信息。此外,用于反馈的发动机速度。然后,我可以获得扭矩输出的速度输出。这是扭矩,扭转驱动线,差动和轮子。
凉的因此,唯一没有建模为实际组件的组件是离合器。所以你所做的是一个逻辑离合器,这是一个非常聪明的简化。这也是Simulink为您提供的自由--自行设置建模深度,如果您可以简单建模,则可以简单建模。万博1manbetx
当然,简单总是好的开始。有了这个块,你可以参数化很多不同的东西。例如,齿轮的数量和每个齿轮的比率,甚至效率。所以要靠用户来填补这些空白。
是的,对。这是关于阅读你们的传输数据表——你们心中的传输数据表。
当然。所以,如果我们运行这个模型,应该需要-,这个需要稍长一点,但仍然远远少于10秒。
很好,ed。嗯,这些演示一直令人印象深刻 - 具有不错的块数量的复杂性。我们可以试图总结当今剧集的关键外卖吗?
当然,让我们这样做。正如我们所提到的,动力传动系统组件是建立在Simulink上的,因此提供了很大的灵活性。这些模型是高度开放的,非常可配置的。有很多文档可用于说明其工作原理万博1manbetx,以及如何在必要时对其进行适当的修改。
此外,值得记住的是,Powertrain Blockset组件是数据驱动的。因此,您在这里的责任是将这些组件参数化为您所拥有的任何测试数据。有时,我认为一个推荐的工作流是从组件中已经提供的默认开始的,如果你不能访问其中的一些数据。
如我们所提到的,还有许多选择。例如,对于发动机选项,用于传输,以及甚至差异,以及车身和所有这些。因此,此工具提供了很多灵活性。我想要突出的最后一件事是,如果您稍后需要进行硬件测试或硬件部署,则支持电动局站。万博1manbetx
我认为这是对今天这一集的一个很好的总结。将会有更多的视频。所以下一个视频将是关于Simscape的。关键词是物理建模。所以实际建模物理组件。如果你觉得这对你来说很有趣,请继续关注。你能试着用一个短语总结下一集吗?我们将怎么做?
我们要做Simscape,物理建模。它可以很直观,也很有趣,所以请继续关注。
直观,完美。好的,非常感谢。
谢谢你,克利斯朵夫。
很高兴能和你一起录音。在本集的最后——你们已经习惯了——我们对你们的反馈非常感兴趣。如果你能给我们发邮件,或者在社交媒体上联系我们,比如Facebook,那就太好了。因为这是我们支持的基础。万博1manbetx你分享的问题越多,你分享的问题就越多,我们的支持就会越好。万博1manbetx所以请好好利用这个工具。
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谢谢收看。下次见。
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