Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science Studierichting Autotechniek Casus Voertuigdynamica

Transcriptie

1 Hogeschool Rotterdam Instituut voor Engineering and Applied Science Studierichting Autotechniek Casus Voertuigdynamica Auteur: Versie april 2015 In ontwikkeling voor AUT06, gereed 2015, Hogeschool Rotterdam Alle rechten voorbehouden. Niets van deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de Hogeschool Rotterdam Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 1/11

2 Inhoudsopgave 1 INLEIDING WERKWIJZE OPDRACHTEN OPDRACHT 1: HET SPECIFICEREN VAN DE AUTO Opdracht 1a: Kiezen voertuig en samenstellen teams Opdracht 1a: Parameters van het voertuig Opdracht 1c: Parameters van de band-wegdekinteractie Opdracht 1d: Bandmodel in Simulink OPDRACHT 2: HET BEREKENEN VAN DE VOERTUIG DYNAMISCHE KENTALLEN Opdracht 2a: Stationair gedrag Opdracht 2b: Dynamisch gedrag in model Matlab OPDRACHT 3: CONVERSIE NAAR EV MET BEHULP VAN DE ELECTRIC VEHICLE PACKAGING TOOL Handleiding toepassing VD model (EVPT) Toepassing EVPT (specifiek model zonder correctie) OPDRACHT 4: SIMULATIE VAN ZIJWINDPULS Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 2/11

3 1 Inleiding De casus heeft betrekking op een zelfgekozen, maar bestaande, personenauto. We doorlopen met deze auto een aantal stappen: 1. Het specificeren van de auto a. Massa, traagheidsmoment, wielophanging en banden 2. Het berekenen van de voertuig dynamische kentallen a. Stationair gedrag b. Dynamisch gedrag 3. Conversie naar EV met behulp van de Electric Vehicle Packaging tool 4. Onderzoek naar de aerodynamische effecten op de voertuigdynamica Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 3/11

4 2 Werkwijze De opdrachten worden voor een deel in de les gerealiseerd en ingeleverd in het verslag. Overzicht opdrachten (CONCEPT, module in ontwikkeling) 1. Het specificeren van de auto a. Massa, traagheidsmoment, wielophanging en banden Opdrachten in les Berekening wiellasten, statisch Berekening wiellasten, stationair lateraal Berekening wiellasten, stationair longitudinaal Berekening wiellasten, stationair combined Berekenen slipsnelheden Herleiden kracht uit slipsnelheden Opdrachten in casus Opstellen parameterlijst, body Opstellen parameterlijst, wielophanging Opstellen parameterlijst, banden Samenstellen MF model lateraal Fy 2. Het berekenen van de voertuig dynamische kentallen a. Stationair gedrag Opdrachten in les Opdrachten in casus Berekening delta ackerman Berekening slipsnelheden lateraal, lineair Toepassing in stationair model excel model Toepassing in stationair model matlab, stationaire bocht Van lineair model naar niet-lineair model, Toepassing in stationair model matlab, effecten benoemen stationaire bocht Toepassing effecten aandrijven en remmen power off/on, remmen in de bocht b. Dynamisch gedrag Opdrachten in les Interpreteren overdrachtsfunctie Demping, gedempte en ongedempte Opdrachten in casus Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 4/11

5 eigenfrequentie, tijdconstante als functie van de snelheid Berekenen effect massa Berekenen effect Cv Berekenen effect Ca Simuleren effect jz en m op step steer 3. Conversie naar EV met behulp van de Electric Vehicle Packaging tool Opdrachten in les geen Opdrachten in casus Toepassen EVPT 4. Onderzoek naar de aerodynamische effecten op de voertuigdynamica Opdrachten in les volgt Opdrachten in casus Simulatie van zijwindpuls Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 5/11

6 3 Opdrachten 3.1 Opdracht 1: Het specificeren van de auto Opdracht 1a: Kiezen voertuig en samenstellen teams Opdracht: Stel een teams samen van 2-3 personen. Kies per team een bestaand conventioneel aangedreven (verbrandingsmotor) voertuig met twee assen en 4 wielen (personenauto, sportwagen, racewagen of bus). Verzamel specificaties: afmetingen, massa's Opdracht 1a: Parameters van het voertuig Benoem de parameters van de body/algemeen voertuig die bepalend zijn voor de voertuigdynamica (onderstaand als voorbeeld de Ecologic) Roeland Hogt Klas: nvt Voertuigspecificaties case study Toelichting Omschrijving Stadsauto, 2 volwassenen + 2 kinderen Stadsauto, gezinswagen, MPV, SUV, Coupé, race wagen, bus, vrwachtwagen etc.. Omschrijving toepassing voertuig Auto voor de niche markt, voorloper van de Smart/new Mini/New Beetle klasse. Voor wie, marktdefinitie, concurrenten (vergelijkbare voertuigen) (Code)naam Ecologic Bedenk maar wat moois voertuig Afmetingen Lengte Breedte Hoogte Wielbasis voertuig 2,790 1,580 1,400 2,000 in [m] resp. [m 2 ] Wieldiameter voor Wieldiameter achter 0,5 0,5 Frontaal oppervlakte Cx 1,9.. Massa s Voertuig zonder motor en aandrijflijn Massa [kg] 500 positie x [m] 0,9 positie y [m] 0 positie z [m] 0,5 x: t.o.v. centrum vooras y-positie: 0 z-positie: vanaf de weg Motor en Massa [kg] Geschatte waarde! aandrijflijn 175 Bestuurder Massa [kg] positie positie y [m] positie z [m] idem x [m] ,5 Passagiers en Massa [kg] positie positie y [m] positie z [m] idem bagage x [m] 200 1,4 0 0,7 Prestaties Snelheden, Maximum snelheid :... m/s Kruissnelheid:... Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 6/11

7 3.1.3 Opdracht 1c: Parameters van de band-wegdekinteractie Benoem de parameters van de band-wegdekinteractie voertuig die bepalend zijn voor de voertuigdynamica Opdracht 1d: Bandmodel in Simulink Stel op basis van de vergelijking in de presentatie en de reader paragraaf 3.6 een simulinkmodel samen van de Magic Formula voor het pure laterale gedrag. Initialiseer de parameters in een M-file. Maak het model zodanig dat je dit als blok in een voertuigmodel kan opnemen. Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 7/11

8 3.2 Opdracht 2: Het berekenen van de voertuig dynamische kentallen Opdracht 2a: Stationair gedrag Opdracht 2a_1: Toepassing in stationair model Excel Voer de parameters van je voertuig in in het Excel model. Bepaal de effecten van de verandering van de spoorstijfheid van de vooras (80%, 100%, 120%) Bepaal de effecten van de verandering van de wielbasis (80%, 100%, 120%) Beoordeel dit aan de hand van de volgende kentallen: karakteristieke snelheid, stuurgradiënt en grafieken (voertuigsliphoek als functie van de dwarsversnelling) Bij welke waarde van de spoorstijfheid van de vooras wordt bij een wielbasis van 100% het voertuig neutraal sturend (EG=0)? Opdracht 2a_2: Toepassing in stationair model Matlab Voer dezelfde parameters in in het Matlab model. Voer de berekening uit bij een snelheid van 0 en 40 km/uur en bepaal de stuur gradiënt Opdracht 2b: Dynamisch gedrag in model Matlab Ga uit van de voertuigparameters in het Matlab model, opdracht 2a_2. Kies het simulatiemodel op basis van de evenwichtsvergelijkingen, dus met het Magic Formula bandmodel uit opdracht 1b. Simuleren het effect van Jz en m op een step steer test. Bepaal de effecten van de verandering van Jz (80%, 100%, 120%) Bepaal de effecten van de verandering van m (80%, 100%, 120%) Voer de berekening uit bij een snelheid van 80 km/u voor een stuurhoek overeenkomstig een dwarsversnelling van 4 m/s 2 en twee keer deze stuurhoek overeenkomstig met een dwarsversnelling van 7-8 m/s 2 Beoordeel dit aan de hand van de volgende kentallen: Overshoot op gierhoeksnelheid, Tijd tot maximum gierhoeksnelheid. Verzamel de grafieken in het tijdsdomein en plaats deze ook in je rapport. Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 8/11

9 3.3 Opdracht 3: Conversie naar EV met behulp van de Electric Vehicle Packaging tool Handleiding toepassing VD model (EVPT) Het model en alle bijbehorende files werken in dezelfde directory, bijvoorbeeld met de naam VD_model. Doorloop de volgde stappen: 1. Verzamelen gegevens van het voertuig Hierbij volstaan de specificaties op de reguliere autotest sites zoals autoweek.nl 2. Maak een voertuigspecifiek simulatiemapje aan VD_model_naam_voertuig Bijvoorbeeld VD_model_Ecologic 3. Invoeren gegevens in excel invoer file VD_model_input.xls Zie paragraaf 4.6, voer de gegevens in in tab model_vtg_init: a. Wel invullen: cellen blauw gemarkeerd b. Niet invullen: cellen geel gemarkeerd c. Eventueel invullen: cellen groen gemarkeerd Een belangrijke parameter is de vx_ch. Hiermee wordt de snelheid aangegeven waarbij de stuurgevoeligheid maximaal is. Een goede richtwaarde is de kruissnelheid. Het model stelt met deze parameter de Cfy op de vooras vast. De vermenigvuldigingsfactor wordt opgeslagen in de logfile 4. Controleren gegevens in de excel invoer file a. Tab bandmodel: i. Cfx/Fz en Cfy/Fz moeten dalen met toenemende Fz ii. Cfy als functie van Fz is minder lineair dan Cfx als functie van Fz iii. Fxlock/Fz en Fymax/Fz moeten dalen met toenemende Fz 5. Exporteren gegevens excel invoer file naar text-document VD_model_input.txt a. Ga naar tab b. Selecteer cel A1:G73 c. Geef Ctrl-C d. Open file VD_model_input.txt e. Markeer de bestaande inhoud f. Geef Ctrl-V g. Ga naar achter het laatste positie van de laatste gevulde regel staan. Haal met <del> de karakters weg die voorbij deze laatste positie staan. h. Sla het text document op. 6. Eventueel, vervangen decimaal scheidingstekens bij VD_model_input.txt Matlab hanteert een punt als decimaal scheidingsteken. De Nederlandse versie van excel hanteert hiervoor een komma. Met een replace voor de hele textfile kan dit scheidingsteken eventueel omgezet worden. 7. Plaatsen text-document VD_model_input.txt in werkdirectory Matlab 8. Runnen simulatie a. Start matlab b. Geef de directory waar de m-files staan op als werkdirectory c. Geef in het commandwindow het commando VD_model Het programma moet nu automatisch alle simulaties doorlopen. 9. Plaatsen text-document VD_model_resdata.txt en VD_model_logdata.txt en VD_model_vch.txt in het simulatiemapje Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 9/11

10 10. Controleer de inhoud van de factor_cfa_v De verwachting is dat de vermenigvuldigingsfactor het bereik van 0,7-0,9 ligt. 11. Open de excel sheet VD_model_resultaat 12. Open in excel VD_model_resdata.txt en VD_model_logdata.txt (vervang eventueel de decimaal scheidingstekens) 13. Kopieer in excel a. VD_model_logdata.txt naar cel D11:FP162 b. VD_model_output.txt naar cel FR11 HY Bekijk en interpreteer de resultaten Toepassing EVPT (specifiek model zonder correctie) Stel de parameters samen van je voertuig en vul hiermee de VD_model_input file. Voer deze in in de EVPT. Laat het model runnen (zie vorige paragraaf) en voer de resultaten in in de excel file. Benoem voor de gewenste actieradius 3 plaatsingsmogelijkheden voor de batterijen en selecteer hiervoor de configuraties die dit het best benaderen. Lees hiervoor voor de onbeladen en de beladen configuraties de volgende kentallen uit: EG vch tmax_phidot overshoot Vergelijk deze met de waarde voor het niet-geconventeerde voertuig (dus met verbrandingsmotor). Kies op basis hiervan de meest geschikt configuratie en licht je antwoord toe. TIP: gebruik de tab waarin al grafieken gemaakt zijn en wijzig de celverwijzingen naar de tab met de samengestelde resultaten. Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 10/11

11 3.4 Opdracht 4: Simulatie van zijwindpuls Breid het simulink model met de bewegingsvergelijkingen uit met een zijwindpuls. Kies voor τ 30 en e voertuigsnelheid 80 km/u. Onderzoek het effect op de zijwindgevoeligheid van variatie op Cv en Ca, (80%, 100%, 120%) weergegeven door de gierhoeksnelheid als functie van de tijd. Studierichting Autotechniek, Casus Voertuigdynamica 11/11