Dotychczasowe wpisy opisywały mocno uproszczony model fizyczny pojazdu, jednak można na niego spojrzeć znacznie szerzej, podwyższając tym samym dokładność obliczeń. Uproszczony model symulatora już powstał na potrzeby mojej poprzedniej strony, jednak jego obsługa była dość skomplikowana, a dokładność ograniczona ze względu na brak uwzględniania charakterystyki silnika. Problemy te naprawiłem, budując symulator od zera.

Symulator został podzielony na dwie części – część przed i po zmianach. Aby uzyskać wyniki symulacji po wprowadzeniu zmian z dość dużą dokładnością, należy dobrać wszystkie parametry dla obecnej konfiguracji samochodu tak, aby wyniki symulacji pokrywały się ze stanem faktycznym. Niestety nie wszystkie parametry są znane, dlatego niektóre z nich należy dobrać doświadczalnie, odpowiednio zwiększając lub zmniejszając ich wartości dopasowując obliczone osiągi samochodu do rzeczywistych wartości. Są to głównie pole powierzchni czołowej samochodu, współczynnik ugięcia opon i sprawność układu przeniesienia napędu.

Pobierz arkusz kalkulacyjny:
Symulator osiągów samochodu v3.1
hasło: michna.me

Dane – symulator osiągów samochodu

Obsługa

Przeprowadzanie symulacji należy rozpocząć od wprowadzenia wszystkich znanych danych w części „przed zmianami” arkusza „Dane” (zdjęcie powyżej). Znaczenie niektórych parametrów oraz zalecane wartości przedstawione zostały na drugiej stronie wpisu oraz w komentarzach, bezpośrednio w arkuszu kalkulacyjnym.

Aby uzyskać zadowalający poziom dokładności konieczne jest znalezienie charakterystyki silnika. Można ją znaleźć na forach dotyczących danego modelu lub po prostu wpisując w wyszukiwarkę nazwę modelu lub oznaczenie silnika wraz z mocą, dopisując na końcu „dyno”. Jeśli znaleziona charakterystyka nie jest zbyt dokładna lub aby przyśpieszyć wprowadzanie danych można zmniejszyć rozdzielczość wprowadzanej charakterystyki – dla wartości pośrednich moment obrotowy zostanie oszacowany z wykorzystaniem równania liniowego. Dla niewykorzystywanego zakresu charakterystyki (w większości przypadków poniżej parametru wprowadzanego w „Ruszanie z obrotów”) można podać dowolne wartości, ponieważ zakres ten i tak nie będzie wykorzystywany podczas pracy.

Po wprowadzeniu tych danych należy zajrzeć do wyników symulacji i przystąpić do szacowania takich parametrów jak pole powierzchni czołowej, ugięcie opon i sprawność układu przeniesienia napędu. Warto wybrać kilka znanych punktów i modyfikując wspomniane parametry obserwować odległość wartości tych punktów od wartości rzeczywistej. Te punkty wyznaczyć można z wykorzystaniem filmu przedstawiającego przyśpieszanie badanego samochodu, zwłaszcza w górnym zakresie prędkości – czasy przy jakich przekracza on dane prędkości powinny mniej więcej pokrywać się z wynikami symulacji (w moim przypadku różnica wynosi ok. 2 sekund, ale czas do 100 km/h na filmach również jest o 2 sekundy krótszy od deklarowanego przez producenta).

Po osiągnięciu zadowalającego poziomu dokładności należy przepisać wprowadzone parametry do części „po zmianach” modyfikując wybrane wartości. W im większej ilości punktów wyniki symulacji pokrywają się z rzeczywistością, tym większa jest jej dokładność.

Wyniki symulacji obejrzeć można w arkuszu „Wyniki”, w którym to w części „Doładowanie przed skrzynią biegów” oraz „Doładowanie za skrzynią biegów” można zasymulować dodatkową siłę działającą na wał korbowy (np. instalacja Nitro) lub działającą bezpośrednio na koła (np. dodatkowy silnik elektryczny zasilający nienapędzane przez silnik koła). W części „Siła docisku aerodynamicznego” można zasymulować wpływ docisku na przyczepność warunkującą drogę hamowania i maksymalne przyśpieszenie.

Turbo, źródło: joinfo.ua

Zasada działania

Symulator działa w dziedzinie czasu – na początku definiuje się rozdzielczość symulacji (domyślnie ustawiona jest 0,1 s). Prędkość początkowa równa jest 0 i dla niej przeprowadzane są stosowne obliczenia, a są to:

• Siła na kołach obliczana z promienia kół, przełożenia układu przeniesienia napędu oraz dostępnego momentu obrotowego przy danych obrotach silnika. Jeśli obroty silnika wynikające z przełożenia są mniejsze od obrotów podanych w parametrze „Ruszanie z obrotów”, to przyjmowane są obroty właśnie z tego parametru.
• Siła oporów ruchu, czyli siła oporu aerodynamicznego, siła oporu toczenia i siła oporów wzniesienia

Te dwie siły są od siebie odejmowane, czego wynikiem jest siła wypadkowa. Siła wypadkowa podzielona przez masę samochodu określa przyśpieszenie, za pomocą którego obliczany jest przyrost prędkości i drogi samochodu. Dla nowej prędkości cały cykl jest powtarzany.

Dodatkowo szacowana jest ilość paliwa niezbędnego do osiągnięcia danej prędkości. Do jej obliczenia wykorzystywana jest zadeklarowana maksymalna sprawność silnika która założyłem, że osiągana jest w punkcie maksymalnego momentu obrotowego. Dla mniejszych wartości momentu obrotowego sprawność jest proporcjonalna do stosunku tego momentu do momentu maksymalnego.

Obliczana jest także droga hamowania z danej prędkości z uwzględnieniem czasu reakcji kierowcy oraz siły docisku aerodynamicznego.

W symulacji znaleźć można również niezbędną moc silnika do utrzymania stałej prędkości – warto zobaczyć jak niewielka moc jest potrzebna do podróżowania z codziennymi prędkościami.

Wyniki

Jak już wspominałem niezmiernie ważne jest poprawne oszacowanie nieznanych parametrów. Poniższa tabela przedstawia porównanie osiągów katalogowych z osiągami z symulatora dla mojego samochodu:

Jak widać różnice są bardzo niewielkie, a i sam pomiar rzeczywistych osiągów nie jest tak precyzyjny i powtarzalny. Zatem można zaakceptować takie ustawienia samochodu i sprawdzić wpływ poszczególnych parametrów na masę samochodu. Proponuję poeksperymentować, zmieniając masę samochodu, wielkość kół, przełożenia skrzyni biegów, charakterystykę silnika oraz obroty z których się rusza i przy których zmienia się biegi. Przykładowo ujmując 100 kg mógłbym osiągnąć 100 km/h po 8,5 s i być wtedy 8,11 m dalej, 400 metrów pokonać 0,5 s szybciej, a prędkość maksymalną osiągać 6,5 s wcześniej. A co gdybym dołożył kompresor zwiększający moment obrotowy w każdym punkcie o 20%?

Lista zmian