Moottorin ja voimansiirron simulointi

[vgo]

Lähinnä se askarruttaa että miten saisin järkeviä arvoja ulos ja miten moottorin ja voimansiirron simulointi onnistuisi. Kun kerran autopelejä (varsinkin GT Legends) paljon pelailen ja työkseni teen tietokoneohjelmia ja vielä harrastan pelintekoa niin ajattelin tehdä pienen Bimmerisimulaattorin perustuen omaan E30-malliseen kulkuvälineeseen (ja mikä ettei muihinkin saman merkin kulkupeleihin, E31 seuraavaksi?).

Simuloitava auto:
- E30 325i -89
- M20B25 joka stroukattu 2.7 litraiseksi
- Getrag 260 vaihdelaatikko
- Perästä ei ole oikein tarkkaa tietoa, mutta oletetaan että se on vakiotavaraa (josta tuleekin ensimmäinen kysymykseni, mikä se on ja onko se tyypiltään limited slip differential?)
- Omapaino 1180kg

Moottorin teholukemat:
- Teho 205.4 hp / 6056 rpm
- Vääntö 272.1 Nm / 4506 rpm

Voimansiirron välitykset:
1...3,83
2...2,20
3...1,40
4...1,00
5...0,81
R...3,71
Perä...3,73
Ratio spread(?)...4,73

Simulaattorin puolella olen lähtenyt liikkeelle perusasioista:
- Kori (valitettavasti ei ulkonäkönsä puolesta mitään läheskään niin kaunista kuin E30! )
- Neljä pyörää joissa jouset ja iskunvaimentimet joilla ne kytkeytyvät koriin
- Etupyörät ohjaavat ja takapyörät vievät voiman tiehen
- Moottori joka tuottaa woimaa (Nm, perustuen vääntökäyrään joka on mitattu omasta autostani)
- Voimansiirto (vaihteisto/perä) joka vie voiman pyörille

Käyttämäni fysiikkakirjasto osaa hoitaa kitkan ym. laskennan pyörille ja jousituksellekin löytyi palikat (todennäköisesti joudun tämän tämän vielä tekemään itse, mutta käytetään tässä vaiheessa niitä apuja mitä valmiina löytyy). Itse joudun tässä vaiheessa laskemaan ilmanvastuksen ja miten paljon vääntöä menee vetäville pyörille ja muutenkin kasaamaan koko paketin yhteen, käyttämäni pelimoottorikin on omaa tekoa.

Sitten siihen simuloinnin käytännön puoleen. Tällä hetkellä auto on täysin ajettavissa, etupyörät kääntyvät, takapyörät vetävät, vaihteisto toimii jne. Ongelmana on se että vääntöä ei tunnu välittyvän tarpeeksi tapapyörille, lisäksi moottorijarrutus ei oikein toimi, lisäksi on vielä tehon ja väännön suhde.

Eli vääntö on se mitä moottori tuottaa ja teho lasketaan tehdystä työstä, eli vääntö kerrottuna ajalla. Tosin ainakaan tässä vaiheessa teholla ei ole hirveästi merkitystä varsinaisessa simuloinnisssa, tärkeintä on saada vetävät pyörät pyörimään oikeassa suhteessa moottorin kierroslukuun ja sen tuottamaan vääntöön.

Moottorin ja voimansiirron simuloinnin olen toteuttanut seuraavasti:
- Moottori tuottaa vääntöä annetun käyrän mukaan johon on tallennettu arvot 500rpm välein joista sitten lasketaan oikea arvo kullekin kierrosluvulle
- Moottorin tuottama vääntö viedään voimansiirtokomponentille joka siirtää väännön pyörille annettujen parametrien mukaan
- Fysiikkamoottori laittaa pyörät pyörimään ottaen huomioon kitkan ja "työntää" auton koria eteenpäin

Sitten vähän matematiikkaa:
- Pyörille menevän väännön lasken näin vääntö = moottorin_vääntö * (1 / vaihteiston_välitys) * perävälitys ja tästä sitten fysiikkamoottori laskee pyörimisnopeuden ottaen huomioon niiden säteen, kitkan jne.
- Vaihteita vaihtaessa sen vaikutuksen kierroslukuun lasken näin uusi_kierrosluku = uuden_vaihteen_välitys / nykyisen_vaihteen_välitys) * moottorin_kierrosluku
- Vaihteiston kierrosluvun muutan moottorin kierrosluvuksi näin: uusi_kierrosluku = pyörien_pyörimisnopeus * vaihteiston_välitys * 60 / (Pi * 2)

Näiden laskelmien perusteella saan seuraavat arvot kierrosluvulle/väännölle perän jälkeen:
Moottori...4506 rpm...272.1 Nm
1.vaihde...1176,50...71,04
2.vaihde...2048,18...123,68
3.vaihde...3218,57...194,36
4.vaihde...4506,00...272,10
5.vaihde...5562,96...335,93
perä...19025,33...1148,86 (5 vaihteen jälkeen laskettuna)

Luvut sinänsä vaikuttavat järkeviltä ja huippuvääntökin tulee oikein 1:1 välityksillä.

Eli perusjutut toimivat, mutta nyt sitten pitäisi pystyä simuloimaan vaihteiston tuottama vastus moottorille ja moottorijarrutus. Mitä näissä tilanteissa itseasiassa oikein tapahtuu?
1. Vaihteiston vastus pitäisi jotenkin laskea pyörien pyörimisnopeuden ja käytettävien välitysten mukaan?
2. Moottorijarrutuksessa moottori ei tuota vääntöä vetäville pyörille, vaan vastusta vaihteistolle toimien jarruna, miten tämän voisi laskea?

Ideoita, hyviä ehdotuksia ja tarkkaa tietoa kaipaisin.

Tiedä sitten onko tämä oikealla alueella, mutta tekniikasta kuitenkin on kyse. Moderaattorit siirtäkööt muulle alueelle jos siltä tuntuu.

[Tomppa111]

Lähinnä se askarruttaa että miten saisin järkeviä arvoja ulos ja miten moottorin ja voimansiirron simulointi onnistuisi. Kun kerran autopelejä (varsinkin GT Legends) paljon pelailen ja työkseni teen tietokoneohjelmia ja vielä harrastan pelintekoa niin ajattelin tehdä pienen Bimmerisimulaattorin perustuen omaan E30-malliseen kulkuvälineeseen (ja mikä ettei muihinkin saman merkin kulkupeleihin, E31 seuraavaksi?).

Simuloitava auto:
- E30 325i -89
- M20B25 joka stroukattu 2.7 litraiseksi
- Getrag 260 vaihdelaatikko
- Perästä ei ole oikein tarkkaa tietoa, mutta oletetaan että se on vakiotavaraa (josta tuleekin ensimmäinen kysymykseni, mikä se on ja onko se tyypiltään limited slip differential?)
- Omapaino 1180kg

Moottorin teholukemat:
- Teho 205.4 hp / 6056 rpm
- Vääntö 272.1 Nm / 4506 rpm

Voimansiirron välitykset:
1...3,83
2...2,20
3...1,40
4...1,00
5...0,81
R...3,71
Perä...3,73
Ratio spread(?)...4,73

Simulaattorin puolella olen lähtenyt liikkeelle perusasioista:
- Kori (valitettavasti ei ulkonäkönsä puolesta mitään läheskään niin kaunista kuin E30! )
- Neljä pyörää joissa jouset ja iskunvaimentimet joilla ne kytkeytyvät koriin
- Etupyörät ohjaavat ja takapyörät vievät voiman tiehen
- Moottori joka tuottaa woimaa (Nm, perustuen vääntökäyrään joka on mitattu omasta autostani)
- Voimansiirto (vaihteisto/perä) joka vie voiman pyörille

Käyttämäni fysiikkakirjasto osaa hoitaa kitkan ym. laskennan pyörille ja jousituksellekin löytyi palikat (todennäköisesti joudun tämän tämän vielä tekemään itse, mutta käytetään tässä vaiheessa niitä apuja mitä valmiina löytyy). Itse joudun tässä vaiheessa laskemaan ilmanvastuksen ja miten paljon vääntöä menee vetäville pyörille ja muutenkin kasaamaan koko paketin yhteen, käyttämäni pelimoottorikin on omaa tekoa.

Sitten siihen simuloinnin käytännön puoleen. Tällä hetkellä auto on täysin ajettavissa, etupyörät kääntyvät, takapyörät vetävät, vaihteisto toimii jne. Ongelmana on se että vääntöä ei tunnu välittyvän tarpeeksi tapapyörille, lisäksi moottorijarrutus ei oikein toimi, lisäksi on vielä tehon ja väännön suhde.

Eli vääntö on se mitä moottori tuottaa ja teho lasketaan tehdystä työstä, eli vääntö kerrottuna ajalla. Tosin ainakaan tässä vaiheessa teholla ei ole hirveästi merkitystä varsinaisessa simuloinnisssa, tärkeintä on saada vetävät pyörät pyörimään oikeassa suhteessa moottorin kierroslukuun ja sen tuottamaan vääntöön.

Moottorin ja voimansiirron simuloinnin olen toteuttanut seuraavasti:
- Moottori tuottaa vääntöä annetun käyrän mukaan johon on tallennettu arvot 500rpm välein joista sitten lasketaan oikea arvo kullekin kierrosluvulle
- Moottorin tuottama vääntö viedään voimansiirtokomponentille joka siirtää väännön pyörille annettujen parametrien mukaan
- Fysiikkamoottori laittaa pyörät pyörimään ottaen huomioon kitkan ja "työntää" auton koria eteenpäin

Sitten vähän matematiikkaa:
- Pyörille menevän väännön lasken näin vääntö = moottorin_vääntö * (1 / vaihteiston_välitys) * perävälitys ja tästä sitten fysiikkamoottori laskee pyörimisnopeuden ottaen huomioon niiden säteen, kitkan jne.
- Vaihteita vaihtaessa sen vaikutuksen kierroslukuun lasken näin uusi_kierrosluku = uuden_vaihteen_välitys / nykyisen_vaihteen_välitys) * moottorin_kierrosluku
- Vaihteiston kierrosluvun muutan moottorin kierrosluvuksi näin: uusi_kierrosluku = pyörien_pyörimisnopeus * vaihteiston_välitys * 60 / (Pi * 2)

Näiden laskelmien perusteella saan seuraavat arvot kierrosluvulle/väännölle perän jälkeen:
Moottori...4506 rpm...272.1 Nm
1.vaihde...1176,50...71,04
2.vaihde...2048,18...123,68
3.vaihde...3218,57...194,36
4.vaihde...4506,00...272,10
5.vaihde...5562,96...335,93
perä...19025,33...1148,86 (5 vaihteen jälkeen laskettuna)

Luvut sinänsä vaikuttavat järkeviltä ja huippuvääntökin tulee oikein 1:1 välityksillä.

Eli perusjutut toimivat, mutta nyt sitten pitäisi pystyä simuloimaan vaihteiston tuottama vastus moottorille ja moottorijarrutus. Mitä näissä tilanteissa itseasiassa oikein tapahtuu?
1. Vaihteiston vastus pitäisi jotenkin laskea pyörien pyörimisnopeuden ja käytettävien välitysten mukaan?
2. Moottorijarrutuksessa moottori ei tuota vääntöä vetäville pyörille, vaan vastusta vaihteistolle toimien jarruna, miten tämän voisi laskea?

Ideoita, hyviä ehdotuksia ja tarkkaa tietoa kaipaisin.

Tiedä sitten onko tämä oikealla alueella, mutta tekniikasta kuitenkin on kyse. Moderaattorit siirtäkööt muulle alueelle jos siltä tuntuu.

Tämä on mielenkiintoinen aihe. Onko sulla vääntömomentti mitattuna pyöristä vai kampiakselin päästä ? Ja onko mitattu eri kaasupolkimen asennoissa ? Jos maksimivääntö niin sun malli oletaa, että kaasu on pohjassa. Jos vääntö mitattu pyöriltä niin se on jo huomioinut vaihteiston vastuksen. Vaihteiston vastus on suurimmaksi osaksi hitaudesta aiheutuvaa ja se on hankala määrittää muutoin kuin purkamalla loota osiksi. Moottorijarrutuksessa taas moottorin hitausmomenti jarruttaa sekä se, että moottori yrittää imeä ilmaa sulkeutuneiden kaasuläppien läpi. Molemmat aika hankalia määrittää. Tässä varmaan kannattaisi yrittää arvioida ja sitten verrata tuloksia, mutta miten ?

[vgo]

Mulla on tuossa dynolapuilla molemmat, pyöriltä ja kampiakselilta, sitä en sitten tiedä että miten nuo on mitattu. Varmaan kaasu pohjassa?

Meni näköjään jo nuo laputkin sekaisin kun noita arvoja tänne syötin, tuli teho ja vääntö eri lapuilta, onneksi niissä ei ollut isoa eroa.

Eli, tässä tehot uudelleen:

#             Teho     Vääntö
Kampiakseli   204,40   272,10
Pyörät        159,70   212,60
Hävikki        44,70    59,50
Hävikki %      21,87    21,87

Todella ärsyttävää ettei foorumisofta näytä tuntevan lainkaan taulukoita, melkoinen kikkailu saada nuo luvut tasan... :(

En ole itseasiassa tuota hävikkiä aikaisemmin laskenut, mutta mallissani oletin että se on luokkaa 30%, eli täytyy sitä hiukan korjata, mutta onneksi parempaan suuntaan.

Miten kaasun asento vaikuttaa moottorin toimintaan, muutenkin kuin että miten nopeasti kierrokset nousevat ja sitä kautta moottorin tuottama vääntö kasvaa?

Voisiko vaihteiston vastuksen laskea tuon tehohävikin perusteella? Entä moottorin hitausmomentin? Voisi tietysti kokeilla heittää jotain arvoja tuohon malliin ja katsoa mitä tapahtuu, itse asiassa sitä juuri nyt olen tehnytkin, mutta aika laihoin tuloksin... Pitäisi jonkinlaista perustaa saada käytettäville arvoille ettei ihan mutulla vaan pelata... Asiaa ei tietysti yhtään helpota meikäläisen tietojen ja taitojen vähyys autojen tekniikassa ja matematiikassa.

Näyttäisi siltä että pitäisi auton kanssa käydä dynossa ja kokeilla erilaisia kaasupolkimen asentoja jne. Vai löytyisikö joltain tarkempia dynokäppyröitä? En ole itse auton tehoja koskaan mittauttanut...

[Jochen]

Erittäin mielenkiintoinen aihe! Olen itsekin tälläisiä pohtinut ja vähän koodannut pari vuotta sitten. Ilmoittele jos tarvitset beta testaajia

Miten kaasun asento vaikuttaa moottorin toimintaan, muutenkin kuin että miten nopeasti kierrokset nousevat ja sitä kautta moottorin tuottama vääntö kasvaa?

Voisiko vaihteiston vastuksen laskea tuon tehohävikin perusteella? Entä moottorin hitausmomentin? Voisi tietysti kokeilla heittää jotain arvoja tuohon malliin ja katsoa mitä tapahtuu, itse asiassa sitä juuri nyt olen tehnytkin, mutta aika laihoin tuloksin... Pitäisi jonkinlaista perustaa saada käytettäville arvoille ettei ihan mutulla vaan pelata... Asiaa ei tietysti yhtään helpota meikäläisen tietojen ja taitojen vähyys autojen tekniikassa ja matematiikassa.

Näyttäisi siltä että pitäisi auton kanssa käydä dynossa ja kokeilla erilaisia kaasupolkimen asentoja jne. Vai löytyisikö joltain tarkempia dynokäppyröitä? En ole itse auton tehoja koskaan mittauttanut...

Luulisin että menee niinpäin että moottori tuottaa vääntöä joka sitten niitä kierroksia nostaa? Kaasupoljin sitten säätää kuinka paljon moottori tuottaa vääntöä.

Kannattaisi ehkä jakaa moottori, vaihdelaatikko, akselit, perä ja renkaat erillisiksi komponenteiksi joilla on omat ominaisuutensa kuten vääntömomentin muuttaminen ja hitausmomentti. Esimerkiksi jos pidät kytkintä pohjassa ja pistät lämän tiskiin voit unohtaa vaihteiston, perän jne hitausmomentit.

Käy kyselemässä lisää täällä: http://forum.racesimcentral.com/forumdisplay.php?f=77

[vgo]

Erittäin mielenkiintoinen aihe! Olen itsekin tälläisiä pohtinut ja vähän koodannut pari vuotta sitten. Ilmoittele jos tarvitset beta testaajia

Kyllä mä varmaan jossain vaiheessa tänne linkkiä laitan että saavat foorumilaiset ihmetellä.
Mutta en varmaan ennenkuin saan voimansiirron toimimaan edes "sinnepäin"...

Luulisin että menee niinpäin että moottori tuottaa vääntöä joka sitten niitä kierroksia nostaa? Kaasupoljin sitten säätää kuinka paljon moottori tuottaa vääntöä.

Hmm... Eikös se tosiaan noin päin mene... Nyt minä vien vääntöä moottorista vaihteistoa pitkin perään ja pyörille, pitäisi varmaan viedä molemmat ja sitten niistä laskea lopullinen pyörien pyörimisnopeus ja tietysti saman toisinpäin...

Kannattaisi ehkä jakaa moottori, vaihdelaatikko, akselit, perä ja renkaat erillisiksi komponenteiksi joilla on omat ominaisuutensa kuten vääntömomentin muuttaminen ja hitausmomentti. Esimerkiksi jos pidät kytkintä pohjassa ja pistät lämän tiskiin voit unohtaa vaihteiston, perän jne hitausmomentit.

Näinhän mulla suunnilleen jo onkin, perä ja vaihdelaatikko samassa, mutta kun kunnon perän teen niin sen on pakko olla oma komponenttinsa myös. Kytkimen muuten sijoitin alunperin loogisesti voimansiirron puolelle, mutta siirrän sen nyt kyllä moottorin puolelle. Nuo komponentit ajattelin uudelleenjärjestellä siten että kullakin on input/output väylät ja komponenteista muodostuu ketju, jonka "kulkusuunnan" sitten vaihdan sen mukaan että onko kaasu pohjassa/neutraali/moottorijarrutus.

Moottori<->Vaihteisto<->Perä<->Pyörät erikseen, eli tavara tulee toisesta päästä sisään ja toisesta ulos, kulkusuunta vaan välillä muuttuu.

Mikä muuten mahtaa olla hitausmomentin oikea englanninkielinen termi?

Käy kyselemässä lisää täällä: http://forum.racesimcentral.com/forumdisplay.php?f=77

RSC on tuttu paikka ja siellä postailen silloin tällöin ja tuota nimenomaista foorumiakin jo selailin, kovin paljon siellä ei vaan voimansiirtoasiaa ollut. Täytyy jossain vaiheessa sielläkin kysellä tyhmiä.

[MarttiKK]

Loistava hanke.

Vähän off-topiccia. Autopelejä on tullut harrastettua jo ViC-20/C-64 ajoista lähtien (REVS rules), mutta viime vuosina ei ole vaan löytynyt aikaa pelailuihin. Osa syynä on ollut pelien luokattomuus, mutta poikkeuksiakin on ollut. GT Legends on hyvä poikkeus, mutta sitäkin vaivaa ajettavuuteen liittyvät ongelmat. Ajotuntuma vastaa siinäkin pelissä lähinnä jäärata-ajoa eli autot vaan luistavat mutkissa. Näinhän se radallakin periaatteessa menee, mutta pidon ja luiston raja pitäisi olla selvempi.

Ajoin pitkästä aikaa GT:tä, kun joku oli väsännyt Ahveniston siihen. Tuli taas mieleen tuo posketon luistelu ja homma jäi siihen. Autot luistelee samaan malliin kuin Richard Burns rallyssa, jossa muuten on loistava ajotuntuma mm. pidon ja luiston selvät rajat. Mielestäni tärkeintä (ja vaikeinta) on juurikin ajotuntuman mallintaminen, muut seikat ovat toissijaisia.

Mille alustalle tämä simulaattori tulee?

[vgo]

Ajoin pitkästä aikaa GT:tä, kun joku oli väsännyt Ahveniston siihen. Tuli taas mieleen tuo posketon luistelu ja homma jäi siihen. Autot luistelee samaan malliin kuin Richard Burns rallyssa, jossa muuten on loistava ajotuntuma mm. pidon ja luiston selvät rajat. Mielestäni tärkeintä (ja vaikeinta) on juurikin ajotuntuman mallintaminen, muut seikat ovat toissijaisia.

Iso vaikutus ajotuntumaan on myös käytettävällä PC-raudalla ja varsinkin ohjaimilla. Kun ostin Logitechin G25 ratin niin ajaminen sai aivan uusia ulottuvuuksia, tuntuma autoon on paljon parempi. Oma osansa on tietysti auton säädöilläkin...

Mille alustalle tämä simulaattori tulee?

Periaatteessa Windows, Linux, MacOS X, mutta käytännössä tällä hetkellä toimii vain Windowsissa kun ei ole edes noita kahta muuta käyttistä käytettävissä että voisi testata...

Sitten simulointiasiaa...

Laitoin moottorin simuloinnin kokonaan uusiksi ja se tuntuu paljon paremmalta. Aikaisemmin moottorin kierrokset oli se muuttuva tekijä jonka perusteella otettiin käyristä teho ja vääntö, mutta nyt otetaan taulukosta vääntö sen mukaan mikä on kaasupolkimen asento ja tämä sitten nostaa kierroksia joista lasketaan teho. Itseasiassa lisäsin vielä yhden välivaiheen, eli kaasupolkimen asento EI ole sama asia kuin kaasun asento, vaan mulla on välissä arvo joka voisi kuvata kaasuttimen läppää/kaasuvivustoa tms.

Eli moottorin ominaisuuksia simuloidaan seuraavasti:
- Kaasupolkimen asento muuttuu kaasuläppä = kaasuläppä + (100 * vivuston_viive) * kulunut_aika
- Vääntö haetaan interpoloimalla vääntökäyrän arvojen väliltä kaasuläpän asennon mukaan (käytönnössä otetaan ensin kierrosluku jonka avulla voidaan sitten laskea vääntö, tämä siksi että tallennetut vääntöarvot ovat nimenomaan käyränä, kun taas kierrosluku on lineaarinen välillä 0 - maks.)
- Kierrokset uusi_kierrosluku = nykyinen_kierrosluku + ((moottorin_vääntö * kulunut_aika) * 60)
- Teho lasketaan näin teho_kw = vääntö_nm * nykyinen_kierrosluku / 9549
- Kun kierrosluku kasvaa yli annetun maksimin tulee kuvioihin mukaan kierrosrajoitin joka pienentää kaasuläpän asentoarvoa vivuston viiveen mukaan
- Kierrokset eivät nouse 100% tasaisesti vaan niissä on hiukan vaihtelua, mielestäni tämä on realistisempi kuin että jos moottori esim. tyhjäkäynnillä aina pyörisi sen tasan 700 kierrosta minuutissa

Näillä eväillä moottorin tuntuma on paljon parempi ja pienen testailun jälkeen vääntö/rpm ja teho/rpm pitävät aika hyvin paikkaansa. Teho on hiukan suurempi kuin mitä se on oikeasti, eli pitäisi vielä lisätä jonkinlainen vastus moottorille jota vastaan vääntö joutuu työskentelemään.

Tämän moottorin simulointiosioon laitan jossain vaiheessa linkkiä, kun/jos viitsin/ehdin tehdä vähän paremman käyttöliittymän jolla voi syöttää vääntökäppyrät ohjelmaan sisään ja katsoa että millaisia teholukemia se heittää ruudulle.