Dinamica autovehiculelor

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC

CATEDRA DE AUTOVEHICULE I MOTOARE

Ing. Dinu COVACIU

SOLUII N STUDIUL PERFORMANELOR DINAMICE I N TRAFIC ALE AUTOVEHICULELOR PRIN INTEGRAREA

APLICAIILOR CAD/PLM I GPS

SOLUTIONS ON THE STUDY OF DYNAMIC AND IN-TRAFFIC BEHAVIOUR OF AUTOMOTIVE VEHICLES

THROUGH CAD/PLM AND GPS INTEGRATION

Rezumatul tezei de doctorat

Abstract of Ph.D. Thesis

Conductor tiinific Prof.dr.ing. Vasile CMPIAN

2010

MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETARII, TINERETULUI I SPORTULUI UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV

BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525 RECTORAT

___________________________________________________________________

Ctre ...................................................................................................... V aducem la cunotin c n ziua de vineri, 08.10.2010, ora 11:00, n sala NP.7, corp N, la FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC, va avea loc susinerea public a tezei de doctorat intitulat: SOLUII N STUDIUL PERFORMANELOR DINAMICE I N TRAFIC ALE AUTOVEHICULELOR PRIN INTEGRAREA APLICAIILOR CAD/PLM I GPS, elaborat de domnul ing. COVACIU P. Dinu n vederea obinerii titlului tiinific de DOCTOR, n domeniul fundamental TIINE INGINERETI, domeniul INGINERIE MECANIC. Comisia de doctorat are urmtoarea componen:

PREEDINTE: - Prof. univ. dr. ing. Anghel CHIRU DECAN - Fac. de Inginerie Mecanic Universitatea Transilvania din Braov

CONDUCTOR TIINIFIC:

- Prof. univ. dr. ing. Vasile CMPIAN Universitatea Transilvania din Braov

REFERENI: - Prof. univ. dr. ing. Ion TABACU Universitatea din Piteti

- Prof. univ. dr. ing. Nicolae FILIP Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

- Prof. univ. dr. ing. Ion PREDA Universitatea Transilvania din Braov

n acest scop v trimitem alturat rezumatul tezei de doctorat i v invitm s luai parte la susinerea public a tezei de doctorat. Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm s le transmitei pe adresa Facultii de Inginerie Mecanic, str. Politehnicii nr. 1, tel/fax: 0268 474761, sau pe adresa de email [email protected].

Soluii n studiul performanelor dinamice i n trafic ale autovehiculelor prin integrarea aplicaiilor CAD/PLM i GPS - Rezumatul tezei de doctorat

1

CUPRINS

Introducere .......................................................................................................................3 1. Modaliti de studiu al performanelor dinamice i n trafic ale autovehiculului .................................................................................................................7

1.1. Performanele dinamice ale autovehiculelor.....................................................................7 1.1.1. Rezistenele la naintarea autovehiculului ...............................................................7 1.1.2. Ecuaia general de micare a autovehiculelor........................................................8 1.1.3. Performane de traciune i demarare ......................................................................9 1.1.4. Performane de frnare ..........................................................................................10

1.2. Evaluarea comportamentului autovehiculului n trafic...................................................11 1.2.1. Fluxuri rutiere........................................................................................................11 1.2.2. Deplasarea vehiculului singular ............................................................................12 1.2.3. Deplasarea fluxului de vehicule ............................................................................13

1.3. Cicluri de deplasare.........................................................................................................13 1.3.1. Ciclul de deplasare european.................................................................................14 1.3.2. Alte cicluri de deplasare n mediu urban i extra-urban........................................14

1.4. Formularea obiectivelor tezei .........................................................................................16 2. Tehnologii moderne utilizate n analiza performanelor autovehiculului ...........17

2.1. Proiectarea asistat de calculator ....................................................................................17 2.1.1. Sistem CAD Soluie PLM ..................................................................................17 2.1.2. Integrarea CAD-PLM............................................................................................19 2.1.3. Utilizarea programelor CAD la prelucrarea datelor ..............................................21

2.2. Sistemul de poziionare global ......................................................................................23 2.2.1. GPS - Generaliti..................................................................................................23 2.2.2. Recepia semnalului GPS ......................................................................................24 2.2.3. Preluarea datelor de la receptoarele GPS. Secvene NMEA .................................25

2.3. Transformarea coordonatelor geografice........................................................................26 3. Echipamente de msurare, tehnici de achiziie i prelucrare a datelor ...............27

3.1. Aparatura utilizat pentru colectarea datelor ..................................................................27 3.1.1. Dispozitive GPS utilizate ......................................................................................27 3.1.2. Alte dispozitive utilizate pentru achiziia de date .................................................29 3.1.3. Erori i precizie de msurare la utilizarea dispozitivelor GPS..............................31 3.1.4. Autovehicule utilizate la colectarea datelor ..........................................................33

3.2. Metode de colectare i prelucrare a datelor ....................................................................34 3.2.1. Metoda vehiculului martor ....................................................................................34 3.2.2. Metode de colectare i analiz a datelor n vederea stabilirii unor cicluri de deplasare de referin .........................................................................................................34 3.2.3. Algoritm pentru evaluarea cinematicii din date GPS............................................35 3.2.4. Determinarea parametrilor dinamici prin rulare liber..........................................36

4. Soluii pentru studiul comportamentului autovehiculelor ....................................38 4.1. Sistem propriu de achiziie a datelor prin GPS...............................................................38

4.1.1. Echipamentul DS-5 - hardware .............................................................................38 4.1.2. Programul DS-5 software ...................................................................................39 4.1.3. Comparaie ntre receptoarele GPS utilizate .........................................................40

4.2. Aplicaie software CAD pentru prelucrarea datelor GPS...............................................40


2

4.2.1. Descrierea programului......................................................................................... 40 4.2.2. Utilizarea programului AutoLisp (diGPS)............................................................ 41

4.3. Soluie de integrare CAD/PLM folosind protocolul WebDAV ..................................... 43 4.3.1. Implementarea protocolului WebDAV................................................................. 44 4.3.2. Gestiunea datelor ntr-un context PLM ................................................................ 46

4.4. Estimarea performanelor dinamice ale autovehiculelor................................................ 46 4.4.1. Probe de rulare liber ............................................................................................ 46 4.4.2. Probe de demarare i frnare ................................................................................ 48 4.4.3. Deplasarea pe drumuri cu viraje multiple............................................................. 49 4.4.4. Deplasarea n mediu urban ................................................................................... 50 4.4.5. Concluzii ............................................................................................................... 52

4.5. Analiza vitezei de deplasare n mediu urban.................................................................. 52 4.6. Ciclul de deplasare propus pentru Braov...................................................................... 56

4.6.1. Determinarea ciclului de deplasare n regim urban .............................................. 56 4.6.2. Comparaie ntre ciclul de deplasare al oraului Braov i alte cicluri de deplasare............................................................................................................................ 58

4.7. Studiul influenei vitezei autovehiculelor asupra zgomotului generat de traficul rutier........................................................................................................................................ 60

4.7.1. Modul de estimare a zgomotului cauzat de traficul rutier .................................... 60 4.7.2. Influena vitezei asupra zgomotului produs de un autovehicul n mers ............... 60 4.7.3. Datele de intrare colectare i prelucrare ............................................................ 61 4.7.4. Datele de ieire prelucrare i prezentare ............................................................ 62

5. Concluzii, deschideri................................................................................................. 64 5.1. Concluzii ........................................................................................................................ 64 5.2. Contribuii proprii .......................................................................................................... 66 5.3. Deschideri....................................................................................................................... 68

Bibliografie..................................................................................................................... 69


3

INTRODUCERE Industria de automobile evolueaz rapid i se las antrenat de fascinaia inovaiei ntr-o

avalan de schimbri. Pe o astfel de pia, un simplu program de proiectare 3D nu mai este suficient. Evoluia programelor de proiectare a nceput de la desenele 2D, a continuat cu modelarea 3D, urmat de asamblarea virtual. Stadiul actual l reprezint soluiile PLM (Product Lifecyle Management), care urmresc produsul din momentul concepiei, trecnd prin faza de producie i testare, apoi cea de ntreinere, pn la retragerea sa de pe pia. Soluiile PLM reprezint mult mai mult dect design, dar integreaz un nucleu CAD.

Cele mai multe proiecte, inclusiv de autovehicule, nu au la baz un concept nou, ci sunt destinate mbuntirii performanelor unor modele existente. Pe de alt parte, autovehiculele se deplaseaz n condiii reale diferite, n funcie de zona geografic i de modul de exploatare. Se poate presupune c un autovehicul destinat transportului de marf, de capacitate mic, va fi utilizat preponderent n interiorul oraelor, deci n condiii de trafic urban, n timp ce un autovehicul de capacitate mare va fi utilizat preponderent n mediu extraurban. De asemenea, un autoturism destinat utilizrii n ora va avea dimensiuni mai mici i un motor de putere mai mic, n timp ce un autoturism destinat deplasrilor lungi va avea dimensiuni mai mari i un motor mai puternic. Prin construcie, autovehiculul trebuie s fie adaptat mediului n care va fi utilizat.

Prin urmare este necesar cunoaterea caracteristicilor reale ale autovehiculelor. Exist parametri care sunt determinai n condiii teoretice, sau sunt estimai pe baza unor tabele. Exemple sunt coeficientul de rezisten a aerului i coeficientul de rezisten la rulare.

Procesul de proiectare este parte a ciclului de via al unui produs. n mod obinuit procesul de proiectare ncepe cu identificarea unor cerine. Acestea pot fi definite prin studii de pia, prin cerine ale unui proiect/ansamblu mai mare. Pe baza cercetrilor, ncepe concepia la nivel superior, adic definirea principiilor (de funcionare) i a componentelor importante. Se poate ncepe cu schiarea cu ajutorul creionului i a hrtiei, sau cu utilizarea unor programe CAD simple, sau chiar cu schiarea direct n sistemul CAD principal.

n mod obinuit, sistemele CAD se implic n ciclul de via al produsului ncepnd cu faza de schi. Totui, un sistem CAD poate fi util i n faza de cercetare, datorit posibilitilor sale de a gestiona date complexe, eterogene, i de extindere a capabilitilor sale prin aplicaii proprii. Rezultate obinute n faza de cercetare pot fi integrate n ansamblul datelor PLM ca fiiere nsoite de metadate.

OBIECTIVE PRELIMINARE Obiectivul principal al tezei este de a demonstra posibilitatea utilizrii unui sistem CAD

general n studiul comportamentului unui vehicul, folosind posibilitile de programare incluse n acest sistem. Teza i propune n primul rnd s identifice soluii i s probeze utilizarea practic a soluiilor identificate.

Astfel, activitatea de cercetare legat de studiul comportamentului vehiculului se poate considera parte integrant a ciclului de proiectare a produsului. Se pot realiza analize complexe fr a fi necesare instrumente software dedicate, costisitoare i care de cele mai multe ori implic i timp de familiarizare cu interfaa pentru introducerea datelor i interpretarea rezultatelor, dar i timp pentru nelegerea algoritmilor care stau la baza programelor.

Obiectivele tezei urmeaz s fie detaliate ulterior, pe baza evalurii stadiului actual al cunotinelor referitoare la studiul performanelor dinamice i comportamentului n trafic ale autovehiculului. Se va urmri identificarea de soluii n studiul performanelor dinamice i comportamentului n trafic ale autovehiculului, precum i aplicarea practic a acestora n vederea ndeplinirii cerinelor din proiecte de cercetare.


4

STRATEGIA CERCETRII Dup definirea temei, activitatea de cercetare a urmat n principiu etapele:

- colectarea datelor i prelucrarea acestora pentru ncadrarea ntr-un format standard; - analiza datelor, etap ce include i realizarea programelor de calcul necesare; - prelucrarea i interpretarea rezultatelor; - formularea concluziilor. Aceste etape nu sunt distincte n timp, cum ar fi fost n proiectarea de rutin - feedback-

ul dintr-un punct al sistemului contribuie la corectarea datelor care sunt reprocesate, ducnd la un rezultat mai precis.

Cea mai mare pondere o au evident etapele de colectare i analiz a datelor, att ca desfurare n timp ct i ca volum de lucru. Prelucrarea datelor nu este o etap final, ci are loc pe toat durata activitii. Datele se transfer prin intermediul fiierelor. Datele suplimentare (metadata) ataate fiierelor de pe server faciliteaz identificarea uoar a acestora, cutarea i gruparea dup diferite criterii. Datele suplimentare sunt organizate ntr-o structur deschis, ce se poate actualiza pe msur ce apar idei sau situaii noi.

Serverul de date este un element esenial al sistemului PLM i toate subsistemele trebuie s comunice n final cu acesta. Pe server sunt stocate fiiere CAD, prin intermediul unei aplicaii integrate, i fiiere de date transferate printr-o aplicaie client care implementeaz acelai protocol de transfer ca i aplicaia din interiorul sistemului CAD.

Colectarea datelor s-a efectuat folosind dispozitive GPS. n funcie de scop, au fost utilizate dispozitive GPS de performane diferite, pentru a uura att procesul de achiziie, ct i cel de prelucrare a datelor. Astfel, pentru estimarea unor performane dinamice, ca spaiul de frnare sau demarare, sau de rulare liber, au fost utilizate dispozitive cu sensibilitate mai mare, parte a unor echipamente mai complexe i cu programe de prelucrare specializate. Pentru achiziia datelor necesare studiilor de trafic s-au utilizat receptoare GPS comerciale, care ofer o rat de achiziie suficient (1 Hz) i nu necesit operaiuni de instalare la bord.

Datele colectate sunt nregistrate n fiiere de diferite formate, ce pot fi stocate pe server n structuri organizate dup anumite criterii, dar n plus li se pot asocia proprieti (metadata) referitoare la modul n care au fost obinute, aparatele utilizate, data i locul, scopul pentru care au fost nregistrate. Ataarea datelor suplimentare se face cu ajutorul unei aplicaii client ce comunic cu serverul printr-un protocol de transfer al fiierelor (de ex. protocolul WebDAV).

Aceleai date sunt ncrcate i prelucrate n sistemul CAD cu ajutorul unei aplicaii integrate proprii. Datele pot fi preluate direct din fiierele salvate cu dispozitivele GPS, nainte de stocarea lor pe server, sau pot fi descrcate de pe server folosind aceeai aplicaie client. Datele suplimentare (metadata) nu afecteaz structura i coninutul fiierelor iniiale.

Aplicaia CAD de prelucrare a datelor GPS este nucleul ntregului proces. Cu ajutorul acestei aplicaii se realizeaz:

- preluarea datelor din fiiere de diferite formate; - transformarea coordonatelor punctelor nregistrate, din sistemul de coordonate

geografice specifice GPS n sistem cartezian, inclusiv georeferenierea (corelarea coordonatelor determinate cu un sistem de referin cunoscut) traseului nregistrat;

- reprezentarea grafic a traseului parcurs i stocarea informaiilor ca date suplimentare; - calculul altor parametri i stocarea acestora ca date asociate entitilor geometrice; - reprezentarea grafic a vitezelor i acceleraiilor n funcie de timp i spaiu; - alte reprezentri grafice, 2D sau 3D; - export de date din grafice sau din reprezentarea traseului; - analiza graficelor vitez/timp pentru determinarea ciclului de deplasare; - pregtirea datelor pentru alte aplicaii (ex: studii de trafic, hri de zgomot). Reprezentrile grafice realizate n cadrul aplicaiei CAD pot fi stocate pe un server ca

fiiere CAD. Datele exportate n diferite formate se pot prelucra cu alte programe externe.


5

STRUCTURA TEZEI Pe lng Introducere i Anexe, teza cuprinde cinci capitole principale:

- Modaliti de studiu al performanelor dinamice i n trafic ale autovehiculului; - Tehnologii moderne utilizate n analiza performanelor autovehiculului; - Echipamente de msurare, tehnici de achiziie i prelucrare a datelor; - Soluii pentru studiul comportamentului autovehiculelor; - Concluzii, deschideri.

Capitolul Modaliti de studiu al performanelor dinamice i n trafic ale autovehiculului conine noiuni teoretice referitoare la performanele dinamice ale autovehiculului, comportamentul n trafic al autovehiculului singular i ciclurile de deplasare.

Sunt prezentate i ciclurile de deplasare cele mai cunoscute, utilizate ca cicluri de referin n Europa, SUA i Japonia. Ciclurile de deplasare sunt utile n estimarea performanelor autovehiculelor, pe stand. Aceste cicluri nu pot descrie deplasarea vehiculelor n orice condiii de trafic; dac standardizarea este util pentru compararea performanelor diferitelor tipuri de autovehicule, va aduce n schimb de servicii n ceea ce privete stabilirea condiiilor reale de funcionare a autovehiculelor. De aici rezult necesitatea determinrii, pe baze statistice, a unor cicluri de deplasare cu probabilitate mare de apariie.

Capitolul Tehnologii moderne utilizate n analiza performanelor autovehiculului conine o parte dedicat proiectrii asistate de calculator i o parte despre sistemele de poziionare prin satelit.

Sistemul CAD este principalul instrument de realizare i control al geometriei n cadrul unui proces PLM. Soluiile PLM urmresc produsul din momentul concepiei, al designului, trecnd prin faza de producie i testare i cea de mentenan i service pn la retragerea sa de pe pia.

Sistemele CAD ofer posibilitatea dezvoltrii de aplicaii proprii, prin intermediul interfeelor de programare (API). Pentru dezvoltarea de aplicaii destinate activitii de cercetare este potrivit utilizarea unui mediu de programare flexibil, cum este AutoLisp.

Sistemul de poziionare global GPS este un sistem de determinare a poziiei pe glob (pe un geoid de referin) cu ajutorul sateliilor. Numrul de utilizatori este teoretic nelimitat, sistemul fiind pasiv aparatele utilizatorilor sunt numai receptoare, nu i emitoare de semnal.

Receptoarele GPS pot nregistra informaii de poziie, vitez i timp. Prelucrarea acestor informaii faciliteaz navigarea pe baza hrilor digitale, dar i evaluarea unor performane ale vehiculului pe care sunt instalate. n acest capitol sunt prezentate posibilitile de citire a datelor de la receptoarele GPS, folosind protocolul NMEA, precum i modul de transformare a informaiei de poziie din coordonate geografice (latitudine, longitudine) n coordonate rectangulare (x, y).

Capitolul Echipamente de msurare, tehnici de achiziie i prelucrare a datelor prezint aparatura i metodele utilizate pentru colectarea i prelucrarea datelor.

Aparatele utilizate sunt n special receptoare GPS, dar i clasificatoare de trafic, interfaa OBD-II pentru citirea datelor de la magistrala CAN a vehiculului sau traductoare de orice fel.

Ca metode de colectare a datelor pentru studii de trafic sunt prezentate metoda vehiculului martor i metoda observatorului mobil sau a vehiculului urmritor.

Pentru prelucrarea datelor, este prezentat un algoritm utilizat la evaluarea cinematicii pe baza datelor PVT (poziie-vitez-timp) obinute de la receptoarele GPS i metodele de estimare a coeficienilor de rezisten a aerului i de rezisten la rulare, prin rulare liber.

n capitolul Soluii pentru studiul comportamentului autovehiculelor sunt prezentate soluiile identificate pe parcursul elaborrii tezei. Acestea includ:


6

- un sistem propriu de achiziie a datelor prin GPS, care cuprinde att echipamentul fizic (hardware), ct i programul (software);

- o aplicaie CAD pentru prelucrarea datelor GPS, realizat n AutoLisp; cu ajutorul acestei aplicaii se realizeaz preluarea i prelucrarea grafic a datelor;

- o soluie de integrare a rezultatelor ntr-un sistem CAD/PLM; aceasta const ntr-o bibliotec de funcii C++ original, realizat pe baza unei biblioteci de funcii C existente, i un program client pentru transferul fiierelor;

- aplicaii pentru estimarea performanelor dinamice ale autovehiculelor utiliznd aparatura i metodele prezentate;

- aplicaii de analiz a vitezelor de deplasare n trafic urban, cu ajutorul aparaturii GPS i a aplicaiei CAD prezentate mai sus;

- o propunere de ciclu de deplasare n regim urban pentru oraul Braov; - aplicaie a soluiilor prezentate mai sus pentru studiul influenei vitezei de deplasare n

trafic asupra zgomotului generat de traficul rutier. n final, sunt enumerate concluziile generale i sunt evideniate elementele de

originalitate ale tezei. Anexele conin o parte din graficele realizate pe baza datelor colectate i codul surs al

programelor realizate, prea voluminoase pentru a putea fi incluse n textul lucrrii: - analiza vitezei de deplasare n mediu urban: reprezentri grafice ale vitezei i

acceleraiei n funcie de timp i de spaiu, realizate pe baza datelor colectate prin deplasare n mediu urban;

- prezentarea formatelor de fiiere utilizate pentru preluarea datelor de la receptoarele GPS;

- codul surs al unora dintre cele mai importante funcii LISP utilizate la prelucrarea datelor n mediul CAD;

- codul surs al programului de achiziie a datelor GPS, scris n limbajul Delphi; - informaii despre disponibilitatea sateliilor din sistemele de poziionare. Prezenta tez de doctorat este rezultatul unei experiene de circa 20 de ani n domeniul

proiectrii asistate de calculator i programrii calculatoarelor, cu aplicaii n ingineria autovehiculelor, dar i a cercetrilor ntreprinse n ultimii cinci ani n domeniile traficului rutier i dinamicii autovehiculelor.

Lucrarea a fost elaborat sub conducerea tiinific a domnului profesor dr.ing. Vasile Cmpian, cruia in s-i mulumesc pentru rbdarea i exigena cu care m-a ghidat pe ntreaga perioad a pregtirii i realizrii tezei de doctorat. Nu ar fi fost posibil finalizarea acestei lucrri fr sprijinul i ncurajarea permanent, pe care mi le-a acordat.

De asemenea, mulumesc domnului profesor Ion Preda, alturi de care am realizat multe din probele experimentale i ale crui idei au stat la baza multora din realizrile noastre n ultimii ani, precum i doamnei profesor Daniela Florea, pentru ajutorul direct i condiiile de lucru create.

Sunt recunosctor tuturor colegilor din Catedra de Autovehicule i Motoare a Universitii Transilvania, pentru sprijin i ncurajri, i doresc s le mulumesc.

Nu n ultimul rnd, dedic aceast lucrare familiei mele, n special celui mai tnr membru, viitor inginer...


7

1. MODALITI DE STUDIU AL PERFORMANELOR DINAMICE I N TRAFIC ALE AUTOVEHICULULUI 1.1. PERFORMANELE DINAMICE ALE AUTOVEHICULELOR

1.1.1. Rezistenele la naintarea autovehiculului Deplasarea autovehiculelor apare ca efect al utilizrii energiei dezvoltate de motor,

transmis la roile motoare. Caracterul micrii este determinat de mrimea i sensul forelor care acioneaz asupra autovehiculului.

Forele care acioneaz asupra unui autovehicul sunt: - FR fora la roat; - Fr - rezistena la rulare; - Fp - rezistena la urcarea rampei; - Fa - rezistena aerului; - map masa aparent; - a - acceleraia.

Fig. 1.1 Schema rezistenelor la naintarea autovehiculului

Rezistena total la naintare n timpul deplasrii autovehiculului este nvins de fora la roat FR i mrimea acesteia determin acceleraia imprimat autovehiculului:

am)FFF(F apaprR (eq. 1.1) Rezistena la rulare

Rezistena la rulare (Fr) este o for cu aciune permanent, determinat de pierderile de energie datorate rulrii roii elastice pe suprafee tari sau deformabile. Este o for de sens opus sensului de deplasare a autovehiculului, determinat de reaciunea normal la roat Zi i de coeficientul de rezisten la rulare fi. Pentru ntregul autovehicul rezistena la rulare este:

n

iZifiFr

1 (eq. 1.2)

- fi este coeficientul de rezisten la rulare pentru roata i; - Zi reaciunea normal la roata i; - n numrul roilor. Rezistena la rulare pe un drum orizontal a unui automobil Fr, se calculeaz cu relaia:

n

iaRir GfGfF

1 (eq. 1.3) Pentru determinarea rezistenei la rulare trebuie stabilit coeficientul de rezisten la

rulare, care depinde de muli factori i se determin pe cale experimental. Cele mai simple dintre relaiile empirice recomandate n literatura de specialitate pentru stabilirea coeficientului de rezisten la rulare in seama de viteza de deplasare. O relaie general are forma:

33

2210 vfvfvfff (eq. 1.4)

unde f0, f1, f2 i f3 sunt coeficienii specifici diferitelor puteri ale vitezei. Conform literaturii de specialitate, valoarea coeficientului de rezisten la rulare pe o

osea de asfalt sau beton, n stare bun, este de 0.012...0.018.


8

Rezistena la urcarea rampei Greutatea aplicat n centrul de greutate al unui autovehicul are o component normal

pe drum i una paralel cu drumul. La urcare, componenta greutii autovehiculului paralel cu drumul se numete rezisten la urcarea rampei. Expresia rezistenei la urcarea rampei este:

sinGF ap (eq. 1.5) unde Ga este greutatea autovehiculului, iar este unghiul de nclinare a drumului. Dac drumul are nclinarea mai mic de 7, se poate considera:

lhtg sin (eq. 1.6)

unde h este nlimea rampei, corespunztoare unei lungimi orizontale l. Suma rezistenelor la rulare i la urcarea rampei Fr+p reprezint rezistena total a drumului. Rezistena aerului

Rezistena aerului Fa este o for paralel cu suprafaa drumului, care acioneaz asupra autovehiculului n sens opus micrii lui. La vitezele cu care se deplaseaz autovehiculele, rezistena exercitat de aer asupra unui corp n micare este proporional cu densitatea aerului , cu suprafaa frontal S a corpului i cu ptratul vitezei de deplasare va:

2

21

axa vScF (eq. 1.7) n relaia de mai sus cx este coeficientul de rezisten aerodinamic, iar viteza este

exprimat n m/s. Coeficientul de rezisten aerodinamic cx reprezint influena formei autovehiculului asupra rezistenei la naintare i se determin experimental. Pentru autoturisme, valorile uzuale sunt cuprinse ntre 0.3 i 0.35 sau ntre 0.35 i 0.45 pentru SUV-uri.

1.1.2. Ecuaia general de micare a autovehiculelor Studiul performanelor autovehiculelor se face cu ajutorul: ecuaiei generale de micare,

bilanului de traciune, caracteristicii dinamice, caracteristicii de acceleraie, bilanului de puteri.

Pe baza ecuaiei generale de micare se obin parametrii i indicii caracteristici deplasrii n regim de accelerare i frnare.

Ecuaia general de micare a autovehiculului se poate scrie sub forma:

mFFFF

dtdva aprR

)( (eq. 1.8)

- a acceleraia autovehiculului (m/s2) - v viteza autovehiculului (m/s) - t timpul (s) - FR fora la roat (N) - Fr rezistena la rulare (N)

- Fp rezistena pantei (N) - Fa rezistena aerodinamic (N) - m masa autovehiculului (kg) - coeficientul maselor n micare

Rezistena la rulare Fr, rezistena la urcarea rampei Fp i rezistena aerului Fa acioneaz asupra autovehiculului att n regim de vitez constant ct i n regimurile tranzitorii de demarare i frnare. Acestea nu depind de caracterul micrii.

Ineria pieselor aflate n micare de rotaie, ca i ineria roilor motoare i conduse, se manifest ca o mas suplimentar a autovehiculului.

dtdvm

dtdv

gGF aapaad (eq. 1.9)

unde este coeficientul maselor n micare de rotaie i ia n considerare influena acestor


9

mase asupra micrii autovehiculului, iar map este masa aparent a autovehiculului. 1.1.3. Performane de traciune i demarare

Caracteristica de traciune a autovehiculelor Bilanul de traciune al autovehiculului este dat de echilibrul tuturor forelor care

acioneaz asupra acestuia la micarea rectilinie, pe un drum oarecare, avnd admisia total a motorului. Deci, fora total la roat obinut prin nsumarea forelor tangeniale de la toate roile motoare, echilibreaz suma tuturor rezistenelor la naintare inclusiv rezistena la demarare.

Expresia forei la roat FR n funcie de momentul efectiv al motorului Me este: FR = r

iM trtre (eq. 1.10) Se observ c fora la roat FR depinde de treapta de vitez (prin raportul total de

transmitere al transmisiei itr), adic fora la roat depinde de viteza de deplasare a autovehiculului.

Variaia forei la roat FR n funcie de viteza va a autovehiculului pentru fiecare treapt a cutiei de viteze reprezint caracteristica de traciune. Factorul dinamic i caracteristica dinamic

Suma rezistenelor la naintare care depind de greutatea autovehiculului este: Fe = Ga (f cos + sin + dt

dvg

a ) (eq. 1.11) Din ecuaia bilanului de traciune se deduce c suma acestor rezistene este egal cu: Fe = FR Fa sau FR Fa = Ga (f cos + sin + dt

dvg

a ) (eq. 1.12) Aprecierea comparativ a calitilor dinamice ale autovehiculelor se face cu ajutorul

factorului dinamic D. Acesta este definit ca o for excedentar specific dat de raportul dintre fora de traciune excedentar Fe i greutatea autovehiculului Ga:

a

aR

a

aR

a

e

GvSKF

GFF

GF

D2 = f cos + sin +

dtdv

ga (eq. 1.13)

Caracteristica dinamic a autovehiculului este reprezentarea grafic a factorului dinamic D n funcie de vitez, pentru toate treptele de vitez (n Fig. 1.2).

Factorul dinamic i caracteristica dinamic se utilizeaz la stabilirea performanelor dinamice ale autovehiculelor: viteza maxim, rampa maxim, rezistena total maxim a drumului i aderena maxim. Caracteristica de accelerare a autovehiculelor

Din ecuaia factorului dinamic se poate deduce acceleraia autovehiculului. Valorile acceleraiei depind de drumul pe care acesta ruleaz, caracterizat prin rezistena specific . De regul demarajul automobilului se studiaz la deplasarea pe drum orizontal, astfel c =f.

)( Dgdtdva unde = f cos + sin. (eq. 1.14)

Caracteristica de accelerare reprezint dependena grafic dintre acceleraia automobilului msurat n m/s2 i viteza de deplasare a automobilului. Curbele acceleraiei n funcie de vitez, a=f(v), sunt asemntoare cu cele ale caracteristicii dinamice i numrul lor corespunde numrului de trepte din cutia de viteze (exemplu n Fig. 1.2).


10

Fig. 1.2 Caracteristica dinamic i diagrama acceleraiilor

Timpul i spaiul de demarare Prin timp de demarare se nelege timpul n care automobilul plecnd din loc, atinge

valoarea vitezei maxime, motorul lucrnd n toat aceast perioad pe caracteristica extern. Spaiul parcurs de automobil n acest timp, se numete spaiu de demarare. Calculul timpului i spaiului de demarare se face pentru obinerea unei viteze egale cu 0.9 vmax.

Din relaia de definiie a acceleraiei se poate scrie: dt = a

a

dVa

1 (eq. 1.15) Aceast relaie, integrat ntre dou limite, va da mrimea timpului de demarare td

necesar creterii vitezei ntre limitele V0 i Vn.

nnV

Va

a

t

d dVadtt

0

1

0

(eq. 1.16)

Integrarea se poate realiza grafic, folosind curbele inversului acceleraiei. Pentru determinarea spaiului de demarare, se pleac de la relaia de definiie a vitezei

instantanee, din care rezult: dtVdS a sau nn

t

ta

S

S

dtVdSdS00

(eq. 1.17)

1.1.4. Performane de frnare Frnarea este procesul prin care se reduce parial sau total viteza automobilului. De

capacitatea de frnare a automobilului depinde n mare msur posibilitatea utilizrii integrale a vitezei i acceleraiei acestuia. Aprecierea i compararea capacitii de frnare a automobilelor se face cu ajutorul deceleraiei maxime absolute af sau relative af rel, a timpului de frnare i a spaiului minim de frnare Sf min, n funcie de vitez. Aceti parametri pot f determinai n intervalul a dou viteze, dintre care una poate fi zero.

n cazul frnrii cu ambreiajul decuplat, ecuaia general de micare este: )(' FXGgdtdVa faaf (eq. 1.18)

Semnificaia simbolurilor este urmtoarea: - af - este deceleraia absolut a automobilului; - - coeficientul maselor de rotaie n timpul frnrii cu motorul decuplat; - Xf - fora de frnare; - F - suma forelor de rezisten la naintare, care nu depind de caracterul micrii.

Pentru aprecierea cantitativ a capacitii de frnare, se poate utiliza deceleraia relativ, care reprezint raportul dintre aceeleraia absolut a automobilului af i acceleraia


11

gravitaional g: %100_ g

ag

aa ffrelf (eq. 1.19)

Deceleraia maxim depinde, n afar de forele de frnare dezvoltate la roi, de rezistena specific a drumului, viteza de deplasare i coeficientul aerodinamic al autovehiculului. La viteze de pn la 80 km/h, pe drum orizontal, deceleraia maxim depinde de coeficientul de aderen i se poate exprima ca o fraciune din acceleraia gravitaional:

ga f (eq. 1.20) unde este coeficientul de aderen. Valoarea coeficientului de aderen depinde de calitatea pneurilor i de caracteristicile

cii de rulare. O valoare uzual a coeficientului de aderen pentru asfalt uscat este 0.8. Cunoscnd deceleraia, se pot determina spaiul i timpul de frnare. Presupunnd c

deceleraia are o valoare constant, spaiul minim i timpul de oprire se pot defini astfel [44]:

ff a

vS 220

min fa

vt 0min (eq. 1.21)

unde v0 este viteza de la care ncepe frnarea. n practic, deceleraia maxim, timpul i spaiul de frnare, vor fi afectate de mai muli

parametri, cum sunt valorile reale ale rezistenelor la naintarea autovehiculului. Valorile reale ale parametrilor de frnare pot fi determinate cel mai bine prin ncercri experimentale.

1.2. EVALUAREA COMPORTAMENTULUI AUTOVEHICULULUI N TRAFIC

1.2.1. Fluxuri rutiere Fluxurile rutiere sunt formate din vehicule care interacioneaz unele cu altele i, de

asemenea, cu drumul i mediul nconjurtor. Un flux rutier pe o arter are anumite caracteristici ce variaz att n timp ct i n spaiu. Chiar dac acestea variaz, exist o plaj rezonabil de valori ale comportamentului conductorilor/vehiculelor i a fluxurilor rutiere n ansamblu.

Deplasarea autovehiculelor pe drumurile publice se poate analiza prin intermediul a dou grupe de parametri [38]:

- parametri microscopici, ce caracterizeaz poziia vehiculului singular, considerat entitate n micare pe un drum i analizat n consecin prin intermediul particularitilor deplasrii;

- parametri macroscopici, ce definesc comportamentul grupurilor de vehicule ca ansamblu, pe un tronson rutier, la un moment dat sau ntr-o perioad de timp.

Parametrii microscopici de trafic reprezint o grup de parametri conex dinamicii autovehiculului, fapt ce face ca o serie de noiuni s fie explicitate prin relaii ce deriv din analiza dinamic [38].

Din aceast grup de parametri fac parte: - intervalul de timp ntre trecerile succesive ale vehiculelor, sau timpul intervehicular,

adic timpul scurs pentru trecerea prin dreptul observatorului a dou vehicule care se succed n trafic;

- spaiul intervehicular distana ce separ dou vehicule consecutive; - viteza de trafic n acest caz se disting trei valori caracteristice: o viteza instantanee rezultat al msurtorilor directe cu echipamente de detecie; o viteza medie (cu sau fr considerarea timpilor de staionare) rezultat n urma

prelucrrii datelor colectate pe un drum; o cmpul de viteze (statistica de viteze) definete domeniul de variaie a vitezei


12

autovehiculului singular pe un sector de drum supus observrii; - acceleraia este indicatorul microscopic care permite determinarea cu fidelitate a

dinamicii autovehiculului, n special n ciclul de deplasare urban. Parametrii macroscopici de trafic constituie grupa de parametri ce caracterizeaz

deplasarea fluxurilor de vehicule. Ei reprezint la nivel global starea traficului pe sectoare de drum, de la nivelul unei artere rutiere pn la aglomerare urban, sau regiune.

Din grupa parametrilor macroscopici de trafic fac parte: - debitul traficului repartiia vehiculelor n timp pentru un sector de drum; - densitatea fluxului valoarea ataat repartiiei de vehicule n spaiu; - viteza medie spaial permite o evaluare cantitativ a traficului i se obine prin

medierea valorilor nregistrate pentru vehiculele care trec printr-un punct; - cmpul de viteze este viteza unic v(x,t) asociat fiecrui moment t, pentru un punct x.

1.2.2. Deplasarea vehiculului singular Parametrii prin care poate fi descris deplasarea unui vehicul singular sunt viteza, n

funcie de timp i de spaiu i acceleraia. Ecuaia de micare a autovehiculului, care este exprimat de regul n funcie de timp,

poate fi exprimat i n funcie de spaiul parcurs dac se recurge la transformarea:

dxdtxv

1 de unde rezult: x

xoxv

dxtxt 0 (eq. 1.22)

Acceleraia n funcie de spaiu se obine prin derivarea vitezei v(x) n raport cu timpul. Viteza medie este parametrul care evideniaz comportarea unui autovehicul pe un

sector de drum. Determinarea acesteia permite evaluarea dinamicii autovehiculului att n ciclul de deplasare urban ct i n cel extraurban. Acest indicator de trafic st la baza alctuirii ciclurilor de testare a autovehiculelor n vederea estimrii consumului de combustibil i a certificrii privind emisiile poluante.

Acceleraia este, de asemenea, un indicator care permite determinarea cu fidelitate a dinamicii autovehiculelor, n special n ciclul urban.

Viteza medie i acceleraia medie pe un parcurs de durat (t-t0) se pot determina astfel: t

dttvv

t

tmed

o

t

dttaa

t

tmed

o

(eq. 1.23)

Fig. 1.3 nregistrri ale vitezei i acceleraiei unui vehicul pe o poriune de drum parcurs

Determinrile experimentale [38] n medii urbane au artat o variaie a acceleraiei n limitele 2.5 m/s2, corespunznd condiiilor de trafic aleator. Acceleraia medie nu depete valoarea de 1 m/s2, cele mai multe determinri evideniind valori medii de 0.3 0.5 m/s2.

Determinarea acceleraiei se poate face analitic, prin prelucrarea nregistrrilor de vitez n trafic sau prin msurare direct, cu ajutorul unui accelerometru.

Indicatorul acceleraie ajut la definirea calitii traficului prin doi indicatori sintetici: dispersia sau zgomotul acceleraiei i dispersia relativ a acceleraiei.

Dispersia acceleraiei, denumit i zgomotul acceleraiei, rezult din evaluarea statistic


13

a dispersiei acceleraiei i este dat de relaia:

t

dta)t(aa

t

tmed

2

02

(eq. 1.24) unde este abaterea medie ptratic. Acest indicator permite evaluarea instabilitii

traficului n mediu urban.

Dispersia relativ a acceleraiei este: mv

G (eq. 1.25) n funcie de dispersia relativ a acceleraiei se poate aprecia fluiditatea traficului.

Astfel, o valoare a lui G mai mic de 0,02 corespunde unui trafic fluid, iar o valoare peste 0,2 corespunde unui trafic foarte dificil.

1.2.3. Deplasarea fluxului de vehicule Deplasarea fluxului de vehicule este caracterizat prin parametrii macroscopici de trafic

i anume debitul traficului, densitatea fluxului, viteza medie spaial i cmpul de viteze. Viteza medie spaial se determin prin medierea valorilor nregistrate pentru vehiculele

care trec printr-un punct de observare. Este un indicator care permite evaluarea calitativ a traficului. Viteza medie spaial se poate determina cu ajutorul relaiei statistice binecunoscute:

N

iim vN

v1

1 (eq. 1.26)

Cmpul de viteze este dat de viteza unic v(x,t) asociat fiecrui moment t, pentru un punct x situat pe un traseu. O abordare macroscopic a cmpului de viteze vizeaz determinarea vitezei flotelor de vehicule ce se deplaseaz pe un sector de drum. Relaia de calcul poate fi exprimat astfel:

]/[),(),(),( hkm

txktxqtxu (eq. 1.27)

n care se utilizeaz informaiile existente privind debitul q i densitatea traficului k. Cmpul de viteze, ca indicator microscopic de trafic, se refer la vitezele de deplasare

ale unui autovehicul singular pe un sector de drum, n timp ce cmpul de viteze ca indicator macroscopic caracterizeaz un anumit punct de pe sectorul de drum.

Ca aplicaie, cmpul de viteze i viteza medie spaial, mpreun cu debitul de vehicule, sunt indicatori ce pot fi utilizai n determinarea datelor de intrare pentru evaluarea zgomotului cauzat de traficul rutier.

Dintre indicatorii microscopici de trafic, viteza medie i viteza instantanee sunt indicatori utili n stabilirea ciclurilor de deplasare.

Rezult din cele de mai sus importana determinrii ct mai precise a evoluiei vitezei de deplasare a autovehiculului, n vederea evalurii comportamentului su n trafic.

1.3. CICLURI DE DEPLASARE Ciclul de deplasare a automobilului reprezint o serie de date referitoare la variaia

vitezei n timp. Ciclurile de deplasare constituie condiii de determinare a performanelor autovehiculelor, cum sunt consumul de combustibil sau nivelul emisiilor.

Ciclurile de deplasare pot fi utilizate i pentru simularea unui autovehicul, adic pentru simularea sistemului de propulsie, n scopul estimrii performanelor. De asemenea, pot fi utile pentru calibrarea autovehiculelor [51], evaluarea performanelor autovehiculelor existente sau a efectului lor asupra mediului, inclusiv pentru clasificarea drumurilor din punct de vedere al nivelului emisiilor [10].


14

Ciclurile de deplasare pot fi de dou tipuri: - cicluri de tip tranzitoriu, care implic multe schimbri de vitez; - cicluri de tip modal, cu perioade prelungite de mers la vitez constant. De exemplu, ciclul american FTP-75 i ciclul neoficial european HYZEM (HYbrid

technology approaching efficient Zero Emission Mobility) sunt cicluri de tip tranzitoriu, iar ciclul european oficial NEDC i ciclul japonez 10-15 sunt cicluri de tip modal.

Ciclurile de tip tranzitoriu sunt cele care reflect deplasarea real a unui vehicul. 1.3.1. Ciclul de deplasare european

Ciclurile europene ECE i EUDC se utilizeaz la testarea pe stand, pentru certificarea emisiilor autovehiculelor uoare n Europa. Ciclul NEDC (New European Driving Cycle) complet cuprinde patru segmente ECE repetate fr pauze, urmate de un segment EUDC.

Ciclul ECE este un ciclu de deplasare urban, cunoscut i sub acronimul UDC. Se consider c reprezint condiiile de deplasare n orae ca Paris sau Roma. Este caracterizat prin vitez mic de deplasare, sarcin redus a motorului, temperatur redus a gazelor de evacuare.

Segmentul EUDC (Extra Urban Driving Cycle) a fost adugat dup patru cicluri ECE pentru a lua n considerare i modul de conducere mai agresiv, la viteze mai ridicate (la periferiile oraelor).

Fig. 1.4 Ciclul european NEDC

Parametrii ciclului: ECE EUDC - durata: 4x 195 s = 780 s 400 s - distana: 4x 1.013 km = 4.052 km 6.955 km - viteza medie: 18.7 km/h (cu mers n gol) 62.6 km/h - viteza maxim: 50 km/h 120 km/h

Ciclurile menionate mai sus sunt de tip modal i nu reprezint secvene de deplasare reale. Plecnd de la date reale, au fost dezvoltate cicluri tranzitorii pentru diferite categorii de drum i condiii de trafic. Astfel sunt ciclurile Hyzem. Acest tip de cicluri fiind determinate pe baza nregistrrilor deplasrilor reale constituie o mai bun reprezentare a condiiilor de deplasare prin ora dect ciclul european standard.

1.3.2. Alte cicluri de deplasare n mediu urban i extra-urban Ciclul american FTP-72

Testul FTP-72 (Federal Test Procedure) simuleaz un traseu urban de circa 12 km cu opriri frecvente. Ciclul are dou faze:

- 505 s 5.78 km cu o vitez medie de 41.2 km/h, simulnd mersul n regim suburban; - 864 s simuleaz deplasarea n regim urban. Prima faz ncepe cu pornire la rece. ntre cele dou faze motorul se oprete pentru 10

minute. n SUA ponderile fazelor sunt de 0.43 i 0.57.


15

Ciclul FTP-75 este derivat din FTP-72, i const n adugarea unei a treia faze, de 505 secunde, identic cu prima faz dar cu pornire la cald.

Fig. 1.5 Ciclul american FTP-75 (timpul n secunde, viteza n mile/h)

Parametrii ciclului: FTP-72 FTP-75

- durata: 1369 secunde 1874 secunde - distana: 7.5 mile (12.07 km) 11.04 mile (17.77 km) - viteza medie: 27.7 mile/h (44.6 km/h) 21.2 mile/h (34.1 km/h) - viteza maxim: 56.7 mile/h (91.2 km/h) 56.7 mile/h (91.2 km/h) Ciclurile japoneze 10-15 i JC08

Ciclul japonez 10-15, ca i ciclul NEDC, este compus din trei cicluri mod 10 (viteza maxim 40 km/h) i un ciclu mod 15 (viteza maxim 70 km/h). Este un ciclu de tip modal. Ciclul JC08 simuleaz conducerea n trafic aglomerat, cu opriri frecvente (ralanti), accelerri i frnri. Spre deosebire de ciclul 10-15, acesta este un ciclu de tip tranzitoriu. Ciclul JC08 va nlocui ciclul 10-15 ncepnd cu anul 2011.

Fig. 1.6 Ciclul japonez 10-15 i Ciclul japonez JC08

Parametri 10-15 JC08

- durata: 660 secunde (mod 10); 892 sec. (10 + 15) 1204 secunde - distana: 4.16 km (mod 10); 6.34 km (10 + 15) 8.171 km - viteza medie: 22.7 km/h (mod 10); 25.6 km/h (10 + 15) 22.4 km/h (34.8 km/h dac se exclude timpul de mers n gol) - viteza maxim: 40 km/h n mod 10, 70 km/h n mod 15 81.6 km/h


16

Cicluri de deplasare particularizate pentru anumite orae Pe lng ciclurile consacrate, prezentate n 0, au existat mai multe ncercri de

determinare a ciclurilor de deplasare specifice diferitelor orae din lume [47], [95], [106], inclusiv din Romnia [51].

De exemplu, ciclul de deplasare urban determinat experimental pentru Mexico City [95] i ciclul de deplasare al oraului Atena [106] au parametrii:

Parametri Mexico City Atena - durata: 1360 s 1160 s - distana: 8.8 km 6.512 km - viteza medie: 23.4 km/h 20.21 km/h - viteza maxim: 73.6 km/h 70.86 km/h

Pentru Romnia s-a ncercat [51] identificarea unor secvene tipice de deplasare prin cteva orae reprezentative, inclusiv Braov, i apoi adaptarea ciclului european mixt la condiiile identificate pentru Romnia.

Ca rezultat, s-a identificat o secven de deplasare reprezentativ pentru oraul Braov i o variant adaptat pentru Romnia a ciclului mixt. Ciclul adaptat este compus din trei cicluri urbane elementare i un ciclu extraurban. Fa de ciclul NEDC, care conine patru cicluri urbane i unul extraurban, are o durat mai mic (n total 1125 secunde), dei fiecare ciclu elementar component este ceva mai lung dect n cazul NEDC. Viteza maxim de deplasare prin ora este de 60 km/h, fa de 50 km/h la NEDC.

1.4. FORMULAREA OBIECTIVELOR TEZEI Aa cum este menionat n Introducere, aceast tez i propune n primul rnd s

identifice soluii. Obiectivul principal al tezei este de a demonstra posibilitatea utilizrii unui sistem CAD n studiul comportamentului unui vehicul, folosind posibilitile de programare incluse n acest sistem, integrnd studiul comportamentului vehiculului n ciclul de proiectare.

Avnd n vedere cunotinele despre performanele dinamice i comportamentul n trafic ale autovehiculelor, precum i posibilitile de evaluare ale acestora, se pot defini n plus, ca obiective ale tezei, urmtoarele:

- evaluarea utilizrii tehnologiei GPS la colectarea datelor legate de performanele unui vehicul;

- realizarea unui sistem propriu de achiziie a datelor folosind tehnologia GPS; - realizarea unei aplicaii de prelucrare a datelor colectate, integrat ntr-un sistem CAD

comercial (AutoCAD); - identificarea unei metode de gestiune a datelor rezultate din activitatea de

colectare/prelucrare a datelor experimentale, n vederea utilizrii ulterioare a acestora n activitatea de proiectare (integrarea ntr-un context CAD/PLM) aplicarea practic a acestei metode prin implementarea protocolului WebDAV ntr-o aplicaie proprie;

- aplicaii ale metodei de achiziie a datelor prin GPS i prelucrarea lor folosind programe CAD:

- msurarea performanelor dinamice ale autovehiculului; - stabilirea ciclului de deplasare n mediu urban real (tranzitoriu) pentru un anumit

ora (Braov) i compararea acestuia cu ciclul european standard (ECE-15) i cu alte cicluri de deplasare;

- determinarea experimental a unor parametri de trafic rutier (analiza vitezelor de deplasare);

- stabilirea unei metode de colectare i prelucrare a datelor de trafic pentru aplicaii practice, ca estimarea zgomotului generat de traficul rutier.


17

2. TEHNOLOGII MODERNE UTILIZATE N ANALIZA PERFORMANELOR AUTOVEHICULULUI 2.1. PROIECTAREA ASISTAT DE CALCULATOR

2.1.1. Sistem CAD Soluie PLM Proiectarea asistat de calculator (CAD - Computer Aided Design) const n utilizarea

unei game largi de unelte software i hardware pentru a asista n activitatea de proiectare inginerii i alte categorii de proiectani.

Fig. 2.1 Etapele procesului de proiectare-fabricaie a unui produs

Sistemele CAD, dei ofer numeroase faciliti ce uureaz munca proiectanilor, nu acoper toate nevoile procesului de proiectare. n acest context, soluiile de proiectare sunt integrate n soluii mai complexe, PLM (Product Lifecycle Management). Acestea faciliteaz circulaia mult mai rapid a informaiei ntre departamente i, n plus, uureaz munca proiectanilor astfel nct acetia s se poat concentra pe conceperea de noi produse (Fig. 2.1).

Conceptul de PLM este stadiul actual al unei evoluii care a nceput de la desenele 2D, a continuat cu cele 3D, urmate de asamblarea virtual.

Nivelul cel mai simplu de utilizare a unui sistem CAD este desenarea 2D. Acest nivel a fost n mare parte nlocuit n ultimii 20 de ani cu modelarea parametric 3D. Componentele individuale sunt asamblate n reprezentri 3D ale produsului final (proiectare bottom-up); acest model de ansamblu poate fi apoi utilizat pentru efectuarea de analize sau simulri ale dinamicii produsului. n ultimii ani au fost dezvoltate metode i tehnologii pentru proiectarea top-down, pornind de la concepia ansamblului. Aceasta presupune stabilirea de la nceput a unei scheme de baz a produsului, care este apoi detaliat pn la desenele de execuie ale fiecrei piese. Evoluia sistemelor CAD de la desenare 2D la PLM

Primul sistem software CAD, numit Sketchpad, a fost realizat de ctre Ivan Sutherland, la nceputul anilor 1960. Datorit costului foarte mare al calculatoarelor i urmare a cerinelor speciale de proiectare ale aeronavelor i ale automobilelor, marile companii constructoare de aeronave i automobile au fost primii utilizatori comerciali ai programelor CAD.

n 1965 au nceput cercetrile serioase pentru un software CAD de modelare 3D, iar n anii 70 sistemele CAD au nceput migrarea din zona cercetrii n cea comercial. Principalii dezvoltatori erau grupuri din cadrul companiilor de autovehicule i aerospaiale, n colaborare cu universiti. n 1975, compania de aeronave Avions Marcel Dassault a nceput dezvoltarea programului CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application).


18

n anul 1979 a fost realizat prima implementare a standardului IGES (Initial Graphic Exchange Standard). IGES a facilitat transferul curbelor i suprafeelor 3D ntre diferite programe CAD i este unul din cele mai utilizate formate de transfer a datelor CAD.

La sfritul anilor 70 au aprut noi limbaje de programare de nivel nalt i sisteme de operare (C i UNIX), ducnd la utilizarea pe scar mai larg a primelor calculatoare desktop.

Avions Marcel Dassault a creat n 1981 sucursala Dassault Systemes i a semnat un contract cu IBM, care le permitea acestora s distribuie produsul CATIA. IBM a vndut primul su PC n 1981 i Autodesk a prezentat primul program CAD pentru PC, AutoCAD Release 1, n noiembrie 1982. Cu toate c PC-urile i-au mbuntit performanele de-a lungul anilor 80 i AutoCAD a continuat s ctige un important segment din piaa de software 2D, puterea n general redus a procesoarelor i n special performanele grafice slabe n comparaie cu staiile UNIX au fcut ca pn n urmtoarea decad PC-urile s nu conteze pe piaa de software CAD.

n 1985 a fost finalizat Versiunea 2 a sistemului CATIA i un alt productor francez, Matra Datavision, a lansat pe pia Euclid, un program de modelare 3D. n 1987, Parametric Technology Corp. (acum PTC) a lansat primul software CAD 3D pentru staii UNIX, Pro/Engineer. Acesta a fost primul sistem CAD 3D bazat n ntregime pe modele solide i istoricul caracteristicilor i constrngerilor. Pro/Engineer a utilizat sistemul X-Windows al UNIX-ului pentru a oferi o interfa cu meniuri drop-down, meniuri contextuale, ferestre pop-up i casete de dialog, icon-uri i alte caracteristici utile.

La nceputul anilor 90 piaa de software CAD era n mod evident polarizat ctre IBM-Dassault Systemes (CATIA), EDS-Unigraphics (Unigraphics) i Parametric Technology (Pro/Engineer), lideri autoritari pe piaa de software CAD 3D pentru staii de lucru UNIX, urmai ndeaproape de SDRC (I-DEAS).

Autodesk a cumprat licena kernelului ACIS i n 1994 lansa AutoCAD Release 13 care includea funcii de modelare a solidelor 3D bazate pe ACIS.

La mijlocul anilor 90 piaa de software CAD a fost marcat de dou evenimente importante: explozia programelor CAD 3D pentru PC i explozia sistemelor PDM. S-a nscut piaa CAD de mijloc. Pe aceast pia, succesul companiei SolidWorks a fost att de mare nct 2 ani mai trziu a fost achiziionat de ctre Dassault-Systemes.

n 1996 Intergraph a lansat un produs CAD 3D pentru Windows similar cu SolidWorks SolidEdge. Acesta se baza pe nucleul ACIS. Dup cteva ediii i un oarecare succes de pia SolidEdge a fost achiziionat de ctre EDS-Unigraphics, la scurt timp dup preluarea SolidWorks de ctre Dassault-Systemes.

Decizia companiei General Motors din 1996 de a trece la utilizarea sistemului Unigraphics urmat de decizia companiei Ford Motors de a nlocui sistemul CAD dezvoltat intern PDGS cu sistemul I-DEAS de la SDRC, au fost ultimele micri importante pentru sistemele software CAD de corporaie din SUA.

n 1999 Dassault a preluat Matra Datavision (fabricantul sistemului Euclid). Apoi Dassault Systemes a lansat CATIA Version 5 prima versiune CATIA pentru Windows. Pentru a-i alinia oferta cu cele ale furnizorilor tradiionali de software CAD 3D, Autodesk a lansat Inventor, care avea la baz acelai nucleu ACIS. Inventor a fost primul sistem CAD de la Autodesk care nu era bazat pe arhitectura AutoCAD.

Prelund termenul PLM Product Life-cycle Management, lansat n cercetrile universitare de la nceputul anilor 90, i care a crescut n popularitate la sfritul anilor 90, companiile principale productoare de software CAD s-au reorientat rapid pentru a se conforma noii tendine a pieei. Brusc termenul furnizor de software CAD 3D a fost nlturat, impunndu-se noul termen furnizor de soluii PLM.

Astzi industria de software CAD este dominat de ctre 3 furnizori de soluii PLM: IBM-Dassault Systemes cu CATIA i ENOVIA, UGS cu Unigraphics i iMAN (care au devenit NX i Teamcenter), i PTC cu Pro/Engineer i WindChill).


19

2.1.2. Integrarea CAD-PLM O soluie PLM integreaz un nucleu CAD, de la care pornesc informaiile despre noul

produs. Proiectul este pstrat ntr-o baz de date i fiecare proiectant i rezolv subansamblul de care rspunde, avnd posibilitatea s verifice potrivirea n ansamblu.

PLM are n plus instrumente software, proceduri i metodologii de colaborare. Se realizeaz biblioteci de componente standardizate i tipizate, cunotinele cu caracter tehnic sunt reutilizate: astfel se pot crea ansambluri parametrizate n care sunt introduse reguli automate care s nu fie nclcate de nici unul dintre proiectani. Dac s-a fcut o proiectare inteligent n care s-au nglobat elemente de knowledge, schimbnd doar nite parametri, proiectul respectiv se redimensioneaz singur.

Sistemele care pot fi nglobate ntr-o soluie PLM sunt numeroase: ncepnd cu CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing)/CAE (Computer Aided Engineering), PDM (Product Data Management) i terminnd cu ERP (Enterprise Resource Planning), SCM (Supply Chain Management) i CRM (Customer Relationship Management), n funcie de specificul i necesitile companiei respective.

Practic, integrarea unui sistem CAD ntr-o soluie PLM presupune adugarea de informaii suplimentare proiectelor. Prin acestea se permite gestionarea (controlul accesului) obiectelor CAD (ansambluri, piese, desene, etc.), urmrirea modificrilor i meninerea relaiilor corespunztoare ntre obiectele CAD i structura produsului din cadrul PLM.

Beneficiile principale ale unui sistem integrat CAD/PLM sunt: - acces securizat la obiectele CAD - acces distribuit global la o surs unic de obiecte CAD - un mai bun management al modificrilor (trasarea explicit a noilor versiuni) - reutilizare mai bun a pieselor i ansamblurilor comune. Caracteristicile cheie ale unui sistem integrat CAD/PLM sunt:

- gestiunea documentelor cel mai important aspect al integrrii CAD este posibilitatea de a depozita obiectele CAD ntr-o bibliotec de pe server. Operaiile de depozitare/descrcare pe/de pe server se numesc check-in i respectiv check-out.

- controlul accesului odat ce un obiect CAD este ncrcat (check-in) n sistemul PLM, accesul la acest obiect poate fi controlat printr-un set de reguli de acces.

- structura produsului obiectele CAD pot fi asociate cu structura PLM a produsului. - gestiunea atributelor atributele sunt reprezentate ca pri ale metadatelor

sistemului PLM. Un atribut al unui obiect CAD poate fi reprezentat ca metadata PLM, astfel permind ca n cadrul PLM s se execute cutri pentru atribute CAD.

- gestiunea modificrilor - sistemele PLM suport n mod normal conceptul de versiuni i revizii. O versiune nou este creat n mod normal de fiecare dat cnd un obiect CAD este modificat i ncrcat (check-in) n sistemul PLM.

Un sistem CAD/PLM elementar, pe lng sistemul CAD mai trebuie s cuprind: - un server de date i de aplicaii; - un protocol de comunicare ntre sistemele client i sistemul server; - software client pentru implementarea protocoalelor bibliotec de funcii; - aplicaie software integrat n sistemul CAD al utilizatorului, scris ntr-un limbaj

suportat de ctre sistemul CAD respectiv. Pentru realizarea caracteristicilor cheie ale unui sistem integrat CAD/PLM, prezentate

mai sus, a fost testat utilizarea protocolului WebDAV. Protocolul WebDAV

Pe scurt, WebDAV (Web-based Distributed Authoring and Versioning) este un set de extensii ale protocolului HTTP, care permite utilizatorilor s editeze i s gestioneze fiiere pe servere web. Astfel web-ul este utilizat ca mediu colaborativ. Prin urmare este posibil ca mai


20

muli ingineri s lucreze la acelai proiect; documentele pot fi protejate printr-un mecanism de blocare, astfel nct s nu poat fi suprascrise, iar drepturile de acces pot fi limitate.

n prima faz a fost definit un set de extensie a protocolului HTTP (Hypertext Transfer Protocol) pentru ase funcii. Acestea sunt: prevenirea suprascrierii, proprieti (adugare/ interogare/editare), gestiunea spaiului de nume, gestiunea versiunilor, control avansat al coleciilor (similar directoarelor din sistemele de operare clasice), controlul accesului.

Elementele sistemului integrat CAD/PLM n cazul utilizrii protocolului WebDAV sunt:

- server de aplicaii, pe care s ruleze aplicaiile potrivite (exemplu: Jakarta Slide); - protocol de comunicare ntre sistemele client i sistemul server WebDAV, DASL; - software client pentru implementarea protocoalelor bibliotec de funcii; - aplicaie software (client) pentru transferul fiierelor pe/de pe server.

Fig. 2.2 Sesiunea de actualizare a unui document, folosind WebDAV

n Fig. 2.2 se poate vedea un exemplu de comunicare client/server pentru actualizarea unui document, folosind protocolul WebDAV. Sgeile din figur indic fluxul de informaie predominant asociat cu o cerere. Toate cererile folosesc protocolul WebDAV plus HTTP 1.1.

Utilizatorul unei aplicaii compatibile WebDAV selecteaz resursa pe care vrea s o editeze folosind un dialog standard de deschidere a unui fiier (File - Open ...). Aplicaia utilizeaz apoi instruciunea WebDAV LOCK pentru a bloca resursa (fiierul), instruciunea WebDAV PROPFIND pentru a obine proprietile asociate resursei, i apoi instruciunea HTTP GET pentru a obine (descrca) coninutul resursei (fiierul propriu-zis), care va fi apoi deschis pentru editare. Odat editarea ncheiat, se folosete instruciunea HTTP PUT pentru salvarea/ncrcarea resursei napoi pe serverul Web, i instruciunea WebDAV UNLOCK pentru a nltura blocarea resursei, permind i altor utilizatori s o acceseze.

Instruciunile care aparin protocoalelor HTTP sau WebDAV se mai numesc metode. WebDAV adaug apte noi metode setului de metode definite de HTTP/1.1 (GET, HEAD, POST, OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE). Metodele WebDAV sunt destinate proteciei la suprascriere (LOCK, UNLOCK), gestiunii metadatelor (PROPFIND, PROPPATCH), i gestiunii spaiului de nume (COPY, MOVE, MKCOL).

Proprietile sunt informaii suplimentare, adugate documentului, i care sunt diferite ca structur de informaiile incluse n document (exemple de documente sunt fiierele CAD). Aceste informaii despre informaia propriu-zis se numesc proprieti n terminologia WebDAV, dar sunt, de asemenea, cunoscute ca metadate.

Proprietile WebDAV sunt perechi , unde numele este un URL (Uniform Resource Locator), iar valoarea este o secven care respect formatul XML (eXtensible Markup Language). Numele permite ca proprietatea s fie adugat ca metadat fr a fi nregistrat central, n timp ce valorile XML, prin structura arborescent, asigur flexibilitate i totodat respectarea unui tip anume. ntruct tot coninutul XML este cuprins ntre etichetele (tags) de nceput i de sfrit, pot fi adugate cu uurin elemente suplimentare

Serverul blocheaz resursa, transfer proprietile definite pentru acea resurs, apoi transfer coninutul resursei.

Serverul stocheaz noua revizie a resursei.

Serverul deblocheaz resursa.


21

la o proprietate, prin introducerea de coninut ntre etichete. DeltaV este o extensie a protocolului WebDAV, pe care l extinde protocolul cu suport

pentru controlul versiunilor i gestiunea configuraiei. Pe baza asigurat de HTTP i WebDAV, DeltaV adaug 11 metode suplimentare, printre care sunt CHECKIN i CHECKOUT.

DASL (DAV Searching and Locating) este o extensie a protocolului WebDAV i ofer un mecanism standard pentru cutarea pe servere WebDAV, dup valorile proprietilor.

2.1.3. Utilizarea programelor CAD la prelucrarea datelor Interfeele de programare a aplicaiilor (API) disponibile n diferite sisteme CAD

Interfeele de programare (API Application Programming Interface) ale sistemelor CAD permit utilizatorilor s extind, automatizeze i personalizeze funciile acestora, din faza de concepie pn la fabricaie. Automatizarea unor funcii, ca generarea listelor de materiale (BOM), a desenelor sau a unor pri din acestea, precum i a unor operaii de fabricaie, ajut la reducerea timpului de proiectare i a erorilor. n plus, prin integrarea unor sisteme inteligente, poate fi mbuntit calitatea produselor.

Toate sistemele CAD de pe pia ofer una sau mai multe soluii de dezvoltare a aplicaiilor personalizate. Limbajul de programare nc predominant utilizat n interfeele API ale sistemelor CAD este C++, dar tot mai muli productori de sisteme CAD ncearc s ofere i interfee bazate pe Java, datorit portabilitii ridicate a programelor, sau Visual Basic, datorit uurinei de nvare i utilizare a acestui limbaj. Un caz aparte este interfaa de programare bazat pe limbajul LISP disponibil n AutoCAD nc de la primele versiuni. Dezvoltarea aplicaiilor proprii n AutoCAD

AutoCAD pune la dispoziia programatorilor trei tipuri de interfee de programare (API):

- Visual Lisp, varianta evoluat de AutoLisp, dialect al limbajului LISP; - VBA (Visual Basic for Applications), bazat pe Visual Basic; - Object ARX, colecie de obiecte C++. Fiecare dintre aceste variante are avantaje i dezavantaje. Limbajul C++ permite

dezvoltarea de aplicaii optimizate, care consum mai puine resurse i au o vitez mai mare de execuie, dar timpul de dezvoltare este n general mare. n schimb, Visual Lisp permite dezvoltarea rapid a aplicaiilor i permite interogarea rapid a obiectelor geometrice, chiar din linia de comand a AutoCAD-ului. AutoLisp / Visual Lisp

AutoLisp are la baz limbajul de programare LISP, creat la sfritul anilor '50. LISP este un limbaj destinat iniial utilizrii n domeniul Inteligenei Artificiale. AutoCAD a introdus AutoLisp ca interfa de programare a aplicaiilor (API) n versiunea (release) 2.1, la mijlocul anilor '80. A fost ales limbajul LISP ca prim variant API datorit faptului c era cel mai potrivit pentru procesarea datelor nestructurate din cadrul proiectelor CAD [22].

Caracteristica principal a limbajului LISP este faptul c este orientat pe lucrul cu liste (de altfel chiar numele limbajului provine din sintagma LISt Processing). Listele sunt ncadrate n paranteze rotunde, iar grupurile de paranteze pot fi imbricate orict de mult.

Exemplu: (lista1 (sublista1 (sub-sublista1) (sub-sublista2 (....))...) (sublista2 ...)) O list poate fi compus din orict de multe elemente, dar se consider c orice list are

dou pri: primul element al listei i respectiv restul listei. Oricare din aceste dou pri poate fi un element de baz (numit i atom) sau o alt list, la rndul ei compus din dou pri, care pot fi dou liste, i aa mai departe.

Cele dou pri ale listei se apeleaz cu ajutorul a dou funcii LISP de baz: car i cdr


22

(originea acestor denumiri sunt numele a dou registre ale primului calculator pe care a fost implementat limbajul LISP). Car apeleaz primul element al listei, iar cdr apeleaz restul listei.

O alt caracteristic important a LISP-ului este faptul c funciile, indiferent c sunt funciile de baz ale limbajului sau funcii definite de ctre programator, respect aceeai structur de list. Primul element al listei este numele funciei, iar restul listei este format din parametrii transmii funciei respective. Parametrii pot s lipseasc, deci a doua parte a listei (cdr) este o list vid, denumit n limbajul LISP nil.

Operatorii limbajului LISP se comport similar funciilor, adic se aplic asupra unor liste de parametri. Operatorul este primul element al unei liste, iar operanzii (lista de parametri) reprezint restul listei (cdr).

Acest mod de organizare a programelor i datelor are la baz o structur arborescent, la fel ca formatul XML, ceea ce faciliteaz importul sau exportul datelor n acest format.

Un avantaj al programrii n AutoLisp, dup cum se vede i n exemplele de mai sus, const n faptul c expresiile LISP pot fi scrise direct n linia de comand a AutoCAD-ului.

Noua generaie a limbajului AutoLisp sub AutoCAD este Visual Lisp (sau VLISP), care adaug mai multe posibiliti vechiului limbaj. VLISP extinde limbajul prin interfaa cu obiecte Microsoft ActiveX i mbuntete posibilitile AutoLisp-ului de a rspunde la evenimente prin implementarea funciilor reactori. Ca instrument de dezvoltare, VLISP ofer un mediu de dezvoltare complet, integrat (IDE) care cuprinde un compilator, un depanator i alte instrumente utile pentru mrirea productivitii la crearea de aplicaii personale n AutoCAD.

Visual Lisp are propriul set de ferestre i meniuri distincte de restul AutoCAD-ului, dar nu ruleaz independent de AutoCAD. Acesta trebuie s ruleze pentru a putea lucra cu aplicaiile VLISP. Toate funciile existente n versiunile precedente ale limbajului AutoLisp se pstreaz i n noile versiuni Visual Lisp. Accesul la entitile geometrice prin AutoLisp / Visual Lisp

Ca orice limbaj de programare de nivel nalt, AutoLisp (Visual Lisp) include funcii de control al variabilelor (atribuire, conversie de tip), funcii aritmetice i logice, funcii de testare i ciclare. Nu este necesar specificarea tipului de variabil de la nceput, alocarea memoriei necesare fcndu-se dinamic, n funcie de valoarea atribuit acesteia.

AutoLisp permite accesarea entitilor geometrice din baza de date a AutoCAD-ului prin liste [22]. Acestea au structura diferit n funcie de tipul entitii respective. De exemplu, pentru o simpl linie, structura datelor poate fi ca n exemplul de mai jos:

((-1 . ) (0 . "LINE") (5 . "5916D8") (102 . "{ACAD_XDICTIONARY") (360 . ) (102 . "}") (330 . ) (100 . "AcDbEntity") (67 . 0) (410 . "Model") (8 . "0") (62 . 1) (100 . "AcDbLine") (10 -32088.9 170213.0 0.0) (11 -32356.2 170327.0 0.0) (210 0.0 0.0 1.0))

unde primul element din fiecare sublist este un cod care identific proprietatea, iar cealalt parte a listei este valoarea asociat proprietii respective (tip de entitate, culoare, strat, punct de start, punct de sfrit, etc.).

Accesul la datele asociate entitilor AutoCAD se poate face cu funcia entget pentru citire, iar pentru creare sau modificare se pot folosi funciile entmake, entmod, entupd.

Cnd se intenioneaz accesarea datelor i/sau modificarea mai multor entiti n cadrul aceleiai funcii, se poate utiliza subcomanda select. Aceast subcomand este apelat n cadrul unora dintre comenzile de editare standard ale AutoCAD-ului (de aceea o numim subcomand), ca de exemplu: copy, move, erase, chprop. Funcia AutoLisp echivalent este ssget.

Rezultatul apelrii funciei ssget este crearea unei mulimi de selecie (selection set). O mulime de selecie poate fi parcurs cu ajutorul unor funcii specifice, diferite de funciile de lucru cu listele.


23

Funcii avansate de gestiune a datelor Pe lng proprietile standard, entitilor AutoCAD li se mai pot asocia date

personalizate de ctre utilizator. Exist dou moduri prin care pot fi asociate aceste date suplimentare: XData (extended entity data) i ActiveX accesarea datelor ca obiecte ActiveX.

XData [21] este metoda mai veche, introdus n versiuni AutoLisp mai vechi, ncepnd cu AutoCAD Release 11 (nainte de introducerea Visual Lisp). Aceast metod presupune utilizarea codurilor DXF extinse. Datele sunt organizate n liste ce au ca prim element (identificator) codul DXF. La interogarea entitii AutoCAD cu funcia entget, aceste liste apar n continuarea listelor de date obinuite.

O metod mai flexibil de asociere a unor date suplimentare entitilor folosete obiecte i funcii ActiveX.

Interfaa de programare ActiveX este utilizat n diferite limbaje i medii de programare. Cnd se lucreaz cu obiecte ActiveX n Visual Lisp, se lucreaz cu aceleai modele de obiect, proprieti i metode care pot fi accesate din alte medii de programare. Obiectele sunt crmizile principale ale unei aplicaii ActiveX. Elementele geometrice cum sunt liniile, arcele, cercurile, poliliniile, punctele sau textele pot fi referite i ca obiecte ActiveX.

Fa de funciile AutoLisp standard utilizate pentru acces la entiti, funciile ActiveX ruleaz mai repede i permit un acces mai uor la proprietile obiectelor.

Funciile ActiveX au prefixul vl-, vla-, vlax- sau vlr-. Funciile din grupul vlr- lucreaz cu o categorie aparte de obiecte, numite reactori, i pot fi utilizate pentru definirea reaciei programului la anumite evenimente (de exemplu la modificarea proprietilor unui obiect).

De exemplu, citirea razei unui cerc se face n mod clasic astfel: (setq radius (cdr (assoc 40 (entget circle-entity))))

Cu ajutorul funciilor ActiveX, aceeai operaie se poate scrie: (setq radius (vla-get-radius circle-object))

Funcia utilizat pentru ataarea de date suplimentare este vlax-ldata-put, utilizat astfel: (vlax-ldata-put e key data)

unde e este o variabil ce identific entitatea, key este numele proprietii i data este valoarea deci datele sunt nregistrate ca perechi .

Citirea datelor se face cu funcia vlax-ldata-get, n felul urmtor: (vlax-ldata-get e key)

i rezultatul ntors este valoarea asociat numelui key, pentru entitatea e. 2.2. SISTEMUL DE POZIIONARE GLOBAL

Sistemele GNSS (Global Navigation Satellite Systems), sau sistemele globale de navigare cu ajutorul sateliilor, permit determinarea cu precizie a poziiei ntr-un sistem de referin geocentric, n orice punct de pe Pmnt, cu ajutorul reelelor de satelii artificiali Navstar-GPS (SUA), Glonass (Rusia) i Galileo (Europa).

2.2.1. GPS - Generaliti Sistemul GPS (Global Positioning System) este un sistem de determinare a poziiei pe

glob (pe un geoid de referin) cu ajutorul sateliilor. Sistemul a fost destinat iniial doar aplicaiilor militare, dar treptat a devenit disponibil i pentru aplicaii civile, la nceput cu o precizie alterat intenionat (disponibilitate selectiv), dar treptat restriciile au fost ridicate i acum precizia oferit este foarte bun. Numrul de utilizatori este teoretic nelimitat, sistemul fiind pasiv aparatele utilizatorilor sunt numai receptoare, nu i emitoare de semnal.

Sistemul GPS este format din trei componente: segmentul spaial, segmentul de control terestru i segmentul utilizatorilor.

Segmentul spaial const n sateliii care transmit informaiile de poziie. Pentru a


24

acoperi orice poziie posibil de pe glob sunt necesari cel puin 24 de satelii. n aceste condiii, n orice moment, n orice punct de pe glob ar trebui s fie vizibili ntre 4 i 10 satelii. Numrul actual al sateliilor funcionali este mai mare de 24 - sistemul a fost declarat oficial complet funcional n 1995, iar n anul 2001 erau funcionali 29 de satelii. La data redactrii acestei lucrri sunt lansai 32 de satelii GPS, din care sunt operaionali 27. Aceti satelii, aflai pe orbite circulare, sunt plasai pe ase plane orbitale nclinate la 55 de grade, la o altitudine de 20200Km. Ei au o perioad de revoluie de aproximativ 12 ore i o vitez de circa 3,9 km/s. Sateliii sunt echipai cu ceasuri atomice i dou emitoare n banda D.

Cu ajutorul unui receptor GPS instalat pe un corp rigid (autovehiculul) se poate determina poziia acestuia pe glob. Avnd instalate dou sau trei receptoare (sau un receptor special cu trei antene) pe acelai corp rigid se poate determina i orientarea acestuia, n plan sau n spaiu.

Determinarea poziiei prin GPS poate fi afectat de multe erori, cum sunt: imprecizia orbitei, abateri accidentale de la orbit, timp inexact, poziia relativ nefavorabil a sateliilor vizibili, abateri ale undei radio de la traiectoria teoretic din cauza mediului neomogen pe care-l strbate, erori de poziionare etc.

Din aceste cauze, coordonatele absolute ale unui punct de pe suprafaa terestr se determin cu precizie de ordinul metrilor. Se pot determina cu precizie ridicat (centimetri sau milimetri) coordonatele relative ale punctelor msurate simultan, cu aceeai configuraie de satelii, ntruct erorile se anuleaz reciproc. Sistemul GLONASS

Sistemul GLONASS (din limba englez: GLObal NAvigation Satellite System, sau din limba rus: GLObalnaia Navigationnaia Sputnikovaia Sistema) este un sistem de localizare prin satelit nceput de Uniunea Sovietic i continuat, bineneles, de Rusia. Este o alternativ la sistemul GPS american (i la sistemul european Galileo aflat nc n faza de dezvoltare). Sistemul Galileo

Galileo este sistemul de localizare prin satelit realizat de Agenia Spaial European, ca replic la sistemul american GPS. Scopul principal al lansrii sistemului Galileo a fost asigurarea autonomiei Europei n ce privete localizarea prin satelit (ntruct GPS este controlat de ctre autoritile militare americane, acestea putnd decide oricnd degradarea intenionat a calitii semnalului), dar se asigur compatibilitatea total cu GPS. Se estimeaz ca sistemul s devin complet operaional n acest an (2010). mpreun cu serviciul EGNOS se estimeaz o precizie de localizare oferit de ctre sistemul Galileo s fie de circa 2 metri.

Sistemul Galileo dispune de 30 de satelii (27 operaionali i 3 de rezerv) care nconjoar Pmntul pe trei plane orbitale circulare, cu o nclinaie de 56, la o altitudine de 23222 km. Acetia reprezint segmentul spaial. Se estimeaz ca sistemul Galileo s ofere o precizie a localizrii de 4 metri fr semnal diferenial i respectiv 10 cm cu semnal diferenial.

2.2.2. Recepia semnalului GPS n principiu, semnalul recepionat de anten este preluat de un preamplificator cu filtru

trece-jos, pentru a elimina zgomotul de semnal de frecven mai mic i a amplifica semnalul util, cu frecven purttoare de peste 1 GHz (2.2.1). Semnalul este apoi mixat cu codul generat local i introdus ntr-un demodulator pentru a se extrage datele utile (mesajele de navigare).

Sateliii GPS transmit semnale pe dou frecvene purttoare, asigurnd dou niveluri de servicii: SPS i PPS.

Semnalul SPS (Standard Positioning Service) este semnalul recepionat de majoritatea dispozitivelor comerciale. Calitatea semnalului SPS poate fi alterat deliberat de ctre DoD (Department of Defense adic departamentul de aprare din guvernul SUA). Semnalul SPS este transmis pe frecvena f1, de 1575.42 MHz.


25

Semnalul PPS (Precise Positioning Service) asigur o precizie mai mare i era iniial rezervat aplicaiilor militare i speciale. Semnalul este transmis pe frecvena f2, de 1227.60 MHz i este utilizat pentru msurarea ntrzierii datorate propagrii prin ionosfer.

Cele dou frecvene purttoare sunt modulate n faz de trei semnale de cod binar: - Codul C/A (Coarse Acquisition) moduleaz n faz purttoarea de frecven f1; - Codul P (Precise) moduleaz n faz att purttoarea de frecven f1 ct i cea de

frecven f2; Mesajul de navigare moduleaz, de asemenea, purttoarea de frecven f1. Mesajul de

navigare este un semnal de 50 Hz constnd n bii de date care descriu orbitele sateliilor GPS, coreciile de timp i ali parametri de sistem.

La recepie, pe baza celor trei semnale se calculeaz datele PVT (Poziie, Vitez, Timp) transmise mai departe de ctre receptorul GPS prin protocoale NMEA sau similare.

2.2.3. Preluarea datelor de la receptoarele GPS. Secvene NMEA Receptoarele GPS pot s stocheze datele n memoria proprie nevolatil (de exemplu pe

carduri de memorie SD sau CompactFlash), n fiiere de tip text (format txt sau gpx), sau pot transmite datele altor dispozitive prin interfa RS232 sau USB, printr-un protocol de transfer.

Protocolul de transfer al datelor GPS cel mai cunoscut este NMEA (National Marine Electronics Associations). O secven NMEA este constituit dintr-un ir de caractere format dintr-un identificator de tip i mai multe cmpuri de date. Identificatorul de tip se folosete la recepie pentru stabilirea tipului i formatului secvenei de date ce urmeaz s fie citite.

Pentru comunicaia cu dispozitivele GPS, identificatorii secvenelor NMEA ncep cu caracterele GP. Cteva din codurile de identificare ale secvenelor NMEA i semnificaia lor sunt date n Tabelul 2.1.

Pe lng secvenele NMEA standard, receptoarele GPS mai pot s transmit secvene de date proprietare, n funcie de tipul lor. Pentru fiecare aplicaie pe baz de date GPS, se pot selecta secvenele NMEA sau proprietare cele mai potrivite.

Tabelul 2.1 Coduri de identificare ale secvenelor NMEA Cod de identificare Descriere

GPALM Date ale almanahului GPDTM Datum-ul utilizat (ex: WGS84) GPGLL Date de longitudine/latitudine GPGGA Date de localizare 3D i despre acuratee GPGSA Date generale despre satelii GPGSV Date detaliate despre satelii GPRMC Date minim recomandate pentru GPS GPVTG Direcia de naintare i viteza fa de sol

Toate codurile de identificare ncep cu semnul $. Exemple de secvene NMEA, utilizate n aplicaiile prezentate n aceast lucrare:

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47 $GPGSA,A,3,04,05,,09,12,,,24,,,,,2.5,1.3,2.1*39 $GPGSV,2,1,08,01,40,083,46,02,17,308,41,12,07,344,39,14,22,228,45*75 $GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A $GPVTG,054.7,T,034.4,M,005.5,N,010.2,K*48 Cele mai simple aplicaii de poziionare pot folosi doar secvenele GPRMC, iar pentru a

avea i informaii despre calitatea poziionrii se mai pot folosi secvenele GPGSA i GPGSV.


26

2.3. TRANSFORMAREA COORDONATELOR GEOGRAFICE Datele preluate de la receptoarele GPS includ coordonatele geografice (latitudine i

longitudine) i altitudinea pentru poziionarea receptorului pe suprafaa Pmntului. Coordonatele geografice trebuie transformate n coordonate rectangulare (x, y), n sistem metric, pentru a putea fi utilizate la studiul comportamentului autovehiculului.

Principial, problema se pune astfel [66]: fiind dat un punct de pe elipsoid, prin coordo-natele sale geografice (B, L, unde B este latitudinea iar L reprezint longitudinea), trebuie s se determine poziia imaginii sale din planul de proiecie prin coordonate rectangulare (x, y), unde:

x = f1(B, L) y = f2(B, L) (eq. 2.1)

Relaiile de mai sus reprezint forma general a ecuaiilor hrii. Funciile f1 i f2 sunt arbitrare, dar trebuie s fie continue i finite pentru domeniul de reprezentat.

Reprezentarea spaiului geografic real n aplicaiile software (GIS, CAD) presupune definirea coordonatelor n raport cu poziia lor corect pe suprafaa globului terestru. Definirea corect a sistemului de coordonate geografice include tipul de elipsoid, originea i orientarea sistemului de coordonate, sistemul de proiecie i unitatea de msur. Indiferent dac globul terestru este aproximat cu o sfer sau cu un elipsoid, pentru reprezentarea spaiului geografic tridimensional pe hri bidimensionale sunt necesare transformri. Sistemele de proiecie reprezint ansamblul metodelor matematice prin care se realizeaz aceste transformri.

Hrile de navigare digitale i sistemele GPS utilizeaz n mod implicit datum-ul WGS84. n cazul msurtorilor de poziie efectuate dintr-un autovehicul n mers, dar i n cazul msurrii drumurilor, cldirilor sau altor repere, inclusiv prin intermediul imaginilor raster, rezultatele msurtorilor trebuie s fie georefereniate. Aceasta nseamn c datele de poziie respective trebuie asociate unui sistem de coordonate, acesta fiind la rndul su definit pe baza unui sistem de proiecie.

Pentru a fi reprezentate ntr-un sistem GIS sau CAD punctele nregistrate trebuie s fie transformate ntr-un sistem de proiecie (Stereo 70 este preferat n Romnia). Transformarea se face n funcie de puncte de referin, cu coordonate cunoscute n ambele sisteme. Formulele de transformare nu sunt aceleai pe tot teritoriul rii i este dificil stabilirea unei reguli de transformare valabile n orice loc de pe hart. Coreciile care se fac se pot reduce, cu o bun aproximare, la o translaie n plan.

Dinamica autovehiculelor

Documents

Transcript of Dinamica autovehiculelor