ThsController.java
作成: JBuilder
package matsubara.carcontroller;

import matsubara.gear.*;


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タイトル: THSシミュレータ

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説明: プリウスのハイブリッドシステム(THS)の心臓部、遊星歯車機構のシミュレーション

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著作権: Copyright (c) 2002 m.matsubara

* @author m.matsubara * @version 1.2.0 */ public class ThsController extends CarController { PlanetaryGear m_planetaryGear; boolean m_bGasoline; boolean m_bMotor; boolean m_bKaisei; double m_rBatterySOC = 60.0; // HVバッテリー残量(SOC = State of charge); boolean m_bEngineRequest = false; // HVバッテリーが足りないとき(40%未満)ON → 50%になるまで boolean m_bPowerSaveMode = false; // いわゆるカメ // THS 動作モード /** エネルギーの流れなし */ public static final int thsStop = 0; /** 停止で充電 */ public static final int thsStopAndEngine = 1; /** モーターのみで発進 */ public static final int thsStart = 2; /** 通常運転 */ public static final int thsNormal = 3; /** 通常運転(オーバードライブ・モーターと発電機の役割が逆転) */ public static final int thsNormalOD = 4; /** 全開加速(エンジン+モーター) */ public static final int thsFullAccel = 5; /** 全開加速(エンジン+モーター) */ public static final int thsFullAccelOD = 6; /** 回生ブレーキ */ public static final int thsKaisei = 7; /** 回生ブレーキ+エンジンは発電機の負荷で動いている */ public static final int thsKaiseiAndEngine = 8; /** モーターのみで発進 */ public static final int thsBackAndEngine = 9; /** 動作モード */ int m_nThsMode = thsStop; /** * ThsController の初期化 * @param nPlanetaryGearX プラネタリギアを描くときのX座標 * @param nPlanetaryGearY プラネタリギアを描くときのX座標 * @param nPlanetaryGearSize プラネタリギアを描くときのサイズ(半径) */ public ThsController(int nPlanetaryGearX, int nPlanetaryGearY, int nPlanetaryGearSize) throws EPlanetaryGear { super(); m_planetaryGear = new PlanetaryGear(nPlanetaryGearX, nPlanetaryGearY, nPlanetaryGearSize, 30, 23, 78, 4, 4); // 動力分割機構 setFuel(50); // 燃料満タン } /** * シフトポジションの設定(安全装置付き♪) * 安全装置(?)が付いているためDレンジからいきなり P や R に入ったりしない。 * @param sShiftPosition 新しいシフトポジション */ public void setShiftPosition(String sShiftPosition) { double rSpeed = getSpeed(); if (sShiftPosition.equals("P")) { if (rSpeed == 0) super.setShiftPosition(sShiftPosition); else super.setShiftPosition("N"); } else if (sShiftPosition.equals("R")) { if (rSpeed <= 3) super.setShiftPosition(sShiftPosition); // else // super.setShiftPosition("N"); } else if (sShiftPosition.equals("N")) super.setShiftPosition(sShiftPosition); else if (sShiftPosition.equals("D") || sShiftPosition.equals("B")) { if (rSpeed >= -3) super.setShiftPosition(sShiftPosition); // else // super.setShiftPosition("N"); } } /** * 車の状態をシミュレートする * @param rMilliSec 経過秒数 * @param nAccel アクセルの踏み込み量(%) * @param nBrake ブレーキの踏み込み量(%) */ protected void driveInternal(double rMilliSec, int nAccel, int nBrake) { String sShiftPosition = getShiftPosition(); if (getFuel() <= 0) { // インチキだがガス欠判断 nAccel = 0; nBrake = 30; } if (sShiftPosition.equals("D")) driveInternal_D_B(rMilliSec, nAccel, nBrake); else if (sShiftPosition.equals("B")) driveInternal_D_B(rMilliSec, nAccel, nBrake); else if (sShiftPosition.equals("R")) driveInternal_R(rMilliSec, nAccel, nBrake); else if (sShiftPosition.equals("P")) driveInternal_P(rMilliSec, nAccel, nBrake); else driveInternal_N(rMilliSec, nAccel, nBrake); // N レンジ m_bMotor = (m_nThsMode == thsStart) || (m_nThsMode == thsFullAccel) || (m_nThsMode == thsFullAccelOD) || (m_nThsMode == thsBackAndEngine); m_bKaisei = (m_nThsMode == thsKaisei) || (m_nThsMode == thsKaiseiAndEngine); m_bGasoline = (m_nThsMode == thsFullAccel) || (m_nThsMode == thsFullAccelOD) || (m_nThsMode == thsNormal) || (m_nThsMode == thsNormalOD) || (m_nThsMode == thsStopAndEngine)|| (m_nThsMode == thsBackAndEngine); if (m_rBatterySOC > 80.0) m_rBatterySOC = 80.0; if ((m_bEngineRequest == false) && (m_rBatterySOC < 45)) { m_bEngineRequest = true; System.out.println("m_bEngineRequest = true"); } if (m_rBatterySOC < 40) m_bPowerSaveMode = true; if ((m_bEngineRequest != false) && (m_rBatterySOC >= 50)) { m_bEngineRequest = false; m_bPowerSaveMode = false; System.out.println("m_bEngineRequest = false"); } } private double engineRpm(double rTargetEngineRpm, double rMilliSec) { // 回転数の制御 double rEngineRpm = m_planetaryGear.getPlaCarrierSpeed(); if (rEngineRpm < rTargetEngineRpm) { rEngineRpm += (rMilliSec / 1000) * 1000; if (rEngineRpm > rTargetEngineRpm) rEngineRpm = rTargetEngineRpm; } else if (rEngineRpm > rTargetEngineRpm) { rEngineRpm -= (rMilliSec / 1000) * 2000; if (rEngineRpm < rTargetEngineRpm) rEngineRpm = rTargetEngineRpm; } return rEngineRpm; } /** * Pレンジの時のシミュレーション * @param rMilliSec 経過秒数 * @param nAccel アクセルの踏み込み量(%) * @param nBrake ブレーキの踏み込み量(%) */ private void driveInternal_P(double rMilliSec, int nAccel, int nBrake) { m_nThsMode = thsStop; // THS各目標値 double rTargetEngineRpm = 0; // エンジンの状態 if (nAccel >= 5) { // エンジン燃焼 rTargetEngineRpm = 1000 + nAccel * 500 / 100 ; } // バッテリーの状態が悪いとき if (m_bEngineRequest) { if (rTargetEngineRpm < 1250) rTargetEngineRpm = 1250; rTargetEngineRpm = 1250; m_nThsMode = thsStopAndEngine; m_rBatterySOC += 0.00010 * rMilliSec; } // 回転数の制御 double rEngineRpm = engineRpm(rTargetEngineRpm, rMilliSec); m_planetaryGear.setRingGearSpeed(0); m_planetaryGear.setPlaCarrierSpeed(rEngineRpm); m_planetaryGear.move(rMilliSec / 100); } /** * Rレンジの時のシミュレーション * @param rMilliSec 経過秒数 * @param nAccel アクセルの踏み込み量(%) * @param nBrake ブレーキの踏み込み量(%) */ private void driveInternal_R(double rMilliSec, int nAccel, int nBrake) { m_nThsMode = thsStop; // THS各現状値 double rSpeed = getSpeed(); // THS各目標値 double rTargetSpeed = - 5 - (double)(nAccel * 35 / 100); double rTargetEngineRpm = 0; if (m_bEngineRequest) { if (rTargetSpeed < -16) rTargetSpeed = -16; rTargetEngineRpm = 1200; } if (m_bPowerSaveMode == false && m_bEngineRequest && rSpeed < -5) // エンジン回転要求があっても速度が -5km/h より速いときはエンジンを回さない。 rTargetEngineRpm = 0; double rEngineRpm = engineRpm(rTargetEngineRpm, rMilliSec); // 加速・自然減速の計算 m_bMotor = true; m_nThsMode = thsStart; if (rSpeed > rTargetSpeed) { // 加速の計算 rSpeed += (rTargetSpeed - rSpeed) * rMilliSec / 1000 * 0.15; if (rSpeed < rTargetSpeed) rSpeed = rTargetSpeed; } else { rSpeed += 2.20 * rMilliSec / 1000; if (rSpeed > rTargetSpeed) rSpeed = rTargetSpeed; if (rSpeed < -10) m_nThsMode = thsKaisei; } if (rEngineRpm > 1000) m_nThsMode = thsBackAndEngine; // ブレーキの判断 if (isParkingBrake() && nBrake < 50) nBrake = 50; // パーキングブレーキを普通のブレーキの50%とみなす。 if (nBrake > 5) { rSpeed += 0.25 * nBrake * rMilliSec / 1000; if (rSpeed > 0) rSpeed = 0; if (rSpeed < -10) m_nThsMode = thsKaisei; else m_nThsMode = thsStop; } // エンジンが回転していて速度が0の時 if (rEngineRpm > 1000 && rSpeed == 0) m_nThsMode = thsStopAndEngine; if (m_nThsMode == thsStart) m_rBatterySOC -= rSpeed * -0.0000030 * rMilliSec; else if (m_nThsMode == thsKaisei) m_rBatterySOC += rSpeed * -0.0000010 * rMilliSec; else if (m_nThsMode == thsBackAndEngine) m_rBatterySOC += 0.0000020 * rMilliSec; else if (m_nThsMode == thsStopAndEngine) m_rBatterySOC += 0.00010 * rMilliSec; // double rTyreDiameter = 165 * 0.65 * 2 + 15 * 25.4; double rTyreDiameter = 285 * 2; double rTyreGirth = rTyreDiameter * Math.PI; double rRingGear = (3.927 / rTyreDiameter / Math.PI / 60 * 1000 * 1000) * rSpeed; m_planetaryGear.setRingGearSpeed(rRingGear); m_planetaryGear.setPlaCarrierSpeed(rEngineRpm); m_planetaryGear.move(rMilliSec / 100); } /** * Nレンジの時のシミュレーション * @param rMilliSec 経過秒数 * @param nAccel アクセルの踏み込み量(%) * @param nBrake ブレーキの踏み込み量(%) */ private void driveInternal_N(double rMilliSec, int nAccel, int nBrake) { double rSpeed = getSpeed(); // Nレンジでは回生ブレーキが使えないのでブレーキの利きがやや緩い if (rSpeed > 0) { rSpeed -= (1.4 + rSpeed / 100 * 1.5) * rMilliSec / 1000 * 0.5; // 自然減速分 rSpeed -= (0.20 + rSpeed / 100 * 0.8) * nBrake * rMilliSec / 1000 * 0.5; // ブレーキ if (rSpeed < 0) rSpeed = 0; } else if (rSpeed < 0) { rSpeed += (1.4 - rSpeed / 100 * 1.5) * rMilliSec / 1000 * 0.5; // 自然減速分 rSpeed += (0.20 - rSpeed / 100 * 0.8) * nBrake * rMilliSec / 1000 * 0.5; // ブレーキ if (rSpeed > 0) rSpeed = 0; } // double rTyreDiameter = 165 * 0.65 * 2 + 15 * 25.4; double rTyreDiameter = 285 * 2; double rTyreGirth = rTyreDiameter * Math.PI; double rRingGear = (3.927 / rTyreDiameter / Math.PI / 60 * 1000 * 1000) * rSpeed; m_planetaryGear.setRingGearSpeed(rRingGear); m_planetaryGear.setPlaCarrierSpeed(0); m_planetaryGear.move(rMilliSec / 100); m_nThsMode = thsStop; } /** * DレンジとBレンジの時のシミュレーション * @param rMilliSec 経過秒数 * @param nAccel アクセルの踏み込み量(%) * @param nBrake ブレーキの踏み込み量(%) */ private void driveInternal_D_B(double rMilliSec, int nAccel, int nBrake) { // THS各現状値 double rSpeed = getSpeed(); double rEngineRpm = m_planetaryGear.getPlaCarrierSpeed(); // THS各目標値 double rTargetSpeed = 13 + nAccel * 1.6; double rTargetEngineRpm = 0; // エンジンの状態 // double rEngineStopSpeed = (m_rBatterySOC >= 45) ? 45 : 40; // エンジン停止速度(エンジンとモーターの速度の境界) double rEngineStopSpeed = 45; double rMoterAccelDiff = (m_rBatterySOC >= 50) ? 20 : 10; // モーターのみでの加速のしやすさ(値の大きい方がモーターのみで加速しやすい) if ((rSpeed >= rEngineStopSpeed || rSpeed < rTargetSpeed - rMoterAccelDiff) && nAccel >= 10) { // エンジン燃焼 rTargetEngineRpm = 1150 + (rTargetSpeed - 40) * (rTargetSpeed - 40) * 2850 / 10000 ; if (rTargetEngineRpm > 4000) rTargetEngineRpm = 4000; if (rEngineRpm >= 1000) m_nThsMode = thsNormal; else m_nThsMode = thsStart; } else if (rSpeed >= 3 && rSpeed < 15 && rEngineRpm >= 1000) { rTargetEngineRpm = 1150; m_nThsMode = thsNormal; } else { // エンジンは発電機によって回されているか、または止まっている(燃焼していない) rTargetEngineRpm = 1000 + (rSpeed - 50) * 10; if (rSpeed < 45) rTargetEngineRpm = 0; m_nThsMode = thsStart; } // HVバッテリーSOCが少ないとき // 減速中(ブレーキを踏んでいて、なおかつ速度が15km/h以上でないとき)は、エンジンを止めることがある if (m_bPowerSaveMode) { if (nBrake <= 5 || rSpeed < 15) { rTargetEngineRpm += 100; rTargetEngineRpm = rTargetEngineRpm > 1250 ? rTargetEngineRpm : 1250; rTargetEngineRpm = rTargetEngineRpm < 4000 ? rTargetEngineRpm : 4000; } if (rSpeed != 0) m_nThsMode = thsNormal; if (rTargetSpeed >= 140) rTargetSpeed = 140; } rEngineRpm = engineRpm(rTargetEngineRpm, rMilliSec); // 加速・自然減速の計算 if (rSpeed < rTargetSpeed) { // 加速の計算 double rMaxPowerRatio = 0.5 + (160 - rSpeed) / 320; if (m_bPowerSaveMode) rMaxPowerRatio *= 0.9; // カメモードの時は加速は鈍くする if (getShiftPosition().equals("D")) rSpeed += Math.pow(rTargetSpeed - rSpeed, 0.9) * rMilliSec / 1000 * 0.120 * rMaxPowerRatio; // D レンジの加速 else rSpeed += Math.pow(rTargetSpeed - rSpeed, 0.9) * rMilliSec / 1000 * 0.111 * rMaxPowerRatio; // B レンジの加速 if (rSpeed > rTargetSpeed) rSpeed = rTargetSpeed; if ((rSpeed < rTargetSpeed - 15) || (rTargetSpeed > 140) || (rEngineRpm == 0)) { if (rEngineRpm >= 1000) { if (m_bPowerSaveMode == false) m_nThsMode = thsFullAccel; } else m_nThsMode = thsStart; // 微妙な加速 } } else { // 自然減速 double rBrakeRatio = 1.0; // Dレンジのときの自然減速の割合との比較 if (getShiftPosition().equals("B")) rBrakeRatio = 1.4; // Bレンジの比率 rSpeed -= (1.4 + rSpeed / 100 * 1.5) * rMilliSec / 1000 * rBrakeRatio; if (rSpeed < rTargetSpeed) rSpeed = rTargetSpeed; if ((nAccel == 0) && (rSpeed > 15)) m_nThsMode = thsKaisei; m_nThsMode = thsKaisei; } // ブレーキの判断 if (isParkingBrake() && nBrake < 50) nBrake = 50; // パーキングブレーキを普通のブレーキの50%とみなす。 if (nBrake > 5) { rSpeed -= (0.20 + rSpeed / 100 * 0.8) * nBrake * rMilliSec / 1000; if (rSpeed < 0) rSpeed = 0; if (rSpeed > 10) m_nThsMode = thsKaisei; else m_nThsMode = thsStop; } if ((m_nThsMode == thsKaisei) && (rTargetEngineRpm > 0)) m_nThsMode = thsKaiseiAndEngine; if ((m_nThsMode == thsStop) && rEngineRpm >= 1250) m_nThsMode = thsStopAndEngine; // double rTyreDiameter = 165 * 0.65 * 2 + 15 * 25.4; double rTyreDiameter = 285 * 2; double rTyreGirth = rTyreDiameter * Math.PI; double rRingGear = (int)((3.927 / rTyreDiameter / Math.PI / 60 * 1000 * 1000) * rSpeed); m_planetaryGear.setRingGearSpeed(rRingGear); m_planetaryGear.setPlaCarrierSpeed(rEngineRpm); // 発電機の回転数が極端にならないようにエンジンの回転数を調節 if (m_planetaryGear.getSunGearSpeed() > 6000) m_planetaryGear.setSunGearSpeed(6000); else if (m_planetaryGear.getSunGearSpeed() < -4500) m_planetaryGear.setSunGearSpeed(-4500); if ((m_nThsMode == thsNormal) && (m_planetaryGear.getSunGearSpeed() < 300)) m_nThsMode = thsNormalOD; // 発電機は 300rpm で発電を失効する(と仮定する)このとき、オーバードライブ状態であるとみなす。 if ((m_nThsMode == thsFullAccel) && (m_planetaryGear.getSunGearSpeed() < 300)) m_nThsMode = thsFullAccelOD; // 発電機は 300rpm で発電を失効する(と仮定する)このとき、オーバードライブ状態であるとみなす。 m_planetaryGear.move(rMilliSec / 100); // プラネタリギアを回転させる switch (m_nThsMode) { case thsStart: case thsFullAccel: case thsFullAccelOD: m_rBatterySOC -= (rSpeed) * 0.0000022 * rMilliSec + (rTargetSpeed - rSpeed) * 0.0000015 * rMilliSec; break; case thsKaisei: case thsKaiseiAndEngine: m_rBatterySOC += (rSpeed - rTargetSpeed) * 0.000001 * rMilliSec; break; case thsNormal: case thsNormalOD: m_rBatterySOC += 0.000030 * rMilliSec; break; case thsStopAndEngine: m_rBatterySOC += 0.00010 * rMilliSec; break; case thsStop: break; } } /** * エンジンの回転数を取得する * @return エンジンの回転数(rpm) */ public double getEngineRpm() { return m_planetaryGear.getPlaCarrierSpeed(); } /** * 車速を取得する * @return 車速(km/h) */ public double getSpeed() { // double rTyreDiameter = 165 * 0.65 * 2 + 15 * 25.4; double rTyreDiameter = 285 * 2; double rTyreGirth = rTyreDiameter * Math.PI; return (m_planetaryGear.getRingGearSpeed() / 3.927 * rTyreDiameter * Math.PI * 60 / 1000 / 1000); } /** * シミュレーションに使うプラネタリギアオブジェクト * @return プラネタリギアオブジェクト */ public PlanetaryGear getPlanetaryGear() { return m_planetaryGear; } /** * THS(Toyota Hybrid System) の状態を取得 * @return THS の状態 */ public int getThsMode() { return m_nThsMode; } /** * ガソリンを消費しているか判定 * @return ガソリンを消費しているとき true */ public boolean isGasoline() { return m_bGasoline; } /** * モーターを使用しているか判定 * @return モーターで走っているかエンジンをアシストしているとき true */ public boolean isMotor() { return m_bMotor; } /** * 回生ブレーキ動作中か判定 * @return 回生ブレーキ動作中のとき true */ public boolean isKaisei() { return m_bKaisei; } /** * プラネタリギアのリングギア(モーター直結・ファイナルギアへ接続) * @return プラネタリギアのリングギア */ public Gear getRingGear() { return m_planetaryGear.getRingGear(); } /** * プラネタリギアのプラネタリキャリア(エンジンに直結) * @return プラネタリギアのプラネタリキャリア */ public PlanetaryCarrier getPlanetaryCarrier() { return m_planetaryGear.getPlanetaryCarrier(); } /** * プラネタリギアのサンギア(発電機に直結) * @return プラネタリギアのサンギア */ public Gear getSunGear() { return m_planetaryGear.getSunGear(); } /** * リングギアの回転速度を取得する * @return リングギアの回転速度(rpm) */ public double getRingGearSpeed() { return m_planetaryGear.getRingGearSpeed(); } /** * プラネタリキャリアの回転速度を取得する * エンジン回転数と等価となる * @return プラネタリキャリアの回転速度(rpm) */ public double getPlaCarrierSpeed() { return m_planetaryGear.getPlaCarrierSpeed(); } /** * サンギアの回転速度を取得する * 発電機の回転数となる * @return サンギアの回転速度(rpm) */ public double getSunGearSpeed() { return m_planetaryGear.getSunGearSpeed(); } /** * バッテリー残量を取得 * @return バッテリー残量(%) */ public double getBatterySOC() { return m_rBatterySOC; } /** * バッテリー残量が減り、充電の必要があるときに true * エンジンが常に掛かった状態となる * @return 充電の必要があるときに true */ public boolean isEngineRequest() { return m_bEngineRequest; } /** * 出力制限警告灯(いわゆるカメ)の表示状態を判定 * @return 出力制限警告灯が点灯しているとき true */ public boolean isPowerSaveMode() { return m_bPowerSaveMode; } /** * 直前の drive メソッドで使用された燃料使用量(L) * @param rMilliSec 経過秒数 * @return 燃料使用量(L) */ protected double getUseFuel(double rMilliSec) { double rUseFuel = 0; String sShiftPosition = getShiftPosition(); if (isGasoline()) { double rBatteryRatio = 1.0 + (m_rBatterySOC - 60.0) / 20.0 * 0.10; // バッテリーSOCを基準として多ければ燃費を良くし、少なければ燃費を悪くする if (sShiftPosition.equals("D") || sShiftPosition.equals("R")) rUseFuel = Math.pow(getEngineRpm() / 1000, 1.4) * 1.7 / 3600 / 1000 * rMilliSec / rBatteryRatio; else rUseFuel = Math.pow(getEngineRpm() / 1000, 1.5) * 1.54 / 3600 / 1000 * rMilliSec / rBatteryRatio; } return rUseFuel; } }
ThsController.java
作成: JBuilder








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