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Vehicle Body

模型是一辆纵向行驶的双轴汽车。

blockType: Engee1DMechanical.Vehicles.Body

图书馆路径:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Tires & Vehicles/Vehicle Body

说明

车体 Vehicle Body 代表纵向运动的双轴车体。车辆每个车轴上的车轮数量可以相同,也可以不同。例如,前轴有两个车轮,后轴有一个车轮。假设车辆的车轮大小相同。车辆的质量中心 (CG) 可以位于或低于行驶平面。

该单位考虑了车辆质量、空气阻力、路面倾斜度和车轴之间的重量分配,作为加速度和路面状况的函数。此外,还可以考虑车辆的俯仰转弯,并计算悬挂系统的动力。车辆相对于地面不会垂直移动。

该装置可包括外部质量和外部惯性。在模拟过程中,车体的质量、惯性和质心可能会随着系统的变化而改变。

模型

车辆的轴线平行并形成一个平面。纵向方向 位于该平面内,与车轴垂直。如果车辆在坡度为 的斜面上行驶,则法线方向( )并不平行于重力,而是始终垂直于车轴的纵向平面。

图中显示了车辆运动模型的变量。

vehicle body 1

定义车辆运动的变量:

  • - 参数值 Gravitational acceleration ;

  • - 道路坡度角,端口 β 的值;

  • - 车辆质量,由参数 Mass 和端口 M 的值确定(如果使用);

  • - 车辆质心距地面的高度;

  • - 车辆质心在车轴公共平面上的法线投影点到前后车轴的距离;

  • - 车辆速度。当 时,车辆向前行驶。 时,车辆向后行驶;

  • - 风速。当 时,风是迎面吹来的。当 时,风向为横风;

  • - 参数值 Number of wheels per axle .可以使用整数或双元素矢量,其中元素分别代表前轴和后轴;

  • - 前轮和后轮地面接触点上每个车轮分别受到的纵向力;

  • - 在前后地面接触点上每个车轮分别受到的法向载荷力;

  • - 舯部面积;

  • - 空气阻力系数

  • - 空气质量密度;

  • - 空气阻力。

计算公式

车辆动力学

车辆的运动是作用在车辆上的所有力和扭矩的结果。轮胎的纵向力推动车辆前进或后退。车辆的重力 通过其质量中心起作用。根据倾角的不同,重力将车辆拉向地面,车辆在重力的影响下向前或向后行驶。无论车辆是向前还是向后行驶,空气阻力都会使车辆减速。为简单起见,假定空气阻力的作用点与质量中心重合。

零法向加速度和零扭矩决定了前后轮的法向力。

车轮的法向力满足要求:

如果方程中包含外部给定的质量或惯性,方程中的相关参数就会随着输入量的变化而变化。

俯仰体倾斜动力学.

俯仰面上的车身侧倾角加速度取决于扭矩和车辆惯性的三个分量:

其中

  • - 是俯仰旋转时的角加速度;

  • - 纵向力;

  • - 平行于轴线测量的质心高度

  • - 惯性。

如果选择了悬挂刚度和阻尼的线性模型,程序块将使用近似值,并假设俯仰角较小。如果选择表格模型,程序块将使用指定矢量计算俯仰平面动态。有关刚性限制器方程,请参见Translational Hard Stop

限制和假设

Vehicle Body 只能模拟与地面平行并沿行驶方向的纵向动力学。假定车辆沿纵向和法向处于平衡状态。该单元不模拟翻滚或垂直运动。因此,方程假定车轮从未失去接触。这一限制可能导致负法向力。

端口

非定向

# H — 水平运动
渐进力学

Details

与车身水平运动相关的非定向机械端口。将轮胎牵引力连接到该端口。

程序使用名称

flange

输出

# V — 纵向速度,米/秒
尺度

Details

车辆在相关坐标系中的纵向速度(米/秒)。

数据类型

Float64`。

复数支持

# NR — 后轴上的法向力,N
尺度

Details

后轴上的法向力,单位 N。向下作用的车轮力被视为正力。

数据类型

浮力 64

复数支持

# NF — 前轴上的法向力,N
尺度

Details

前轴上的法向力,单位 N。如果车轮上的力向下作用,则视为正力。

数据类型

浮力 64

复数支持

输入

# W — 顶风速度,米/秒
尺度

Details

逆风速度,单位 m/s。

数据类型

Float64`。

复数支持

# β — 是道路坡度角,弧度。
标量

Details

道路的倾斜角,单位为弧度。

数据类型

Float64`。

复数支持

# CGX — 质心沿_x_轴的位置,m
标量

Details

相对于_x_轴上车体质量中心的外部质量中心的位置,单位为 m。

依赖关系

要使用该参数,请选择复选框 Externally-defined additional mass .

数据类型

Float64`。

复数支持

# CGY — 质心沿 y 轴的位置,m
标量

Details

y 轴上,外部定义质量的质心相对于车体质心的位置,单位为 m。

依赖关系

要使用该参数,请选择复选框 Externally-defined additional mass .

数据类型

Float64`。

复数支持

# M — 质量,千克
标量

Details

外部定义的质量值,单位为千克。

依赖关系

要使用该参数,请选择复选框 Externally-defined additional mass .

数据类型

Float64`。

复数支持

# J — 外部惯性矩,kg⋅m2
标量

Details

外部给定质量的惯性矩,单位为 kg-m2

依赖关系

要使用该参数,请勾选 Externally-defined additional massPitch dynamics .

数据类型

Float64.

复数支持

参数

主要

# Mass — 车辆重量
kg | mg | g | t | lbm | oz | slug

Details

车辆重量。

计量单位

kg | mg | g | t | lbm | oz | slug

默认值

1200.0 kg

程序使用名称

m

可计算

# Number of wheels per axle — 每轴车轮数

Details

前后轴上的车轮数量。 如果输入值是标量,那么前轴和后轴上的车轮数量被认为是相同的。 例如,如果输入值为 2,则假设前后轴各有两个车轮。

如果输入值是双元向量,那么第一个数字是前桥的车轮数,第二个数字是后桥的车轮数。 例如,如果输入数据是数组 [2, 1],那么假设前轴有两个轮子,后一个有一个。

默认值

2

程序使用名称

wheels_per_axle_count

可计算

# Horizontal distance from CG to front axle — 质心到前轴的距离
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

水平距离, ,从质心到车辆前轮轴线。

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

1.4 m

程序使用名称

front_axle_distance

可计算

# Horizontal distance from CG to rear axle — 质心到后轴的距离
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

水平距离, ,从质心到车辆的后轮轴线。

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

1.6 m

程序使用名称

rear_axle_distance

可计算

# CG height above ground — 质心到地球的距离
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

距离, ,在车辆的质心和地面之间。

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

0.5 m

程序使用名称

gravity_center_height

可计算

# Externally-defined additional mass — 启用可变质量

Details

包括质量作为影响车身质量和质心的时间变量或事件的选项。 使用此选项可以考虑车辆乘员或车身没有严格固定。

默认值

false (关掉)

程序使用名称

enable_additional_mass

可计算

# Gravitational acceleration — 自由落体加速
m/s^2 | mm/s^2 | cm/s^2 | km/s^2 | in/s^2 | ft/s^2 | mi/s^2 | gn

Details

作用在车辆质心上的重力引起的加速度。

计量单位

m/s^2 | mm/s^2 | cm/s^2 | km/s^2 | in/s^2 | ft/s^2 | mi/s^2 | gn

默认值

9.81 m/s^2

程序使用名称

g

可计算

阻力

# Frontal area — 有效横截面积
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

车辆前部的有效截面积, . 块使用该值来计算车辆的空气动力阻力。

计量单位

m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

默认值

3.0 m^2

程序使用名称

midsection_area

可计算

# Drag coefficient — 气动阻力系数

Details

气动阻力系数, . 块使用该值来计算车辆的空气动力阻力。

默认值

0.4

程序使用名称

C_d

可计算

# Air density — 环境空气密度
kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

Details

车辆周围空气的密度。

计量单位

kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

默认值

1.18 kg/m^3

程序使用名称

rho_air

可计算

螺距

# Pitch dynamics — 暂停动力学会计选项

Details

如果要模拟悬架动力学,请选择此选项。

默认值

false (关掉)

程序使用名称

enable_pitch_dynamics

可计算

# Pitch moment of inertia — 车辆的转动惯量
kg*m^2 | g*m^2 | kg*cm^2 | g*cm^2 | lbm*in^2 | lbm*ft^2 | slug*in^2 | slug*ft^2

Details

车辆相对于横向旋转轴线的转动惯量。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*.

计量单位

kg*m^2 | g*m^2 | kg*cm^2 | g*cm^2 | lbm*in^2 | lbm*ft^2 | slug*in^2 | slug*ft^2

默认值

4000.0 kg*m^2

程序使用名称

I_pitch

可计算

# Suspension model — 悬架参数化方法
Linear | By table lookup

Details

悬架建模的参数化方法。 要使用标量值设置数据,请选择 Linear. 要使用矢量值设置数据,请选择 By table lookup.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*.

Linear | By table lookup

默认值

Linear

程序使用名称

suspension_parameterization

可计算

# Front suspension stiffness — 前悬架的弹性系数
N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

Details

前悬架在车轴上的弹性系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 Linear.

计量单位

N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

默认值

1e4 N/m

程序使用名称

k_front_axle

可计算

# Front suspension damping — 前悬架阻尼
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

车轴上的前悬架的阻尼。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 Linear.

计量单位

N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

默认值

1e4 N*s/m

程序使用名称

C_front_axle

可计算

# Rear suspension stiffness — 后悬架的弹性系数
N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

Details

后悬架在车轴上的弹性系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 Linear.

计量单位

N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

默认值

1e4 N/m

程序使用名称

k_rear_axle

可计算

# Rear suspension damping — 后悬架阻尼比
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

后悬架在车轴上的阻尼系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 Linear.

计量单位

N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

默认值

1e4 N*s/m

程序使用名称

C_rear_axle

可计算

# Front suspension stiffness force vector — 前悬架的弹力
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

前悬架的弹力。 将插值表的输出值设置为矢量。 输出向量中的元素数必须与输入向量中的元素数相同。 输入向量的参数为参数 *Front suspension deformation vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

默认值

[-2000.0, -1000.0, 0.0, 1000.0, 2000.0] N

程序使用名称

k_front_axle_vector

可计算

# Front suspension deformation vector — 前悬架变形
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

前悬架轴的变形,以位移定义。 将插值表的输入值设置为矢量。 向量中元素的值应该从左到右增加。 矢量中元素的最小数量取决于所选的插值方法。 *Interpolation method*. 为 Linear 指定至少两个元素进行插值。 为 Smooth 指定至少三个元素进行插值。 输出向量参数是参数 *Front suspension stiffness force vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

[-0.4, -0.2, 0.0, 0.2, 0.4] m

程序使用名称

delta_p_front_axle_vector

可计算

# Front suspension damping force vector — 前悬架的阻尼力
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

前悬架的阻尼力。 将插值表的输出值设置为矢量。 输出向量中的元素数必须与输入向量中的元素数相同。 输入向量的参数为参数 *Front suspension velocity vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

默认值

[-200.0, -100.0, 0.0, 100.0, 200] N

程序使用名称

C_front_axle_vector

可计算

# Front suspension velocity vector — 前悬挂速度
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

前悬架的速度。 将插值表的输入值设置为矢量。 向量中元素的值应该从左到右增加。 矢量中元素的最小数量取决于所选的插值方法。 *Interpolation method*. 为 Linear 指定至少两个元素进行插值。 为 Smooth 指定至少三个元素进行插值。 输出向量参数是参数 *Front suspension damping force vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

默认值

[-4.0, -2.0, 0.0, 2.0, 4.0] m/s

程序使用名称

v_front_axle_vector

可计算

# Rear suspension stiffness force vector — 后悬架的弹力
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

后悬架的弹力。 将插值表的输出值设置为矢量。 输出向量中的元素数必须与输入向量中的元素数相同。 输入向量的参数为参数 *Rear suspension deformation vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

默认值

[-2000.0, -1000.0, 0.0, 1000.0, 2000.0] N

程序使用名称

k_rear_axle_vector

可计算

# Rear suspension deformation vector — 后悬架的变形
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

后悬架的变形,以位移定义。 将插值表的输入值设置为矢量。 向量中元素的值应该从左到右增加。 矢量中元素的最小数量取决于所选的插值方法。 *Interpolation method*. 为 Linear 指定至少两个元素进行插值。 为 Smooth 指定至少三个元素进行插值。 输出向量参数是参数 *Rear suspension stiffness force vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

[-0.4, -0.2, 0.0, 0.2, 0.4] m

程序使用名称

delta_p_rear_axle_vector

可计算

# Rear suspension damping force vector — 后悬架的阻尼力
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

后悬架的阻尼力。 将插值表的输出值设置为矢量。 输出向量中的元素数必须与输入向量中的元素数相同。 输入向量的参数为参数 *Rear suspension velocity vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

默认值

[-200.0, -100.0, 0.0, 100.0, 200] N

程序使用名称

C_rear_axle_vector

可计算

# Rear suspension velocity vector — 后悬架速度
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

后悬架的速度。 将插值表的输入值设置为矢量。 向量中元素的值应该从左到右增加。 矢量中元素的最小数量取决于所选的插值方法。 *Interpolation method*. 为 Linear 指定至少两个元素进行插值。 为 Smooth 指定至少三个元素进行插值。 输出向量参数是参数 *Rear suspension damping force vector*.

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

计量单位

m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

默认值

[-4.0, -2.0, 0.0, 2.0, 4.0] m/s

程序使用名称

v_rear_axle_vector

可计算

# Interpolation method — 的插值方法
Linear | Smooth

Details

当输入值在两个连续网格点之间时,近似输出值的插值方法如下:

* Linear -选择此默认选项以获得最佳性能。 为每个维度提供至少两个值。 * Smooth -选择此选项以获得具有连续一阶导数的连续曲线。 每次测量提供至少三个值。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

Linear | Smooth

默认值

Linear

程序使用名称

suspension_parameters_interpolation_type

可计算

# Extrapolation method — 外推法
Linear | Nearest | Error

Details

一种外推方法,用于在输入值超出参数列表中指定的范围时确定输出值。:

* Linear -获得在所述外推域中以及在与所述内插域的边界上具有连续的一阶导数的曲线。 * Nearest -产生不高于数据中的最高点或低于数据中的最低点的外推。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*,并为参数 *Suspension model*设置值 By table lookup.

Linear | Nearest | Error

默认值

Linear

程序使用名称

suspension_parameters_extrapolation_type

可计算

# Hard stop — 建模刚性停止的选项

Details

为前悬架和后悬架建模刚性限位器的选项。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*.

默认值

false (关掉)

程序使用名称

enable_hardstop

可计算

# Front upper bound — 前悬架刚性限位器的上限
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

前悬架的刚性限位器的上限。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

0.25 m

程序使用名称

front_upper_bound

可计算

# Front lower bound — 前悬架刚性限位器的下限
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

前悬架的刚性限位器的下限。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

-0.25 m

程序使用名称

front_lower_bound

可计算

# Front contact stiffness — 前悬架刚性限位器的弹性系数
N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

Details

前悬架的刚性限位器的弹性系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

默认值

1e6 N/m

程序使用名称

k_hardstop_front

可计算

# Front contact damping — 前悬架刚性限位器的阻尼系数
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

前悬架刚性限位器的阻尼系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

默认值

150.0 N*s/m

程序使用名称

C_hardstop_front

可计算

# Rear upper bound — 后悬架刚性限位器的上限
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

后悬架的刚性限位器的上限。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

0.25 m

程序使用名称

rear_upper_bound

可计算

# Rear lower bound — 后悬架刚性限位器的下限。
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

后悬架的刚性限位器的下限。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

默认值

-0.25 m

程序使用名称

rear_lower_bound

可计算

# Rear contact stiffness — 后悬架刚性限位器的弹性系数
N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

Details

后悬架的刚性限位器的弹性系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

N/m | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | lbf/ft | lbf/in

默认值

1e6 N/m

程序使用名称

k_hardstop_rear

可计算

# Rear contact damping — 后悬架刚性限位器的阻尼系数
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

后悬架刚性限位器的阻尼系数。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*及 *Hard stop*.

计量单位

N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

默认值

150.0 N*s/m

程序使用名称

C_hardstop_rear

可计算

# Initial pitch — 模拟开始时的斜率
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

模拟开始时纵向平面内斜率的值。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*.

计量单位

rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

默认值

0.0 rad

程序使用名称

pitch_angle_start

可计算

# Initial pitch rate — 模拟开始时的旋转角速度
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps

Details

模拟开始时纵向平面内的倾斜速度的值。

依赖关系

若要使用此选项,请选中此框 *Pitch dynamics*.

计量单位

rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps

默认值

0.0 rad/s

程序使用名称

w_pitch_start

可计算