Vehicle Body

Модель представляет собой двухосное транспортное средство, движущееся в продольном направлении.

Тип: Engee1DMechanical.Vehicles.Body

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Vehicle Body представляет двухосный кузов транспортного средства, находящийся в продольном движении. Транспортное средство может иметь одинаковое или разное количество колес на каждой оси. Например, два колеса на передней оси и одно колесо на задней оси. Предполагается, что колеса транспортного средства одинаковы по размеру. Центр масс (CG) транспортного средства может находиться на уровне плоскости движения или ниже.

Блок учитывает массу транспортного средства, аэродинамическое сопротивление, наклон дороги и распределение веса между осями в зависимости от ускорения и профиля дорог. Опционально можно учитывать поворот транспортного средства по тангажу и рассчитывать динамику подвески. Транспортное средство не движется вертикально относительно земли.

Блок может включать внешнюю массу и внешнюю инерцию. Масса, инерция и центр масс кузова транспортного средства могут меняться в процессе симуляции в ответ на изменения в системе.

Модель

Оси транспортного средства параллельны и образуют плоскость. Продольное направление, , лежит в этой плоскости и перпендикулярно осям. Если транспортное средство движется по наклонной плоскости с наклоном , то нормальное направление, , не параллельно силе тяжести, но всегда перпендикулярно продольной плоскости осей транспортного средства.

На рисунке приведены переменные модели движения транспортного средства.

vehicle body 1

Переменные, которые определяют движение транспортного средства:

— значение параметра Gravitational acceleration;
— угол наклона дороги, значение на порту β;
— масса транспортного средства, определяемая из параметра Mass и из значения на порту M, если он используется;
— высота центра масс транспортного средства над землей;
— расстояние до передней и задней осей соответственно от точки нормальной проекции центра масс транспортного средства на общую плоскость осей;
— скорость транспортного средства. Когда , транспортное средство движется вперед. Когда , транспортное средство движется назад;
— скорость ветра. Когда , ветер встречный. Когда , ветер попутный;
— значение параметра Number of wheels per axle. Вы можете использовать целое число или двухэлементный вектор, где элементы представляют переднюю и заднюю оси соответственно;
— продольные силы на каждом колесе в передней и задней точках контакта с землей соответственно;
— нормальные силы нагрузки на каждое колесо в передней и задней точках контакта с землей соответственно;
— площадь миделя;
— коэффициент аэродинамического сопротивления;
— массовая плотность воздуха;
— сила аэродинамического сопротивления.

Уравнения

Динамика транспортного средства

Движение транспортного средства является результатом влияния всех действующих на него сил и крутящих моментов. Продольные силы шин толкают транспортное средство вперед или назад. Сила тяжести транспортного средства действует через его центр масс. В зависимости от угла наклона, сила тяжести притягивает транспортное средство к земле и транспортное средство под ее действием едет вперед или назад. Независимо от того, движется ли транспортное средство вперед или назад, аэродинамическое сопротивление замедляет его движение. Для простоты предполагается, что точка приложения силы аэродинамического сопротивления совпадает с центром масс.

Нулевое нормальное ускорение и нулевой крутящий момент определяют нормальную силу на каждом переднем и заднем колесе.

Нормальные силы колес отвечают требованиям:

Если в уравнение включена заданная извне масса или инерция, то связанные с ними параметры в уравнениях изменяются на величину входа.

Динамика наклона кузова по тангажу

Угловое ускорение при повороте кузова в плоскости тангажа зависит от трех составляющих крутящего момента и инерции транспортного средства:

где

— угловое ускорение при повороте по тангажу;
— продольная сила;
— высота центра масс, измеренная параллельно оси ;
— инерция.

Если выбрана линейная модель для жесткости и демпфирования подвески, то блок использует аппроксимацию с допущением о малости углов для расчетов угла наклона. Если выбрана модель,заданная таблично, то блок использует указанные векторы для расчета динамики движения в плоскости тангажа. Уравнения жесткого ограничителя см. в Translational Hard Stop.

Ограничения и допущения

Блок Vehicle Body позволяет моделировать только продольную динамику, параллельную земле и ориентированную вдоль направления движения. Предполагается, что транспортное средство находится в равновесии по продольной и нормальной оси. Блок не моделирует крен или вертикальное движение. Поэтому в уравнениях предполагается, что колеса никогда не теряют контакта. Это ограничение может привести к возникновению отрицательных нормальных сил.

Порты

Ненаправленные

# H — горизонтальное движение
поступательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с горизонтальным движением кузова транспортного средства. Подключите к этому порту сцепление шин с дорогой.

Имя для программного использования

flange

Выход

# V — продольная скорость, м/с
скаляр

Details

Продольная скорость транспортного средства в связанной с ним системе координат, в м/с.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# NR — нормальная сила на задней оси, Н
скаляр

Details

Нормальная сила на задней оси, в Н. Усилия на колесах считаются положительными, если действуют вниз.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# NF — нормальная сила на передней оси, Н
скаляр

Details

Нормальная сила на передней оси, в Н. Усилия на колесах считаются положительными, если действуют вниз.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Вход

# W — скорость встречного ветра, м/с
скаляр

Details

Скорость встречного ветра, в м/с.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# β — угол наклона дороги, рад.
скаляр

Details

угол наклона дороги, в рад.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# CGX — положение центра масс по оси x, м
скаляр

Details

Положение центра масс внешней определенной массы относительно центра масс кузова транспортного средства по оси x, в м.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Externally-defined additional mass.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# CGY — положение центра масс по оси y, м
скаляр

Details

Положение центра масс внешней определенной массы относительно центра масс кузова транспортного средства по оси y, в м.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Externally-defined additional mass.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# M — масса, кг
скаляр

Details

Значение внешней определенной массы, в кг.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Externally-defined additional mass.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# J — внешний момент инерции, кг⋅м²
скаляр

Details

Момент инерции внешней заданной массы, в кг⋅м².

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Externally-defined additional mass и Pitch dynamics.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Основные

# Mass — масса транспортного средства
g | t | kg | mg | oz | lbm | slug

Details

Масса транспортного средства.

Единицы измерения	`g` \| `t` \| `kg` \| `mg` \| `oz` \| `lbm` \| `slug`
Значение по умолчанию	`1200.0 kg`
Имя для программного использования	`m`
Вычисляемый	Да

# Number of wheels per axle — количество колес на оси

Details

Количество колес на передней и задней осях. Если входное значение является скаляром, то количество колес на передней и задней осях считается одинаковым. Например, если входное значение 2, то предполагается, что у передней и задней осей по два колеса.

Если входное значение представляют собой двухэлементный вектор, то первое число — это количество колес передней оси, а второе число — количество колес задней оси. Например, если входными данными является массив [2, 1], то предполагается, что передняя ось имеет два колеса, а задняя — одно.

Значение по умолчанию	`2`
Имя для программного использования	`wheels_per_axle_count`
Вычисляемый	Да

# Horizontal distance from CG to front axle — расстояние от центра масс до передней оси
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Горизонтальное расстояние, , от центра масс до оси переднего колеса транспортного средства.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`1.4 m`
Имя для программного использования	`front_axle_distance`
Вычисляемый	Да

# Horizontal distance from CG to rear axle — расстояние от центра масс до задней оси
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Горизонтальное расстояние, , от центра масс до оси заднего колеса транспортного средства.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`1.6 m`
Имя для программного использования	`rear_axle_distance`
Вычисляемый	Да

# CG height above ground — расстояние от центра масс до земли
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Расстояние, , между центром масс транспортного средства и землей.

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`0.5 m`
Имя для программного использования	`gravity_center_height`
Вычисляемый	Да

# Externally-defined additional mass — включение переменной массы

Details

Опция для включения массы в качестве переменной времени или события, которое влияет на массу и центр масс кузова транспортного средства. Используйте эту опцию для учета пассажиров транспортного средства или тел, не имеющих жесткой фиксации.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_additional_mass`
Вычисляемый	Нет

# Gravitational acceleration — ускорение свободного падения
gee | m/(s^2) | cm/(s^2) | ft/(s^2) | in/(s^2) | km/(s^2) | mi/(s^2) | mm/(s^2)

Details

Ускорение, вызванное гравитационной силой, действующей на центр масс транспортного средства.

Единицы измерения	`gee` \| `m/(s^2)` \| `cm/(s^2)` \| `ft/(s^2)` \| `in/(s^2)` \| `km/(s^2)` \| `mi/(s^2)` \| `mm/(s^2)`
Значение по умолчанию	`9.81 m/(s^2)`
Имя для программного использования	`g`
Вычисляемый	Да

Лобовое сопротивление

# Frontal area — эффективная площадь поперечного сечения
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Эффективная площадь поперечного сечения передней части транспортного средства, . Блок использует это значение для расчета силы аэродинамического сопротивления транспортного средства.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`3.0 m^2`
Имя для программного использования	`midsection_area`
Вычисляемый	Да

# Drag coefficient — коэффициент аэродинамического сопротивления

Details

Коэффициент аэродинамического сопротивления, . Блок использует это значение для расчета силы аэродинамического сопротивления транспортного средства.

Значение по умолчанию	`0.4`
Имя для программного использования	`C_d`
Вычисляемый	Да

# Air density — плотность окружающего воздуха
g/cm^3 | kg/m^3 | lbm/gal

Details

Плотность воздуха, окружающего транспортное средство.

Единицы измерения	`g/cm^3` \| `kg/m^3` \| `lbm/gal`
Значение по умолчанию	`1.18 kg/m^3`
Имя для программного использования	`rho_air`
Вычисляемый	Да

Движение по наклонной поверхности

# Pitch dynamics — опция учета динамики подвески

Details

Установите этот флажок, если необходимо моделировать динамику подвески.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_pitch_dynamics`
Вычисляемый	Нет

Details

Момент инерции транспортного средства относительно поперечной оси вращения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Pitch dynamics.

Единицы измерения	`gcm^2` \| `kgm^2` \| `lbmft^2` \| `lbmin^2` \| `slugft^2` \| `slugin^2`
Значение по умолчанию	`4000.0 kg*m^2`
Имя для программного использования	`I_pitch`
Вычисляемый	Да

# Suspension model — метод параметризации подвески
Linear | By table lookup

Details

Метод параметризации для моделирования подвески. Чтобы задать данные с помощью скалярных значений, выберите Linear. Чтобы задать данные с помощью векторных значений, выберите By table lookup.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Pitch dynamics.

Значения	`Linear` \| `By table lookup`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`suspension_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Front suspension stiffness — коэффициент упругости передней подвески
N/m | lbf/ft | lbf/in

Details

Коэффициент упругости передней подвески на ось.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Pitch dynamics, а для параметра Suspension model установите значение Linear.

Единицы измерения	`N/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`1e4 N/m`
Имя для программного использования	`k_front_axle`
Вычисляемый	Да

# Front suspension damping — демпфирование передней подвески
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Демпфирование передней подвески на ось.

Зависимости

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`1e4 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`C_front_axle`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension stiffness — коэффициент упругости задней подвески
N/m | lbf/ft | lbf/in

Details

Коэффициент упругости задней подвески на ось.

Зависимости

Единицы измерения	`N/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`1e4 N/m`
Имя для программного использования	`k_rear_axle`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension damping — коэффициент демпфирования задней подвески
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент демпфирования задней подвески на ось.

Зависимости

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`1e4 N/(m/s)`
Имя для программного использования	`C_rear_axle`
Вычисляемый	Да

# Front suspension stiffness force vector — сила упругости передней подвески
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Сила упругости передней подвески. Задайте выходные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Количество элементов в выходном векторе должно быть таким же, как и количество элементов во входном векторе. Параметр входного вектора — это параметр Front suspension deformation vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Pitch dynamics, а для параметра Suspension model установите значение By table lookup.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[-2000.0, -1000.0, 0.0, 1000.0, 2000.0] N`
Имя для программного использования	`k_front_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Front suspension deformation vector — деформация передней подвески
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Деформация передней оси подвески, заданная в терминах смещения. Задайте входные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Значения элементов в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов в векторе зависит от выбранного метода интерполяции Interpolation method. Для Linear интерполяции укажите не менее двух элементов. Для Smooth интерполяции укажите не менее трех элементов. Параметр выходного вектора — это параметр Front suspension stiffness force vector.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`[-0.4, -0.2, 0.0, 0.2, 0.4] m`
Имя для программного использования	`delta_p_front_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Front suspension damping force vector — демпфирующая сила передней подвески
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Демпфирующая сила передней подвески. Задайте выходные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Количество элементов в выходном векторе должно быть таким же, как и количество элементов во входном векторе. Параметр входного вектора — это параметр Front suspension velocity vector.

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[-200.0, -100.0, 0.0, 100.0, 200] N`
Имя для программного использования	`C_front_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Front suspension velocity vector — скорость передней подвески
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Скорость передней подвески. Задайте входные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Значения элементов в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов в векторе зависит от выбранного метода интерполяции Interpolation method. Для Linear интерполяции укажите не менее двух элементов. Для Smooth интерполяции укажите не менее трех элементов. Параметр выходного вектора — это параметр Front suspension damping force vector.

Зависимости

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`[-4.0, -2.0, 0.0, 2.0, 4.0] m/s`
Имя для программного использования	`v_front_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension stiffness force vector — сила упругости задней подвески
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Сила упругости задней подвески. Задайте выходные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Количество элементов в выходном векторе должно быть таким же, как и количество элементов во входном векторе. Параметр входного вектора — это параметр Rear suspension deformation vector.

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[-2000.0, -1000.0, 0.0, 1000.0, 2000.0] N`
Имя для программного использования	`k_rear_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension deformation vector — деформация задней подвески
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Деформация задней подвески, заданная в терминах смещения. Задайте входные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Значения элементов в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов в векторе зависит от выбранного метода интерполяции Interpolation method. Для Linear интерполяции укажите не менее двух элементов. Для Smooth интерполяции укажите не менее трех элементов. Параметр выходного вектора — это параметр Rear suspension stiffness force vector.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
Значение по умолчанию	`[-0.4, -0.2, 0.0, 0.2, 0.4] m`
Имя для программного использования	`delta_p_rear_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension damping force vector — демпфирующая сила задней подвески
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Демпфирующая сила задней подвески. Задайте выходные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Количество элементов в выходном векторе должно быть таким же, как и количество элементов во входном векторе. Параметр входного вектора — это параметр Rear suspension velocity vector.

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`[-200.0, -100.0, 0.0, 100.0, 200] N`
Имя для программного использования	`C_rear_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Rear suspension velocity vector — скорость задней подвески
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Скорость задней подвески. Задайте входные значения для интерполяционной таблицы в виде вектора. Значения элементов в векторе должны увеличиваться слева направо. Минимальное количество элементов в векторе зависит от выбранного метода интерполяции Interpolation method. Для Linear интерполяции укажите не менее двух элементов. Для Smooth интерполяции укажите не менее трех элементов. Параметр выходного вектора — это параметр Rear suspension damping force vector.

Зависимости

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`[-4.0, -2.0, 0.0, 2.0, 4.0] m/s`
Имя для программного использования	`v_rear_axle_vector`
Вычисляемый	Да

# Interpolation method — метод интерполяции
Linear | Smooth

Details

Методы интерполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение находится между двумя последовательными точками сетки, следующие:

Linear — выберите этот вариант по умолчанию, чтобы получить наилучшую производительность. Предоставьте не менее двух значений для каждого измерения.
Smooth — выберите этот вариант, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка. Предоставьте не менее трех значений на измерение.

Зависимости

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`suspension_parameters_interpolation_method`
Вычисляемый	Нет

# Extrapolation method — метод экстраполяции
Linear | Nearest | Error

Details

Метод экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение находится за пределами диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — получает кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest — производит экстраполяцию, которая не поднимается выше самой высокой точки в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Зависимости

Значения	`Linear` \| `Nearest` \| `Error`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`suspension_parameters_extrapolation_method`
Вычисляемый	Нет

# Hard stop — опция моделирования жесткого упора

Details

Опция моделирования жестких ограничителей для передней и задней подвески.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Pitch dynamics.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`enable_hardstop`
Вычисляемый	Нет

# Front upper bound — верхняя граница жесткого ограничителя передней подвески
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Верхняя граница жесткого ограничителя для передней подвески.

Зависимости