Физика автомобиля для игр.

Автор: Marco Monster

Введение

Эта статья рассказывает о поведении автомобилей в играх, а именно о физике автомобиля.

Одним из ключевых пунктов в упрощении физики транспортного средства является раздельная обработка продольной и боковой силы. Продольная сила работает в направлении корпуса автомобиля (или же в противоположном направлении). Это сила тяги, тормозящая сила, сила трения и сила сопротивления перемещению (= сопротивление воздуха). Вместе эти силы управляют ускорением или замедлением автомобиля, следовательно, и скоростью автомобиля. Боковые силы позволяют автомобилю поворачиваться. Эти силы вызваны поперечным трением на колесах. Мы также рассмотрим угловой момент скорости автомобиля и момент вращения, вызванные боковыми силами.

Примечание и соглашения

Векторы выделены полужирным текстом, мы будем использовать 2d векторы. Так что примечание a = —b означало бы следующее:

На протяжении все этой статьи я буду предполагать, что задние колеса являются ведущими (для четырех ведущих колес нужно применять необходимую адаптацию)

Все физические величины я буду измерять в единицах СИ (метры, килограммы, Ньютоны и т.д.).

Физика движения по прямой

Сначала рассмотрим автомобиль, двигающийся по прямой линии. Какие силы задействованы здесь? Прежде всего, это сила тяги, то есть сила, которая передается двигателем через задние колеса. Двигатель вращает колеса вперед (на самом деле он передает момент вращения на колеса), колеса «толкают назад» поверхность дороги, в результате поверхность дороги выталкивает колеса в противоположном направлении, то есть вперед. Сейчас мы просто положим, что сила тяги эквивалентна по величине переменной Engineforce, которая управляется непосредственно пользователем.

F_traction = u * Engineforce,
где u — единичный вектор в направлении движения автомобиля.

Если бы это была единственная сила, то автомобиль просто бы ускорился до бесконечной скорости. Ясно, что в реальной жизни дело обстоит совсем не так. Введем силы сопротивления. Первая и обычно наиболее важная — сила воздушного сопротивления, другими словами аэродинамическое сопротивление. Эта сила важна, поскольку она пропорциональна квадрату скорости. Когда мы двигаемся быстро (а какая игра не вовлекает в высокие скорости?) эта сила становится наиболее важной силой сопротивления.

F_drag = — C_drag * v * |v|
где C_drag константа, v — вектор скорости и |v| — модуль вектора v, являющийся длиной вектора v.

Длина вектора скорости обычно известна как скорость. Обратите внимание на различие типа данных: скорость — скаляр, скорость — вектор. Используйте приблизительно следующий код:

Так же, еще есть сопротивление вращения. Это вызвано трением между резиной и дорожной поверхностью, так как колеса прокручиваются, трением на осях и т.д. Мы обозначим это силой, которая пропорциональна скорости, с использованием другой константы.

При низких скоростях трение (F_rr) является основной силой сопротивления, при высоких скоростях F_drag превышает по значению F_rr. Приблизительно при 100 км/час (60 миль в час, 30 м/с) они равны ([Zuvich]). Это означает, что C_rr должен быть равен приблизительно 30-ти C_drag.

Общая продольная сила — это векторная сумма этих трех сил.

Обратите внимание, что если вы двигаетесь по прямой линии, то силы аэродинамического сопротивления и трения будут направлены противоположно силе тяги (F_traction). То есть вы вычитаете силу аэродинамического сопротивления из силы сцепления. И когда автомобиль движется с постоянной скоростью, то силы находятся в равновесии, и F_long равен нулю.

Ускорение (a) автомобиля (в м/с 2 ) определено равнодействующей силой автомобиля (в Ньютонах) и массой автомобиля М (в килограммах) по второму закону Ньютона:

Скорость автомобиля (в метрах в секунду) определяется, как интеграл ускорения через какое-то время (dt). Это звучит слишком сложным, но следующее уравнение поможет нам. Воспользуемся методом Эйлера для численного интегрирования.

v = v + dt * a,
где dt — промежуток времени между предыдущим и текущим вызовами просчета физики.

Позиция автомобиля свою очередь определяется, как интеграл скорости по dt.

Используя эти три силы, мы уже довольно точно можем моделировать ускорение автомобиля. Вместе они также определяют максимальную скорость автомобиля для данной мощности двигателя. То есть, нет необходимости устанавливать максимальную скорость где-нибудь в коде, она автоматически вычисляется из уравнений. Дело в том, что уравнения формируют своего рода цикл отрицательной обратной связи. Если сила тяги (F_traction) превышает все другие силы, то автомобиль ускоряется. Увеличивающаяся скорость, также заставляет увеличиваться силы сопротивления. Равнодействующая сила уменьшается, а следовательно уменьшается и ускорение. В некоторой точке силы сопротивления и сила тяги компенсируют друг друга, и автомобиль достигает своей максимальной скорости для данной мощности двигателя.

На этом графике Ось X обозначает скорость автомобиля в метрах в секунду и значения силы, которая отмечена по Оси Y. Значение силы тяги (темно синий) установлено произвольно, оно не зависит от скорости автомобиля. Трение (пурпурная линия) — линейная функция скорости, и сопротивление (желтая кривая) — квадратичная функция скорости. При низких скоростях трение превышает аэродинамическое сопротивление. При 30 м/с эти две функции пересекаются. При более высоких скоростях аэродинамическое сопротивление является наибольшей силой сопротивления. Сумма из двух сил сопротивления показана светло-синей кривой. При 37 м/с эта кривая пересекает горизонтальную линию силы тяги. Это — максимальная скорость для данной мощности автомобиля (37 м/с = 133 км/час = 83 мили в час).

скольжение колеса

скольжение колеса
Одновременное перемещение всех находящихся в контакте точек колеса относительно опорной поверхности.
[ГОСТ 17697-72]

Тематики

Обобщающие термины

• кинематические характеристики и параметры

Справочник технического переводчика. – Интент . 2009-2013 .

Смотреть что такое «скольжение колеса» в других словарях:

боковое скольжение колеса — Скольжение колеса в поперечной плоскости. [ГОСТ 17697 72] Тематики автомобили, качение колеса Обобщающие термины кинематические характеристики и параметры … Справочник технического переводчика

продольное скольжение колеса — Скольжение колеса в продольной плоскости. [ГОСТ 17697 72] Тематики автомобили, качение колеса Обобщающие термины кинематические характеристики и параметры … Справочник технического переводчика

скольжение — 3.15 скольжение: Разностная/дифференциальная скорость от скорости вращения колеса и линейной скорости вагона. Источник: ГОСТ Р 55182 2012: Вагоны пассажирские локомотивной тяги. Общие технические требования … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

буксование колеса — Продольное скольжение колеса, направление которого совпадает с направлением тангенциальных скоростей точек колеса в контакте. [ГОСТ 17697 72] Тематики автомобили, качение колеса Обобщающие термины кинематические характеристики и параметры … Справочник технического переводчика

юз колеса — Продольное скольжение колеса, направление которого противоположно направлению тангенциальных скоростей точек колеса в контакте. [ГОСТ 17697 72] Тематики автомобили, качение колеса Обобщающие термины кинематические характеристики и параметры … Справочник технического переводчика

удельное скольжение в контактной точке поверхности (профиля) зуба — (ϑ) удельное скольжение Отношение скорости скольжения контактных точек к скорости общей точки по поверхности (профилю) зуба данного зубчатого колеса в направлении скольжения. Примечание При учете знака удельного скольжения брать… … Справочник технического переводчика

ОТСТУПАНИЕ ГРЕБНОГО КОЛЕСА — отношение разности между окружной скоростью колеса и поступательной скоростью судна к скорости судна. См. Скольжение. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

аварийное торможение — – осуществляется при выходе из строя рабочей тормозной системы – при этом используется стояночный тормоз или скольжение колеса или кузова по препятствию сбоку (поребрик, стена, забор и т.д.). EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь

аварийное торможение — авто осуществляется при выходе из строя рабочей тормозной системы, при этом используется стояночный тормоз или скольжение колеса или кузова по препятствию сбоку (поребрик, стена, забор и т.д.) … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

Лонгбординг — Лонгбординг … Википедия

Скольжение (динамика автомобиля) — Slip (vehicle dynamics)

В (автомобильных) динамиках транспортного средства , скольжение представляет собой относительное движение между шиной и дорожной поверхностью она двигается дальше. Эта ошибка может быть сформирована либо с помощью шины «ы скорости вращения быть большей или меньшей , чем свободные прокатками скорость (обычно описываются как процент скольжения), или с помощью шины » s плоскости вращения будучи под углом к его направлению движения ( называется углом скольжения ).

В динамике рельсового транспортного средства это общее проскальзывание колеса относительно рельса называется утечкой . Она отличается от локальной скорости скольжения поверхностных частиц колеса и рельса, которая называется микропробуксовкой .

Содержание

Продольное скольжение

Продольное скольжение обычно выражается в процентах от разницы между поверхностной скоростью колеса и скоростью между осью и поверхностью дороги, как:

поскользнуться знак равно — v Икс — р е Ω v Икс <\ displaystyle <\ text > = — <\ frac -r_ \ Omega> >>>

где — поперечная составляющая скорости вращения колеса, — радиус колеса в точке контакта и — скорость транспортного средства в плоскости шины. Положительное скольжение указывает на то, что колеса вращаются; отрицательное скольжение указывает на занос. Заблокированные тормоза,, означает, что и скользят без вращения. Вращение без скорости, и означает это . Ω <\ displaystyle \ Omega> р <\ displaystyle r> v Икс <\ displaystyle v_ > р е Ω знак равно 0 <\ displaystyle r_ \ Omega = 0> поскользнуться знак равно — 1 знак равно — 100 % <\ displaystyle <\ text > = — 1 = -100 \%> р е Ω ≠ 0 <\ displaystyle r_ \ Omega \ neq 0> v знак равно 0 <\ displaystyle v = 0> поскользнуться знак равно ∞ <\ displaystyle <\ text > = \ infty>

Боковое скольжение

Боковое скольжение шины — это угол между направлением ее движения и направлением, в которое она указывает. Это может произойти, например, при прохождении поворотов и вызвано деформацией каркаса шины и протектора. Несмотря на название, при малых углах скольжения фактическое скольжение не требуется. При увеличении угла скольжения может происходить скольжение, начиная с задней части пятна контакта.

Угол скольжения можно определить как:

α знак равно арктан ⁡ ( v y | v Икс | ) <\ displaystyle \ alpha = \ arctan \ left (<\ frac > <| v_ |>> \ right)>

На главную страницу нашего сайта «Фиаты и не только»

Меню навигации

Пользовательские ссылки

Информация о пользователе

Скольжение на зимней дороге

Сообщений 1 страница 10 из 10

Поделиться12006-11-13 14:21:34

• Автор: Irisha
• Администратор
• 
• Откуда: г. Санкт-Петербург
• Зарегистрирован : 2006-03-31
• Приглашений: 0
• Сообщений: 135
• Пол: Женский
• Возраст: 44 [1976-10-22]
• Провел на форуме:
  14 часов 25 минут
• Последний визит:
  2009-08-21 10:17:38

Здесь предлагаю размещать полезную информацию, по вождению и управлению автомобилем.

Начну именно с этой темы, так как она наиболее актуальна. Удачи!

«С самого начала я хочу немного рассказать Вам о колесе, с помощью которого мы передвигаемся на машине. С момента изобретения колеса, человечество сделало много открытий связанных с тем колесом, которое оно изобрело ранее. Нам с Вами надо будет использовать всего лишь несколько из них. Итак, о колесе.

Я не удивлю Вас, когда сообщу Вам, что колесо имеет три состояния: Покоя (не крутится), Качения (катится), Скольжения (скользит). Вас может удивить другая информация. Если уж не удивит, то следующая информация уж точно пригодится Вам в повседневном вождении. Самое лучшее сцепление с дорогой имеет стоящее колесо. Далее среднее сцепление (хуже) имеет катящееся колесо. И самое наименьшее имеет скользящее колесо. Зачем я все это Вам рассказывал? А затем, чтобы предупредить Вас об опасности скольжения. Вы не сможете управлять автомобилем, пока колеса вашего автомобиля будут скользить. Вы не сможете тормозить, разгоняться, а также поворачивать пока колеса Вашего автомобиля скользят. Для хорошего управления автомобилем, Вам необходимо прекратить скольжение колес! И ВСЁ!

Это главное правило, которое спасет Ваш автомобиль на зимней дороге, а Вас от ‘неожиданных неожиданностей’ и неприятностей. Вас, вероятно уже интересует, что можно сделать, если процесс скольжения уже пошел. Все очень просто. Нужно убрать причину! И-и-и-и всё!

Чтобы Вам было проще ориентироваться, сейчас я расскажу Вам причины, из-за которых колеса Вашего автомобиля могут начать скольжение. Итак, любой автомобиль заскользит, если Вы сильно нажимаете на педаль тормоза. Любой означает — переднеприводный, заднеприводный, полноприводный. Если у Вас на автомобиле установлена система АБС, то при сильном нажатии компьютер сам отпустит педаль до того состояния, когда колеса начнут вращаться. В этом процессе Вы прямо правой ногой почувствуете, что педаль тормоза стала как будто живая, она прыгает, то выскакивает вверх, то утапливается вновь, уходит вниз. Если работа АБС на вашем автомобиле правильная, то из-за торможения у Вас колеса скользить не будут. Автомобиль, правда,будет останавливаться дальше примерно на 7-10 % пути. Учтите это при торможении.

Вторая причина для скольжения колес — это сильно повернутые колеса. Зимой чем быстрее ты едешь, тем меньше ты можешь поворачивать руль! Запомните этот важный совет, он не раз может спасти Вас на зимней дороге. Из него следует еще одно важное заключение. Если Вам необходимо пройти крутой поворот и предстоит сильно повернуть колеса, то безопасно сделать это удастся только на маленькой скорости. Обычные повороты на перекрестках, которые мы обычно проходим на скорости 22-25 км/ч (первая или вторая передача), на льду необходимо проходить на скорости примерно 7 — 10 км/ч. Далее начинается скольжение колес. Можно пробовать проходить эти повороты и на большей скорости, но сначала лучше не рисковать, особенно, если Вы не успели поставить зимние шины, но уже попали в сложные дорожные условия.

Следующей причиной для скольжения колес может быть: педаль газа! Если Вы нажмете больше, чем может выдержать сцепление колеса с дорогой, то начнется скольжение колеса. И не важно будет ваша машина в этот момент двигаться по прямой или будет в повороте. Хорошо я сказал: ‘:больше чем может выдержать сцепление колеса:’? И тут я мог бы удариться в пояснение того, что я сказал. И это будет бесполезно, т.к. Вас сейчас, должно быть, интересует совсем другое. Если сейчас Вас интересует, как и из каких сил складывается сцепление колеса с дорогой и чем им можно управлять, то предлагаем Вам прочитать множество книг по управлению автомобилем в критических ситуациях, в них много формул и расчетов. Потратив пару недель, вы разберетесь с этим вопросом досконально и у Вас, уверен, не будет в этом вопросе белых пятен. Если же сейчас Вас интересует, как можно уловить тот момент, когда сцепление колеса ‘не выдерживает’, то Вы находитесь на кратчайшем пути к безопасности. Момент, о котором мы говорим, Вам предстоит именно улавливать или как водители и инструкторы по вождению говорят ‘почувствовать’.

Хорошо! Если оно так, тогда какие органы чувств нам надо задействовать? Что нам предстоит почувствовать: холод, шум, влажность, или это будет что-то другое? Что будет говорить о том, что мы, наконец, почувствовали то, чего опасаемся? Вот на какие вопросы нам предстоит ответить сейчас.
А между тем в вопросе ощущений нет ничего сложного. Как только колесо заскользит, Вы увидите глазами, что автомобиль едет не туда, куда Вы его посылаете. Если Вы не отрываете спину от спинки сидения при поворотах руля, то через пару недель зимнего вождения, Вы, может быть, сможете чувствовать спиной (кожа на спине смещается — тело дает сигнал Вам) самое начало того, что автомобиль сбивается с нужного направления. Чувствовать спиной малейшие отклонения курса автомобиля — это высший пилотаж, доступный, кстати, не всем водителям. Пока эта способность у Вас еще не натренирована, Вам главное внимательно наблюдать (глазами) за поведением автомобиля. Как только он отклонился от курса, немедленно устраняйте причину скольжения. Немедленно! Иначе потом будет труднее поймать автомобиль. А причина — чрезмерное нажатие на педаль газа.

Прочитав все вышесказанное, Вы, вероятно, подумали, что газ нажимать в повороте теперь совсем не будете. В таком случае у меня для Вас неприятная новость. Это не выход из положения! В повороте, когда Вы ‘закрутили’ руль, автомобиль начинает терять скорость, это обычное поведение автомобиля. Опытные водители, которых на дороге больше чем новичков, знают это и обычно ‘добавляют газ’ как только вошли в поворот. Если Вы не будете ‘добавлять газ’ как только Вы вошли в поворот, то можете стать неожиданным препятствием на пути опытного водителя (который добавляет газ, как только вошел в поворот . И не знаю, будет ли безопасным, когда он начнет обгонять Вас в повороте. И будет ли это желанным и удобным для Вас? Может лучше нажимать, но правильно дозировать?

К этому моменту нашей лекции мы перечислили Вам причины связанные с поведением автомобиля и рассказали Вам о способах подчинить себе автомобиль. В нашем рассказе об опасностях зимней дороги мы совершенно не упомянули о поведении людей. ‘А что в поведении людей тоже может быть какая-то опасность’,- спросите Вы. Может! Или, может быть, Вы зададите мне другой вопрос, похожий на этот: ‘А можно ли как-то управлять поведением людей на зимней дороге?’
Опасность в поведении людей есть огромная! В начале зимы люди ожидают привычного поведения автомобиля. Привычного — означает того, к которому они привыкли за все месяцы, что ездили по летней дороге. В этом есть серьезная опасность, они НЕ МОГУТ ПОЛНОСТЬЮ КОНТРОЛИРОВАТЬ СВОИ АВТОМОБИЛИ! Это означает, что Вас могут зацепить. А сегодня как раз тот день, когда вам этого не нужно. С помощью чего можно спастись, если это вообще возможно? Спастись возможно! И способов спасения на зимней дороге не очень много. Для того чтобы спастись от опасности ошибок других водителей, нужно научиться компенсировать ошибки других водителей, мы уже не раз говорили об этом в наших статьях. Научиться — значит научить себя. Вам будет очень трудно продвигаться в этом вопросе и делать это, если Вы будете считать, что ‘сзади все застраховано’, я уже говорил об этом и в прошлых выпусках нашего издания и в этом. Для того чтобы спастись необходимо решить для себя, что все, что происходит в вашем вождении, будет зависеть только от Вас, а не от них. Не поднимайте лапки к верху, не надо сдаваться раньше времени. Если Вы решите, что все что происходит, зависит только от Вас, то так оно и будет со времением.

И первое, и второе, и самое главное правило безопасного зимнего вождения — обеспечение дистанции впереди автомобиля. Запомните, Вы способны компенсировать даже несоблюдение дистанции водителем, двигающимся сзади Вас, если соблюдаете безопасную дистанцию впереди. Об этом мы рассказывали Вам еще в статье о том, как выбрать безопасную дистанцию и в статье посвященной защитному торможению. Сейчас я хочу сказать лишь следующее. Если впереди себя Вы поддерживаете большую дистанцию, то Вы всегда можете тормозить более плавно, чем тормозит тот, кто едет впереди Вас. В этом-то и будет заключаться компенсация ошибки того, кто едет за Вами. И вы таким образом спасете себя от многих бед.