Моделирование контакта колеса в автомобиле

В этом примере показано, как создать систему, которая моделирует движение колеса вниз по наклонной плоскости при помощи блока Spatial Contact Force.

Моделируйте колесо качения

Чтобы создать новую модель Simscape™ Multibody™, в MATLAB^® в командной строке введите:

smnew % create new Simscape Multibody model

Сохраните модель.

В модель добавьте:

Один Rigid Transform блоков
Один 6-DOF Joint блок
Один Cylindrical Solid блок
Один Spatial Contact Force блок

Удалите Scope, PS-Simulink Converter и Simulink-PS Converter блоки. Переименуйте и соедините блоки как показано на следующем рисунке.

Присвойте эти свойства расположению колеса:

Property	Значение
Rotation> Method	`Aligned Axes`
Rotation> Pair 1> Follower	`+Z`
Rotation> Pair 1> Base	`-Y`
Rotation> Pair 2> Follower	`+X`
Rotation> Pair 2> Base	`+X`
Translation> Method	`None`

Присвойте эти свойства параметру Наклон наклона (Ramp Incline):

Property	Значение
Rotation> Method	`Standard Axis`
Rotation> Axis	`+Y`
Rotation> Angle	`5 deg`
Translation> Method	`Cartesian`
Translation> Offset	`[30 0 -15] cm`

Присвойте эти свойства цилиндрическому колесу:

Property	Значение
Geometry> Radius	`5 cm`
Geometry> Length	`4 cm`
Geometry> Export> Entire Geometry	`selected`
Inertia> Type	`Calculate from Geometry`
Inertia> Based on	`Density`
Inertia> Density	`650 kg/m^3`
Graphic> Type	`From Geometry`
Graphic> Visual Properties	`Simple`
Graphic> Visual Properties> Color	`[0.6 0.0 0.0]`
Graphic> Visual Properties> Opacity	`1.0`
Frames> Show Port R	`selected`

Присвойте эти свойства Наклонная плоскость:

Property	Значение
Geometry> Dimensions	`[90 20 5] cm`
Geometry> Export> Entire Geometry	`selected`
Inertia> Type	`Calculate from Geometry`
Inertia> Based on	`Density`
Inertia> Density	`1000 kg/m^3`
Graphic> Type	`From Geometry`
Graphic> Visual Properties	`Simple`
Graphic> Visual Properties> Color	`[0.4196 0.5569 0.1373]`
Graphic> Visual Properties> Opacity	`1.0`
Frames> Show Port R	`selected`

Присвойте эти свойства силе контакта:

Property	Значение
Normal Force> Stiffness	`1e6 N/m`
Normal Force> Damping	`1e3 N/(m/s)`
Normal Force> Normal Force: Transition Region Width	`1e-4 m`
Frictional Force> Method	`Smooth Stick-Slip`
Frictional Force> Coefficient of Static Friction	`0.3`
Frictional Force> Coefficient of Dynamic Friction	`0.3`
Frictional Force> Critical Velocity	`0.01 m/s`
Sensing> Separation Distance	`unselected`
Sensing> Normal Force	`unselected`
Sensing> Frictional Force Magnitude	`unselected`

На вкладке Modeling выберите Model Settings > Model Settings, чтобы открыть параметры конфигурации. На панели Решатель, в разделе Solver details, обновите следующее:

Max step size:	`1e-3`
Absolute tolerance:	`1e-3`

На данной точке блок Cylindrical Wheel и блок Inclined Plane должны иметь порт геометрии. Как показано на рисунке, соедините порты геометрии блоков Наклонная Плоскость и Цилиндрическое Колесо с базовым и последующим портами блока Spatial Contact Force, соответственно.

На вкладке Simulation нажмите Run. В окне MATLAB откроется панель Mechanics Explorer, и вы увидите, как цилиндрическое колесо поворачивается вниз по поверхности.

Модель автомобиля с бампером

Процесс моделирования, описанный выше, может использоваться, чтобы разработать более сложные модели, которые включают силы контакта. Чтобы увидеть более сложную модель, в командной строке MATLAB введите:

sm_bumper_car  % open Simscape Multibody bumper car model

Откройте Bumper Car Playset.

Модель выполнена из двух конструкций: автомобиля и рамповой структуры. Блоки Spatial Contact Force, которые используются для моделирования сил контакта между каждым колесом автомобиля и пандусами, размещены в Car to Ramp подсистемы.

Чтобы симулировать модель, на вкладке Simulation, нажмите Run. В Mechanics Explorer можно увидеть машину-бампер, катящуюся по нескольким пандусам.

Документация