Bicycle Model

縦方向運動、横方向運動、ヨー運動を計算するためのシングル トラック (二輪) 3DOF 剛体車体の実装

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ライブラリ:
Automated Driving Toolbox / Driving Scenario and Sensor Modeling
Vehicle Dynamics Blockset / Vehicle Body

説明

メモ

Bicycle Model ブロックを含むモデルのシミュレーションには、Simulink^® 3D Animation™ が必要です。

Bicycle Model ブロックは、縦方向運動、横方向運動、およびヨー運動を計算するための剛体の 2 車軸シングル トラック (二輪) 車体を実装します。このブロックでは、車体の質量、空力抵抗、および加速とステアリングによる車軸間の重量分散が考慮されます。Bicycle Model ブロックは 2 種類あります。

ブロック	実装
Bicycle Model - Velocity Input	ブロックで縦方向の外部速度が準定常状態であると仮定されるため、縦方向の加速度はほぼゼロです。 運動が準定常であるため、ブロックはタイヤのスリップ角と線形のコーナリング剛性を使用して横方向の力のみを計算します。
Bicycle Model - Force Input	ブロックは車両の加速または制動に縦方向の外力を使用します。 ブロックはタイヤのスリップ角と線形のコーナリング剛性を使用して横方向の力を計算します。

前車軸と後車軸にかかる垂直抗力を計算するために、ブロックは剛体車両運動、サスペンション システムの力、および空気抗力を使用します。ブロックは力とモーメントの成分を剛体車体の座標系に分解します。

端子

入力

WhlAngF — 車輪角度

scalar

前輪角度 (rad 単位)。

FxF — 力の入力: 前車軸にかかる縦方向の力の合計

scalar

車両固定の x 軸に沿って前車軸にかかる縦方向の力 Fx_F (N 単位)。

Bicycle Model - Force Input ブロックの入力端子。

FxR — 力の入力: 後車軸にかかる縦方向の力の合計

scalar

車両固定の x 軸に沿って後車軸にかかる縦方向の力 Fx_R (N 単位)。

Bicycle Model - Force Input ブロックの入力端子。

xdotin — 速度の入力: 縦方向の速度

scalar

車両固定の "x" 軸に沿った車両 CG の速度 (m/s 単位)。

Bicycle Model - Velocity Input ブロックの入力端子。

出力

Info — バス信号

バス

次のブロック値を含むバス信号。

信号						説明	値	単位
InertFrm	Cg	Disp	X			地球固定の "X" 軸に沿った車両 CG の変位	計算	m
			Y			地球固定の "Y" 軸に沿った車両 CG の変位	計算	m
			Z			地球固定の "Z" 軸に沿った車両 CG の変位	0	m
		Vel	Xdot			地球固定の "X" 軸に沿った車両 CG の速度	計算	m/s
			Ydot			地球固定の "Y" 軸に沿った車両 CG の速度	計算	m/s
			Zdot			地球固定の "Z" 軸に沿った車両 CG の速度	0	m/s
		Ang	phi			地球固定の "X" 軸を中心とする車両固定座標系の回転 (ロール)	0	rad
			theta			地球固定の "Y" 軸を中心とする車両固定座標系の回転 (ピッチ)	0	rad
			psi			地球固定の "Z" 軸を中心とする車両固定座標系の回転 (ヨー)	計算	rad
	FrntAxl	Disp	X			地球固定の "X" 軸に沿った前輪の変位	計算	m
			Y			地球固定の "Y" 軸に沿った前輪の変位	計算	m
			Z			地球固定の "Z" 軸に沿った前輪の変位	0	m
		Vel	Xdot			地球固定の "X" 軸に沿った前輪の速度	計算	m/s
			Ydot			地球固定の "Y" 軸に沿った前輪の速度	計算	m/s
			Zdot			地球固定の "Z" 軸に沿った前輪の速度	0	m/s
	RearAxl	Disp	X			地球固定の "X" 軸に沿った後輪の変位	計算	m
			Y			地球固定の "Y" 軸に沿った後輪の変位	計算	m
			Z			地球固定の "Z" 軸に沿った後輪の変位	0	m
		Vel	Xdot			地球固定の "X" 軸に沿った後輪の速度	計算	m/s
			Ydot			地球固定の "Y" 軸に沿った後輪の速度	計算	m/s
			Zdot			地球固定の "Z" 軸に沿った後輪の速度	0	m/s
	Hitch	Disp	X			地球固定の "X" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット	計算	m
			Y			地球固定の "Y" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット	計算	m
			Z			地球固定の "Z" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット	計算	m
		Vel	Xdot			地球固定の "X" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット速度	計算	m
			Ydot			地球固定の "Y" 軸に沿った中心平面からのヒッチのオフセット速度	計算	m
			Zdot			地球固定の "Z" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット速度	計算	m
	Geom	Disp	X			地球固定の "X" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット	計算	m
			Y			地球固定の "Y" 軸に沿った中心平面からの車両シャシーのオフセット	計算	m
			Z			地球固定の "Z" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット	計算	m
		Vel	Xdot			地球固定の "X" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	計算	m/s
			Ydot			地球固定の "Y" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	計算	m/s
			Zdot			地球固定の "Z" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	計算	m/s
BdyFrm	Cg	Vel	xdot			車両固定の "x" 軸に沿った車両 CG の速度	計算	m/s
			ydot			車両固定の "y" 軸に沿った車両 CG の速度	計算	m/s
			zdot			車両固定の "z" 軸に沿った車両 CG の速度	0	m/s
		Ang	Beta			車体のスリップ角、β $$\beta =\frac{V_y}{V_x}$$	計算	rad
		AngVel	p			車両固定の "x" 軸を中心とする車両の角速度 (ロール レート)	0	rad/s
			q			車両固定の "y" 軸を中心とする車両の角速度 (ピッチ レート)	0	rad/s
			r			車両固定の "z" 軸を中心とする車両の角速度 (ヨー レート)	計算	rad/s
		Acc	ax			車両固定の "x" 軸に沿った車両 CG の加速度	計算	gn
			ay			車両固定の "y" 軸に沿った車両 CG の加速度	計算	gn
			az			車両固定の "z" 軸に沿った車両 CG の加速度	0	gn
			xddot			車両固定の "x" 軸に沿った車両 CG の加速度	計算	m/s^2
			yddot			車両固定の "y" 軸に沿った車両 CG の加速度	計算	m/s^2
			zddot			車両固定の "z" 軸に沿った車両 CG の加速度	0	m/s^2
		AngAcc	pdot			車両固定の "x" 軸を中心とする車両の角加速度	0	rad/s
			qdot			車両固定の "y" 軸を中心とする車両の角加速度	0	rad/s
			rdot			車両固定の "z" 軸を中心とする車両の角加速度	計算	rad/s
		DCM	方向余弦行列				計算	rad
	Forces	Body	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って車両 CG にかかる合力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って車両 CG にかかる合力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って車両 CG にかかる合力	0	N
		Ext	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って車両 CG にかかる外力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って車両 CG にかかる外力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って車両 CG にかかる外力	0	N
		Hitch	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って、車体のヒッチ位置にかかるヒッチ力	入力	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って、車体のヒッチ位置にかかるヒッチ力	入力	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って、車体のヒッチ位置にかかるヒッチ力	入力	N
		FrntAxl	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って前輪にかかる縦方向の力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って前輪にかかる横方向の力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って前輪にかかる垂直抗力	計算	N
		RearAxl	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って後輪にかかる縦方向の力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って後輪にかかる横方向の力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って後輪にかかる垂直抗力	計算	N
		Tires	FrntTire	Fx		車両固定の "x" 軸に沿ったフロント タイヤの力	計算	N
				Fy		車両固定の "y" 軸に沿ったフロント タイヤの力	計算	N
				Fz		車両固定の "z" 軸に沿ったフロント タイヤの力	計算	N
			RearTire	FxFx		車両固定の "x" 軸に沿ったリア タイヤの力	計算	N
				Fy		車両固定の "y" 軸に沿ったリア タイヤの力	計算	N
				Fz		車両固定の "z" 軸に沿ったリア タイヤの力	計算	N
		Drag	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って車両 CG にかかる抗力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って車両 CG にかかる抗力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って車両 CG にかかる抗力	計算	N
		Grvty	Fx			車両固定の "x" 軸に沿って車両 CG にかかる重力	計算	N
			Fy			車両固定の "y" 軸に沿って車両 CG にかかる重力	計算	N
			Fz			車両固定の "z" 軸に沿って車両 CG にかかる重力	計算	N
	Moments	Body	Mx			車両固定の "x" 軸を中心とする車両 CG の車体モーメント	0	N·m
			My			車両固定の "y" 軸を中心とする車両 CG の車体モーメント	計算	N·m
			Mz			車両固定の "z" 軸を中心とする車両 CG の車体モーメント	0	N·m
		Drag	Mx			車両固定の "x" 軸を中心とする車両 CG の抗力モーメント	0	N·m
			My			車両固定の "y" 軸を中心とする車両 CG の抗力モーメント	計算	N·m
			Mz			車両固定の "z" 軸を中心とする車両 CG の抗力モーメント	0	N·m
		Ext	Mx			車両固定の "x" 軸を中心とする車両 CG の外部モーメント	0	N·m
			My			車両固定の "y" 軸を中心とする車両 CG の外部モーメント	計算	N·m
			Mz			車両固定の "z" 軸を中心とする車両 CG の外部モーメント	0	N·m
		Hitch	Mx			ヒッチ位置における、車両固定の "x" 軸を中心とするヒッチ モーメント	0	N·m
			My			ヒッチ位置における、車両固定の "y" 軸を中心とするヒッチ モーメント	計算	N·m
			Mz			ヒッチ位置における、車両固定の "z" 軸を中心とするヒッチ モーメント	0	N·m
	FrntAxl	Disp	x			車両固定の "x" 軸に沿った前輪の変位	計算	m
			y			車両固定の "y" 軸に沿った前輪の変位	計算	m
			z			車両固定の "z" 軸に沿った前輪の変位	計算	m
		Vel	xdot			車両固定の "x" 軸に沿った前輪の速度	計算	m/s
			ydot			車両固定の "y" 軸に沿った前輪の速度	計算	m/s
			zdot			車両固定の "z" 軸に沿った前輪の速度	0	m/s
		Steer	WhlAngFL			左前輪ステアリング角度	計算	rad
			WhlAngFR			右前輪ステアリング角度	計算	rad
RearAxl	Disp	x			車両固定の "x" 軸に沿った後輪の変位	計算	m
		y			車両固定の "y" 軸に沿った後輪の変位	計算	m
		z			車両固定の "z" 軸に沿った後輪の変位	計算	m
	Vel	xdot			車両固定の "x" 軸に沿った後輪の速度	計算	m/s
		ydot			車両固定の "y" 軸に沿った後輪の速度	計算	m/s
		zdot			車両固定の "z" 軸に沿った後輪の速度	0	m/s
	Steer	WhlAngRL			左後輪ステアリング角度	計算	rad
		WhlAngRR			右後輪ステアリング角度	計算	rad
Hitch	Disp		x		車両固定の "x" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット	入力	m
			y		車両固定の "y" 軸に沿った中心平面からのヒッチのオフセット	入力	m
			z		地球固定の "z" 軸に沿った車軸平面からのヒッチのオフセット	入力	m
	Vel		xdot		車両固定の "x" 軸に沿ったヒッチのオフセット速度	計算	m/s
			ydot		車両固定の "y" 軸に沿ったヒッチのオフセット速度	計算	m/s
			zdot		車両固定の "z" 軸に沿ったヒッチのオフセット速度	計算	m/s
Pwr	Ext				加えられる外部動力	計算	W
	Hitch				ヒッチによる動力損失	計算	W
	Drag				抗力による動力損失	計算	W
Geom	Disp		x		車両固定の "x" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット	入力	m
			y		車両固定の "y" 軸に沿った中心平面からの車両シャシーのオフセット	入力	m
			z		地球固定の "z" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット	入力	m
	Vel		xdot		車両固定の "x" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	計算	m/s
			ydot		車両固定の "y" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	計算	m/s
			zdot		車両固定の "z" 軸に沿った車両シャシーのオフセット速度	0	m/s
	Ang		Beta		車体のスリップ角、β $$\beta =\frac{V_y}{V_x}$$	計算	rad

信号			説明		値	単位
PwrInfo	PwrTrnsfrd	PwrFxExt	外部から加えられる縦方向の動力		計算	W
		PwrFyExt	外部から加えられる横方向の動力		計算	W
		PwrMzExt	外部から加えられるロール モーメントによる動力		計算	W
		PwrFwFx	前車軸に加えられる縦方向の動力		計算	W
		PwrFwFy	前車軸に加えられる横方向の動力		計算	W
		PwrFwRx	後車軸に加えられる縦方向の動力		計算	W
		PwrFwRy	後車軸に加えられる横方向の動力		計算	W
	PwrNotTrnsfrd	PwrFxDrag	抗力による縦方向の動力		計算	W
		PwrFyDrag	抗力による横方向の動力		計算	W
		PwrMzDrag	抗力のピッチ モーメントによる動力		計算	W
	PwrStored	PwrStoredGrvty	重力の位置エネルギーの変化率		計算	W
		PwrStoredxdot	縦方向の運動エネルギーの変化率		計算	W
		PwrStoredydot	横方向の運動エネルギーの変化率		計算	W
		PwrStoredr	ヨー回転運動エネルギーの変化率		計算	W

xdot — 縦方向の車体速度

scalar

車両固定の x 軸に沿った車両 CG の速度 (m/s 単位)。

ydot — 横方向の車体速度

scalar

車両固定の y 軸に沿った車両 CG の速度 (m/s 単位)。

psi — ヨー

scalar

地球固定の Z 軸を中心とする車両固定座標系の回転 (ヨー) (rad 単位)。

r — ヨー レート

scalar

車両固定の z 軸を中心とする車両の角速度 r (ヨー レート) (rad/s 単位)。

パラメーター

縦方向

前車軸の車輪数、NF — 前輪の数

2 (既定値) | scalar

前車軸の車輪数、N_F。この値は無次元です。

後車軸の車輪数、NR — 後輪の数

2 (既定値) | scalar

後車軸の車輪数、N_R。この値は無次元です。

車両の質量、m — 車両の質量

2000 (既定値) | scalar

車両の質量、m (kg 単位)。

重心から前車軸までの縦方向の距離、a — 前車軸の距離

1.4 (既定値) | scalar

車両 CG から前車軸まで水平距離、a (m 単位)。

重心から後車軸までの縦方向の距離、b — 後車軸の距離

1.6 (既定値) | scalar

車両 CG から後車軸まで水平距離、b (m 単位)。

重心から車軸平面までの垂直方向の距離、h — 高さ

0.35 (既定値) | scalar

車軸から上の車両 CG の高さ、h (m 単位)。

慣性座標系の縦方向の初期位置、X_o — 位置

0 (既定値) | scalar

地球固定の "X" 軸に沿った車両 CG の初期変位 (m 単位)。

縦方向の初期速度、xdot_o — 速度

0 (既定値) | scalar

車両固定の "x" 軸に沿った車両 CG の初期速度 (m/s 単位)。

横方向

フロント タイヤのコーナリング剛性、Cy_f — 剛性

12e3 (既定値) | scalar

フロント タイヤのコーナリング剛性、Cy_f (N/rad 単位)。

リア タイヤのコーナリング剛性、Cy_r — 剛性

11e3 (既定値) | scalar

リア タイヤのコーナリング剛性、Cy_r (N/rad 単位)。

慣性座標系の横方向の初期変位、Y_o — 位置

0 (既定値) | scalar

地球固定の "Y" 軸に沿った車両 CG の初期変位 (m 単位)。

横方向の初期速度、ydot_o — 速度

0 (既定値) | scalar

車両固定の "y" 軸に沿った車両 CG の初期速度 (m/s 単位)。

ヨー

ヨー極慣性、Izz — 慣性

4000 (既定値) | scalar

ヨー極慣性 (kg*m^2 単位)。

初期ヨー角、psi_o — Psi 回転

0 (既定値) | scalar

地球固定の "Z" 軸 (ヨー) を中心とする車両固定座標系の回転 (rad 単位)。

初期ヨー レート、r_o — ヨー レート

0 (既定値) | scalar

車両固定の "z" 軸を中心とする車両の初期角速度 (ヨー レート) (rad/s 単位)。

空力

縦方向抵抗領域、Af — 車両の有効断面積

2 (既定値) | scalar

車両にかかる空力抵抗力を計算するための車両の有効断面積、A_f (m² 単位)。

空気抵抗係数、Cd — 空気抵抗係数

.3 (既定値) | scalar

空気抵抗係数、C_d。この値は無次元です。

揚力係数、Cl — 空気の揚力係数

.1 (既定値) | scalar

空気の揚力係数、C_l。この値は無次元です。

縦方向抵抗ピッチング モーメント、Cpm — ピッチング抗力

.1 (既定値) | scalar

縦方向抵抗ピッチング モーメント係数、C_pm。この値は無次元です。

相対風角度ベクトル、beta_w — 風角度

[0:0.01:0.3] (既定値) | vector

相対風角度ベクトル、β_w (rad 単位)。

横力係数ベクトル、Cs — 横力係数

[0:0.03:0.9] (既定値) | vector

横力係数ベクトル係数、C_s。この値は無次元です。

ヨー モーメント係数ベクトル、Cym — ヨー モーメントの抗力

[0:0.01:0.3] (既定値) | vector

ヨー モーメント係数ベクトル、C_ym。この値は無次元です。

環境

絶対圧力、Pabs — 圧力

101325 (既定値) | scalar | scalar

環境の絶対圧力、P_abs (Pa 単位)。

気温、Tair — 温度

273 (既定値) | scalar

環境の絶対温度、T (K 単位)。

重力加速度、g — 重力

9.81 (既定値) | scalar

重力加速度、g (m/s^2 単位)。

定格摩擦のスケーリング係数、mu — 摩擦のスケール係数

1 (既定値) | scalar

定格摩擦のスケール係数、μ。この値は無次元です。

シミュレーション

縦方向の速度許容誤差、xdot_tol — 許容誤差

.01 (既定値) | scalar

縦方向の速度許容誤差 (m/s 単位)。

定格垂直抗力、Fznom — 垂直抗力

5000 (既定値) | scalar

定格垂直抗力 (N 単位)。

車軸平面からの幾何学的に縦方向のオフセット、longOff — 縦方向のオフセット

0 (既定値) | scalar

車体固定の "x" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット (m 単位)。3D 可視化エンジンを使用しており、車両 CG に依存せずにシャシーを検出する場合は、このオフセットの使用を検討します。

中心平面からの幾何学的に横方向のオフセット、latOff — 横方向のオフセット

0 (既定値) | scalar

車体固定の "y" 軸に沿った中心平面からの車両シャシーのオフセット (m 単位)。3D 可視化エンジンを使用しており、車両 CG に依存せずにシャシーを検出する場合は、このオフセットの使用を検討します。

車軸平面からの幾何学的に垂直方向のオフセット、vertOff — 垂直方向のオフセット

0 (既定値) | scalar

車体固定の "z" 軸に沿った車軸平面からの車両シャシーのオフセット (m 単位)。3D 可視化エンジンを使用しており、車両 CG に依存せずにシャシーを検出する場合は、このオフセットの使用を検討します。

参照

[1] Gillespie, Thomas. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers (SAE), 1992.

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2018a で導入

R2024a: Simulink 3D Animation が必要

Bicycle Model ブロックを含むモデルのシミュレーションには、Simulink 3D Animation が必要です。