Physikalisch korrektes Bewegen eines (Modell)Autos

Vampirasu · Anmeldungsdatum: 16.08.2010 Beiträge: 4 Wohnort: Berlin

ich grüße euch smile

Ich habe mich hier angemeldet da ich zugeben muss das meine Physikkenntnisse leider doch etwas schwächeln unglücklich

Es geht um folgendes:
Ich bin gerade am planen für einen Modellauto Simulator in 3D. Dort ist es, anders als bei "normalen" Autorennspielen, wichtig das die pyhsikalischen Vorgänge möchglicht genau stimmen sollten. Nun bin ich mit meinem Latein schnell an meine Grenze gestoßen als mir klar wurde das ich mein einfaches "Physikmodell" aus meinem Arcade Rennsimulator nichtmal im Ansatz verwenden kann. Im Modellrennsport sind ja bestimmte "Extreme" altag.

z.B.: Überschlag in der Kurve noch vor oder wärend das Modell von der haftreibung und die Gleitreibung übergeht. Oder beim beschleunigen stellt sich das Modell auf die Hinterräder durch die Leistung des Motors.

Das Alles macht mir doch gehörig Kopfschmerzen. Normal hätte ich das Auto als mehr oder minder statischen Körper gesehen. Nun aber muss ich es runterbrechen bis auf die Reifen. und das Alles in Einklang bringen.

Hier ist eine Auflistung was in meinen Augen alles wichtig ist für die Berechnung an dem RC Auto:
- Gesamtgewicht
- Schwerpunkt
- Aufhängung: Federweg, Dämpferhärte, Dämpferwinkel
- Reifen: Durchmesser, Material, Härte, Breite
- Antrieb: 2wd/ 4wd, Lastverteilung, Über/Untersetung. Motorbremse?!
- Einstellung der Slipperkupplung!
- Karosserie: CW Wert, Spoiler o.ä

wichtig ist dabei natürlich auch der Untergrund:
- Material: fest oder lose?
- Näße
- Unebenheit: was dann die Traktion der einzelnen Räder beeinflußt

andere Einflüße:
- Wind: würde ich aussen vor lassen
- Schwerkraft (g) der Erde smile

und hier ein paar Scenarien die mich erst auf diese Problem gebracht haben:

1. Auto mit Heckantrieb gibt Gas-> Reifen drehen druch-> Vorderräder stellen sich auf -> Wheelie.
Hier kommt es für mich schon zu dem Problem das die Reifen weiter durchdrehen wärend sich das Chasie anhebt (evt soweit das es einen Überschlag erzeugt) Dort haben die Hinterreifen keine Haftkraft mehr sondern gehen in die Gleitphase über richtig ?

2. Fall den ich als noch komplizierter ansehe!
Wenn ein Auto in der Luft ist (durch Ramper oder einen Kicker) lässt sich seine Neigung (Nick) durch Gas geben / Gas verminden ändern. Welche Kräfte wirken da?

Es wäre schön wenn man mir da bei ein wenig unter die Arme greifen könnte smile

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Vielleicht hilft das weiter.

der Motor treibt das Antriebsrad an im Gegenzug gibts ein Drehmoment auf die Karosserie (reactio).

Das Antriebsmoment erzeugt eine Reibkraft im Boden die ebenfalls auf die Karosserie wirkt, im Radmittelpunkt. Diese Kraft beschleunigt das Auto.

Im Massenmittelpunkt wirkt ne widerstandskraft gegen Beschleunigung. es kommt zu einem weiteren Drehmoment. Gegen drehend wirkt das Drehmoment der Gewichtskraft und Bodenauflagekraft, Ist alles im Gleichgewicht behält das Auto seine Lage in dieser Anordnung.

Erhöh ich das gas wird sich das Auto weiter raufdrehen. weil Drehmoment auf Karosserie größer und zweites drehmoment Antriebskraft plus Trägheitskraft auch größer.

vermindere ich das Gas auto dreht nach unten-

Vampirasu · Anmeldungsdatum: 16.08.2010 Beiträge: 4 Wohnort: Berlin

ich danke dir für die Beschreibung und für die Zeichnung! das hilft mir schonmal enorm weiter!

Ich bleibe mal bei dem 2 Rad Antrieb, wobei bei den meisten Modellautos der Motor ehr hinten sitzt (was aber erstmal wenig unterschied machen sollte oder?)
Wenn ich nun das ganze erweiter und noch eine Federung/Dämpfung einbaue, würde das bedeuten das beim Beschleunigen die Federung ein Teil der Rotation der Karroserie abfangen würde richtig ? also zumindest solang bis Diese am Anschlag bzw der Widerstand zu hoch wird?

Da das ganze Thema, zumindest für mich, ganz schön schwer ist/wird und das evt eine längere Diskussion werden kann, erarbeite ich mal ein 3d Modell wo ich hoffentlich mit eurer Hilfe nach und nach alle Kräfte und Wirkungen darstellen kann!

Ich setz mich gleich ran und hoffe das ich zu Morgen etwas habe.

Dank dir VeryApe weiß ich aber schonmal wie ich da ran gehen muss!

Thumbs up!

Vampirasu · Anmeldungsdatum: 16.08.2010 Beiträge: 4 Wohnort: Berlin

ich kann das Cad Programm scheinbar doch noch bediehnen *g* bin dann etwas schneller fertig geworden als ich dachte.
Hier ist das Bild, ich habe versucht alle Kräfte/Pfeile von dir mit einzubauen.

Was mir noch fehlt was ist der Lila Pfeil? ich konnte mit FT nichts anfangen, aber ich vermute das, dass die Trägheit ist?
Diese diese ergibt sich anhand der momentanten Geschwindigkeit und der Masse?

Dann der Grüne Pfeil, bedeutet die Kraft die durch den Motor + Getriebe entstanden ist ? R für Rotation m für das Material (Gummi) und a die Beschleunigung ?

beim Motor habe ich das Problem das, dass ich nicht weiss wie das Drehmoment des Motors auf den rast wirken soll.

an welcher Stelle müsste ich dann z.B. FA also die Hangabtriebskraft oder auftrieb. ansetzen, doch auch an den Rädern die für den Antrieb zuständig sind oder?

Tut mir leid wenn meine Fragen alle so Konfus sind.
Ich merke das meine Physikkenntisse ganz schön eingerostet sind! meine Schulzeit ist auch leider schon wieder 10 jahre her unglücklich

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Es sei der Kolben samt Pleuel und Kurbelwelle masselos, der einfachheit halber.
Bild 1 rot, stellt die Kräfte auf die Kurbelwelle dar. Die Kurbelwelle ist im Motorgehäuse gelagert. Das Pleuel drückt mit der Kraft FPleuel auf die Kurbelwelle. Im Lager gibts ne gegenkraft und es bildet sich ein Drehmoment.

violett, wie kommt die Kraft FPleuel zustande. einerseits durch den Druck (rot oben) anderseits die horizontale Komponente vom Gehäuse.

Bild 2 zeigt das der Druck natürlich auch nach oben wirkt aufs Gehäuse und als reactio wirkt natürlich vom Kolben die gleiche horizontale Kraft aufs Gehäuse. die insgesamt FPleuel als reactio auf das Gehäuse bildet.

Bild 3 zeigt das im Lager der Kurbelwelle das ebenfalls mit dem Gehäuse veränkert ist von der Kurbelwelle natürlich als reactio mit FLager draufgedrückt wird.

Und insgesamt genau das gleiche actio Antriebsmoment als reactio entgegengesetz auf das Gehäuse wirkt.

Das ist immer so.
Ein stink normaler akkuschrauber der frei gelagert ist und du drückst den Knopf, dann wird sich der Bit mit Aufsatz drehen aber genauso das gehäuse in entgegengesetzter Richtung. Wenn du nur eine Seite drehend haben willsd mußt du diese festhalten und wirsd mit diesen Moment belastet.

Dieses Moment stell dir vor als zwei betragsgleiche entgegengesetze Kräfte die im Absand xyz wirken. wo der Motor dabei sitzt ist egal.

Wichtig ist nur das dieses Moment genau entgegengesetz des Antriebsmoments wirkt.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Vampirasu · Anmeldungsdatum: 16.08.2010 Beiträge: 4 Wohnort: Berlin

das wort Auftrieb war unglücklich gewährt, es sollte nur heissen ob es an einem Hang nach oben oder nach unten gehen, also positives Steigung oder negativ.

wenn es mal ein paar Tage ruhig sein sollte heisst das nicht das ich aufgegeben habe smile

. Zur Zeit bastel ich geradean der Struktur und dem Modell/Parametern für das Auto in meiner 3D Engine.
Da ich das komplette Auto erstmal nur über Parameter beschreiben möchte stelle ich gerade eine Art Grundgerüst zusammen welche Teile dafür essenzell sind und welche nicht. Bis jetzt ist die Fahrwerksplatte + Radaufhängung (über einfach Querlenker) schon umgesetzt. Nur da es so viele unterschiedliche Aufhängungsmmöglichkeiten gibt, werde ich da noch 2-3 Tage drüber brüten müssen.

Dann gehts los das ich die ersten "Formeln" an die Teile heften werde.
Dank dir weiss ich ja nun welche Teile wie zusammen spielen (Physikalisch) und was ich wie "zusammenfassen kann"

Sachen wie Spoiler usw lasse ich erstmal aussen vor! der User soll lediglich einen CW Wert angeben und kann dem Modell eine Konstante mitgeben die den Auf/Abtrieb durch durch Spoiler und CO angibt.

Kompliziert wird es nochmal beim Thema Spur/Sturz/Nachlauf, da hab ich noch keine Ahnung wie ich das umsetzen kann. Aber das hat noch Zeit!

zudem muss ich bis zum Wochenende das Gewürzregal für meine Freundin zuende Fräsen was mich schonwieder Zeit kostet unglücklich

PS: was mir noch eingefallen ist, die Reifen (Mäntel) dehnen sich bei RC Cars teils sehr heft aus! das müsste ich dann bei Zeiten noch mit aufnehmen, bei meinem kleinen Flitzer sind sdas bis zu 2,2cm im Durchmesser wenn man ihn frei laufen lässt.

Danke dir erstmal, ich Melde mich wenn ich einen Schritt vorran gekommen bin. dann kann ich evt auch schon eine kleine Mini Demo vorweisen damit man mal was sieht smile