Development and verification of a virtual prototype of a vehicle

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Methods of mathematical modelling are widely used in vehicle development. In order to study vehicle dynamics, stability and handling, as well as to accelerate and to reduce the cost of on-board software development, it is necessary to build a digital twin which contains description of special motion of a vehicle with models of units and subsystems as parts of the vehicle.

AIMS: Development and verification of a virtual prototype of a vehicle.

METHODS: Development of the virtual prototype and vehicle modelling were done in the MATLAB/Simulink software package. Main derivation of the equations necessary to build the models of vehicle’s units and subsystems is given. Verification testing was conducted using special measuring equipment.

RESULTS: The vehicle virtual prototype containing description of combined dynamics of bodyframe, transmission elements, suspension and wheels was developed. Comparison of results of field and virtual testing was made in order to confirm operability and adequacy of the virtual prototype. Main graphs showing dynamics of real and virtual vehicles are presented.

CONCLUSIONS: Practical value of development and study lies in ability of using a virtual prototype in vehicle dynamic studies and development of on-board control systems.

About the authors

Mikhail M. Zhileykin

KAMAZ Innovation Center; Moscow Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: jileykin_m@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8851-959X
SPIN-code: 6561-3300

Dr. Sci. (Tech.), Head of the Engineering Calculations Group, Professor of the Advanced Engineering School of Electric Transport

Russian Federation, 62 Bolshoy boulevard, Skolkovo Innovation Center, 121205 Moscow; Moscow

Akop V. Antonyan

KAMAZ Innovation Center; Moscow Polytechnic University

Email: AntonyanAV@kamaz.ru
ORCID iD: 0000-0002-5566-6569
SPIN-code: 4797-9808

Cand. Sci. (Tech.), Lead Software and Simulation Engineer, Associate Professor of the Advanced Engineering School of Electric Transport

Russian Federation, 62 Bolshoy boulevard, Skolkovo Innovation Center, 121205 Moscow; Moscow

Yury M. Furletov

Moscow Polytechnic University

Email: yury.furletov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7131-0933
SPIN-code: 4919-9869

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Advanced Engineering School of Electric Transport

Russian Federation, Moscow

References

  1. Zhileikin MM. Theoretical foundations for increasing the stability and controllability of wheeled vehicles based on fuzzy logic methods. Moscow: MGTU im NE Baumana; 2016. (In Russ).
  2. Dygalo V, Keller A, Shcherbin A. Principles of application of virtual and physical simulation technology in production of digital twin of active vehicle safety systems. Transportation Research Procedia. 2020;50:121–129. doi: 10.1016/j.trpro.2020.10.015
  3. Drong VI, Dubinin VV, Ilyin MM, et al. Course of theoretical mechanics: textbook. Moscow: MGTU im NE Baumana; 2011. (In Russ).
  4. Byushgens GS, Studnev RV. Aircraft dynamics. Spatial movement. Moscow: Mashinostroenie; 1983. (In Russ).
  5. Dik AB. Raschet statsionarnykh i nestatsionarnykh kharakteristik tormozyashchego kolesa pri dvizhenii s uvodom [dissertation] Omsk; 1988. (In Russ).
  6. Rozhdestvensky YuL, Mashkov KYu. On the formation of a reaction when an elastic wheel rolls on a non-deformable support base. Trudy MVTU. 1982;390:56–64. (In Russ).
  7. Aliukov S, Keller A, Alyukov A. Method of Calculating of Relay Type Free-Wheel Mechanism. SAE Technical Paper. 2015:2015-01-2782. doi: 10.4271/2015-01-2782
  8. Antonyan AV. Povyshenie ustoychivosti i upravlyaemosti avtomobiley kolesnoy formu-loy 4kh4 putem pereraspredeleniya podvodimykh k kolesam vrashchayushchikh momentov [dissertation] Moscow; 2021. (In Russ).
  9. Zhileikin MM, Kotiev GO. Modeling Vehicle Systems: A Tutorial. Moscow: MGTU im NE Baumana; 2021. (In Russ).
  10. Zhileikin MM, Padalkin BV. Mathematical model of elastic wheel rolling over unevenness of a non-deformable support base. Izvestiya VUZov. Mashinostroenie. 2016;3:24–29. (In Russ).
  11. Smirnov GA. Theory of movement of wheeled vehicles. Moscow: Mashinostroenie; 1990. (In Russ).
  12. Dubrovskiy A, Aliukov S, Keller A, et al. Adaptive Suspension of Vehicles with Wide Range of Control. SAE Technical Paper. 2016:2016-01-8032. doi: 10.4271/2016-01-8032
  13. Keller A, Aliukov S. Effectiveness of Methods of Power Distribution in Transmissions of All-Wheel-Drive Trucks. SAE Technical Paper. 2015:2015-01-2732. doi: 10.4271/2015-01-2732

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spacing of coordinate systems.

Download (59KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Euler–Krylov angles: φ, ψ, θ — pitch, roll, yaw angles.

Download (94KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Analytical scheme of reaction and velocities acting in a contact patch.

Download (61KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Analytical scheme of elastic wheel rolling on uneven and non-deformable ground surface.

Download (84KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Graphs of the μs(sk) function at various values µsα.max and s0 for cohesive soils: а) µsα.max = 0,6; s0 = 0,0458; s1 = 0,0864; b) µsα.max = 0,6; s0 = 0,1373; s1 = 0,2539.

Download (127KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Ellipsis of friction.

Download (30KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Analytical scheme of lateral force acting at an elastic wheel.

Download (54KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Analytical scheme of suspension.

Download (44KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The Toyota Prius Hybrid during the events.

Download (227KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. The vehicle motion route.

Download (113KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Path of the center of gravity of the mathematical model of the vehicle’s digital twin.

Download (120KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Comparison of vehicle motion indicators: a) longitudinal acceleration; b) lateral acceleration; c) yaw rate.

Download (471KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».