Car tuning in Ultimate Stunts

Inleiding

Dit document beschrijft hoe de physics van auto's in Ultimate Stunts getuned kan worden. U wilt wellicht een auto tunen als u een nieuwe auto toevoegt, of bijvoorbeeld als u niet tevreden bent met de standaardinstellingen.

U moet zich ervan bewust zijn dat Ultimate Stunts niet gemaakt is voor fysisch realisme. Als u realisme wilt, kijk dan naar simulators als Racer. Als u gewoon plezier wilt hebben met zelfgemaakte banen en een boel stunts, dan is Ultimate Stunts het spel voor u. Binnen de grenzen van de Ultimate Stunts physics engine kunt u auto's zo goed of zo slecht maken als u wilt. De gedachte achter Ultimate Stunt zelf is om gameplay top-prioriteit te geven. Auto's moeten in de eerste plaats leuk zijn om in te rijden. Realistische instellingen worden alleen gebruikt waar dat bijdraagt aan het rijplezier. Auto's die te moeilijk te besturen zijn zijn slecht, en te gemakkelijke auto's ook. Dit maakt car-tuning tot een soort kunst.

Informatie verkrijgen van de auto in de echte wereld

In veel gevallen wilt u uw Ultimate Stunts auto vergelijkbaar maken met een bestaande auto. Voor de meeste auto's kunnen specificaties gevonden worden op het internet, en die kunnen erg nuttig zijn. Indien mogelijk, probeer zo veel mogelijk van de volgende items te verkrijgen. Vergeet niet te kijken naar wat voor eenheden gebruikt worden: mijl per uur verschilt van kilometer per uur. Voordat u deze gegevens gaat gebruiken in Ultimate Stunts, moet u weten dat Ultimate Stunts intern overal SI-eenheden gebruikt. Dus, u moet alles converteren naar SI-eenheden. Deze tabel geeft enkele vermenigvuldigingsfactoren:
Niet-SI eenhedenSI eenheden
1 km/h=0.2778 m/s
1 mile/h=0.4469 m/s
1 hp=735.5 W
1 kW=1000 W
1 RPM=9.549 rad/s

De 3D-modellen van de auto

De 3D-modellen van de auto-body en -wielen hebben enige invloed op de physics van de auto, dus als u de auto realistisch wilt maken, dan moeten de afmetingen van deze modellen correct zijn. Vooral de straal van de wielen en de posities van de wielen zijn belangrijk. Het maken van 3D modellen wordt echter niet behandeld in dit document: het wordt hier aangenomen dat u de 3D-modellen heeft, en een werkend .conf-bestand voor de auto, en dat u alleen aanpassingen maakt aan dat .conf-bestand.

Belangrijke eigenschappen van een auto

In deze sectie worden enkele fysische eigenschappen van auto's beschreven.
Maximum snelheid
Een auto kan niet altijd door blijven versnellen. Bij toenemende snelheid neemt de wrijvingskracht toe, en bij een bepaalde snelheid is het motorvermogen niet meer voldoende om de wrijvingskrachten te compenseren. Bij hoge snelheden is luchtweerstand de belangrijkste wrijvingskracht, dus de luchtweerstands-instelling cwa is belangrijk. Een hogere cwa instelling betekent een lagere maximum snelheid. Motorvermogen en -koppel zijn ook belangrijk. Het verhogen van deze verhoogt de maximum snelheid. Vergeet ook niet de versnellings-verhoudingen. Als u hoge-snelheids-versnellingsinstellingen wilt, dan moet de hoogste versnelling zodanig zijn dat de motor maximum vermogen bereikt bij de maximum snelheid. Enkele formules:
#Symbolen:
v = snelheid van de auto
cwA = luchtweerstandsparameter
Fdrag = luchtweerstandskracht
Pdrag = Vereist vermogen om weerstand te compenseren
v_max = maximum snelheid
P_max = maximum vermogen van de motor

r = straal van het wiel
ratio_g = versnellingsverhouding van hoogste versnelling
ratio_d = differential ratio (final drive ratio)
w_wheel = rotatiesnelheid van het wiel
w_engine = rotatiesnelheid van de motor
w_engine_P_max = rotatiesnelheid van motor @ max vermogenspunt

#Berekenen van maximum snelheid
Fdrag = cwA * v^2
Pdrag = Fdrag * v = cwA * v^3
v_max = (P_max / cwA) ^ (1/3)
cwA = Pdrag / v_max^3

#berekenen van optimale versnellingsverhoudingen
w_wheel = v / r
w_engine = w_wheel * ratio_g * ratio_d = v * ratio_g * ratio_d / r
ratio_g * ratio_d = w_engine_P_max * r / v_max
Als u een auto heeft met een bepaald vermogen, en u wilt het een bepaalde maximum snelheid laten hebben, dan kunt u de versnellingsverhouding / differential ratio combinatie berekenen, en dan de maximum snelheid fine-tunen door de cwa waarde te veranderen.
acceleratie
Bij snelheden in de buurt van de maximum snelheid hebben auto's een erg lage acceleratie, maar bij lage snelheden kunnen sommige auto's erg snel optrekken. Bij lage snelheden wordt acceleratie niet beperkt door luchtweerstand. In plaats daarvan wordt het beperkt door de hoeveelheid kracht die geleverd kan worden door de motor, via de banden, vergeleken met de massa van de auto. Een grotere auto-massa betekent minder acceleratie, en een hogere aandrijfkracht betekent meer acceleratie.

Met de juiste eerste versnellings-verhouding kan elke motor enorme aandrijfkrachten genereren. Een hogere versnellingsverhouding betekent een grotere aandrijfkracht. I kan u horen denken: "waarom hebben auto's geen oneindig hoge versnellingsverhoudingen, als dat grotere aandrijfkrachten geeft?". Naast het feit dat er technische beperkingen zijn aan versnellingsbak-techniek, zal een motor erg snel hoge RPMs bereiken, zodat de aandrijfkracht begint te dalen, dus u zult slechts voor korte tijd voordeel hebben bij de versnelling, en daarna zult u moeten overschakelen naar een hogere versnelling. Een andere reden is dat banden slechts een beperkte hoeveelheid kracht kunnen overbrengen op de grond. Als deze kracht overschreden wordt, dan beginnen de banden te slippen in plaats van extra kracht te leveren. Dus, voor snelle acceleratie kan het slim zijn om de eerste versnelling overeen te laten komen met de maximale aandrijfkracht die door de banden geleverd kan worden.

De maximale kracht die door banden geleverd kan worden hangt sterk af van de vertikale kracht op het wiel (die hier de normaalkracht wordt genoemd). In een neutrale situatie is dit eenvoudigweg een deel van het gewicht van de auto: de gewichtsverdeling van de auto beschrijft hoeveel gewicht naar de voorwielen gaat, en hoeveel naar de achterwielen. Deze verdeling kan in Ultimate Stunts veranderd worden door het zwaartepunt (centerofmass) naar voren of naar achteren te verplaatsen. Bij accelereren, decellereren of draaien kan deze verdeling verschillen van de neutrale situatie. Als de auto accelereert, leunt het meer op de achterwielen, dus de normaalkracht op de achterwielen zal groter zijn dan in de neutrale distributie. Aangezien een grotere normaalkracht een grotere aandrijfkracht toestaat, is dit effect goed voor auto's met achterwielaandrijving, en slecht voor voorwiel-aangedreven auto's. Aerodynamische downforce van spoilers heeft ook invloed op de normaalkracht, maar voor acceleratie is dit minder belangrijk, doordat downforce gegenereerd wordt bij hoge snelheden, terwijl acceleratie de grootste krachten vereist bij lage snelheden.

Vanwege het grote aantal effecten zal hier geen exacte beschrijving gegeven worden, vooral omdat de situatie verschillend is voor voorwiel- en achterwiel-aangedreven auto's. Een exacte beschrijving is mogelijk, maar het zou een extra pagina aan formules nodig hebben. Hier is een beschrijving van de situatie waar de acceleratie geen "weight transfer" genereert, en geen aerodynamische downforce aanwezig is.

#Symbolen
m = massa van de auto
g = zwaartekrachtsconstante (9.81 m/s^2)
Fz = zwaartekracht
wfrac = fractie van gewicht op aangedreven wielen (= percentage / 100), 4WD: wfrac=1
Fn = totale normaalkracht op de aangedreven wielen
mu = statische wrijvingscoefficient van aangedreven banden
Ftr = maximum aandrijfkracht
a = acceleratie
a/g = acceleratie in G-krachten
M_engine = maximum motorkoppel
M_wheel = maximum totale koppel uitgeoefend op aangedreven wielen
ratio_g = versnellingsverhouding van eerste versnelling
ratio_d = differential ratio (final drive ratio)
r = straal van de aangedreven wielen

#Neutrale situatie normaalkracht
Fz = m * g
Fn = wfrac * Fz = wfrac * m * g

#Aandrijfkracht
Ftr = mu * Fn

#Acceleratie
a = Ftr / m = mu * Fn / m
a/g = mu * Fn / Fz

#Neutrale situatie acceleratie
a/g = mu * wfrac

#Versnellingsverhoudingen
M_wheel = ratio_g * ratio_d * M_engine
Ftr = M_wheel / r = ratio_g * ratio_d * M_engine / r
ratio_g * ratio_d = Ftr * r / M_engine = mu * Fn * r / M_engine
remmen
De remmen oefenen een koppel uit op de wielen die de snelheid van de auto zal verlagen. Een remkoppel dat te hoog is is nutteloos, omdat de banden zullen beginnen te slippen in plaats van meer remkracht te leveren. Aangezien remmen ook plaats vindt door de banden, zijn remkrachten op de zelfde manier beperkt als aandrijfkrachten. Moderne auto's hebben meestal vierwiel-remmen, maar het remkoppel op de voorwielen is meestal wat sterker, aangezien remmen wat "weight-transfer" genereert van de achterwielen naar de voorwielen, dus de voorwielen kunnen meestal meer remkracht genereren. Aerodynamische downforce kan meer grip toevoegen aan de banden in rem-situaties, vooral bij hoge snelheden.
#Symbolen
M_brake = maximum remkoppel op een enkel wiel
F_brake = maximum remkracht op een enkel wiel
Fn = normaalkracht op een enkel wiel
mu = statische wrijvingscoefficient van de band
r = straal van het wiel

F_brake = mu * Fn
M_brake = r * F_brake = r * mu * Fn
springen
Springen is belangrijker in Ultimate Stunts dan in elk ander racespel. Tijdens een sprong is er echter niet veel wat een auto kan doen: het is eenvoudigweg niet ontworpen om te zweven. U kunt niet sturen of remmen, doordat de wielen geen contact maken met de grond. Er is slechts één ding over in de lucht: aerodynamica. In theorie zou u een auto kunnen maken die begint te vliegen bij hoge snelheden door het een negatieve downforce te geven, maar dat is niet echt nuttig. Een nuttiger doel van downforce is om er voor te zorgen dat de neus neer gaat in een sprong, zodat u kunt zien waar u landt met het in-de-auto-camerastandpunt. Om dit te doen moet u de voor-downforce vergroten en/of de achter-downforce verkleinen. Merk op dat dit ook stuurgedrag zal beinvloeden.
sturen
De manier waarop een auto zich gedraagt bij het nemen van bochten is essentieel voor hoe het weggedrag wordt ervaren door een bestuurder. Helaas is dit een ingewikkeld onderwerp, en het is niet makkelijk te beschrijven.

Als een auto een cirkelvormig traject moet afleggen, dan moet het naar het midden van die cirkel toe versnellen. Dit betekent dat de banden zijwaartse krachten moeten genereren. Ook moet de auto roteren, zodat het uitgelijnd blijft met de cirkel. Wat die zijwaartse krachten betreft heb je het al geraden: die worden beperkt door de banden, net zoals motor- en remkrachten. Ook is het zo als er motor- of remkrachten worden uitgeoefend op een bepaald wiel, dat er minder kracht "over" is om te sturen. "Weight transfer" effecten zijn extreem belangrijk in bochten. Als gevolg van het sturen krijgen de buitenste wielen meer gewicht en de binnenste wielen minder. Ook is het zo dat als de achterwielen meer grip krijgen, dat de auto onderstuur zal hebben, en als de voorwielen meer grip krijgen, dat de auto zal oversturen. De verdeling van normaalkrachten tussen de voor- en achterwielen hangt af van veel dingen, dus het kan ook op veel manieren getuned worden. De weight transfer als gevolg van accelereren en remmen kan vergroot / verkleind worden door het zwaartepunt hoger of lager te plaatsen, de neutrale gewichtsverdeling kan veranderd worden door het zwaartepunt naar voren of naar achteren te verplaatsen, de verdeling bij hoge snelheden kan veranderd worden met de downforce aan de voorkant en achterkant, en de grip kan getuned worden door de statische wrijvingscoëfficienten van de voor/achterbanden een beetje te veranderen.

Iets anders dat getuned moet worden is hoe snel de auto roteert. Bij het insturen in een bocht wordt de rotatie van de voorwielen veranderd, zodat een zijwaartse kracht gegenereerd wordt op de voorwielen. Doordat deze kracht in eerste instantie niet aanwezig is op de achterwielen, begint de auto te roteren. Hoe snel de auto begint te roteren hangt af van veel dingen, en één ervan is het traagheidsmoment van de auto. Het traagheidsmoment is voor rotaties wat massa is voor lineaire bewegingen. Als het traagheidsmoment extreem hoog is, dan zal de auto erg traag reageren op stuurkrachten: het duurt lang voordat de auto begint te sturen, en na de bocht duurt het lang voordat de auto weer in een recht lijn beweegt. Als het traagheidsmoment laag is, dan zal de auto snel reageren op veranderingen: kleine veranderingen in sturen, gas of remmen zullen een overreactie veroorzaken in de oriëntatie van de auto.

De volgende formules geven wat algemene informatie over hoe snel bochten genomen kunnen worden bij een gegeven bandenkwaliteit.

#Symbolen
R = straal van een bocht
v_max = maximale snelheid in deze bocht
m = massa van de auto
g = zwaartekrachtsconstante (9.81 m/s^2)
F = maximale totale zijwaartse kracht van de banden
Fn = totale normaalkracht op de banden
mu = statische wrijvingscoëfficient van de banden

F = m * v_max^2 / R = mu * Fn = mu * m * g
vmax = sqrt(R * mu * g)

Fysische verschijnselen

aerodynamica banden weight transfer wielophanging overstuur/onderstuur

Parameters van een Ultimate Stunts auto

Algemene volgorde bij het tunen van een auto

motorvermogen versnellings-verhoudingen topsnelheid grip overstuur/onderstuur