沿海风暴和洪水可能在低洼滨海社区的道路、停车场和疏散路线上引发突如其来的水流涌入。水位上升可能在水深尚未危及生命之前便将车辆抬离地面。在正常情况下，车辆并非为漂浮而设计。其重量分布、发动机位置及车身结构通常会导致车辆在深水中下沉或失稳。
这些特性已促使汽车制造商对开发具有受控漂浮能力的车辆产生日益浓厚的兴趣，以应对紧急疏散场景。了解普通车轮在水中失去地面接触时的推进性能，以及车身设计如何影响漂浮过程中的稳定性，变得至关重要。工程师需要可靠的仿真工具来预测车辆在洪水条件下的行为，评估浮力并验证驱动系统在半淹没状态下的有效性。
案例描述
仿真场景研究了一辆密封车辆的漂浮行为及其在水中的推进性能，驱动模式如下：后轮驱动（RWD）和全轮驱动（AWD）。为便于对比，还对无车轮运动的场景进行了研究。
仿真开始时，车辆停立于一个顶部敞开的容器底部，该容器通过坡道与一个台座相连。
容器中的初始水位为 0.4 m。随后，容器注水 4.4 秒，直至水位达到 1 m，从而使车辆漂浮起来。此后，车辆按照各自的驱动模式运动。车轮线速度设定为 21 m/s，对应的车轮转速为 65.63 rad/s。
在该设置中，流体粒子半径设为 7.4 mm，注水前粒子总数为 150 万个，注水后为 525 万个。
结果与分析
浮力与漂浮动力学
在以下视频中，容器内水位持续上升，最终使车辆漂浮起来。
车辆在水中漂浮的条件是：车辆排开的水的质量须超过车辆自身的质量。两者的质量均可通过以下公式计算：
其中 ρ 分别为车辆和排开水的平均密度，V 为各自的体积。
随着水位上升，车辆排开的水的体积也随之增大，排开水的总质量不断增加，直至超过车辆自身质量。这使得车辆漂浮起来。
为了对漂浮条件进行定量分析，将容器内水位和车辆质心随时间变化的曲线绘制于同一图表中。
通过该图表，可以详细分析注水和漂浮过程的动态变化。注水过程的开始和结束分别标记于 1 s 和 5.4 s 处。在这两个时间点之间，水位持续上升。
漂浮开始时刻也标记于 1.63 s、水位 0.48 m 处，为分析漂浮条件提供了关键信息。
推进行为：无运动 vs. RWD vs. AWD
以下视频展示了车辆在不同驱动模式下在水中的推进情况。在无车轮运动的情况下，车辆随水流低速漂移，无定向运动。相比之下，采用 RWD 的车辆以明显更快的速度向前行进。这证实了车轮运动对漂浮场景中车辆运动的影响。
采用 RWD 时，车辆触碰坡道后被弹回，因为车轮产生的前向力不足以将其推上坡道并驶离水面。
与 RWD 车辆相比，AWD 车辆以更快的速度向前推进，直至与坡道接触。前轮一旦触及坡道，两个固体之间的牵引力便使车辆加速，驱动其驶出水面并沿坡道上行。
以下图表展示了三种驱动模式下车辆速度及各车轮角速度随时间的变化。
10 秒后，AWD 和 RWD 车辆的车轮角速度急剧增加至 65.63 rad/s，导致两辆车速度均有所提升。AWD 车辆的速度峰值约为 RWD 车辆最大速度的 2 倍。
约 16 s 后，AWD 车辆的前轮触及固体坡道，图中以黑色竖线标注。运动中的前轮与坡道接触后，车辆速度突然增加，同时主动降低角速度，以避免加速度过大。
RWD 车辆的速度在某一常数值附近波动。这表明车辆尚未触及固体坡道。触碰坡道将因反弹而导致速度急剧下降。
三条速度曲线均在约 14 秒后出现峰值。这可以用车辆前进运动产生的冲击波在坡道处反射后与车辆相遇来解释。
以下图表展示了车辆质心和角速度随时间的变化。质心位置反映了车辆的位置信息。图表显示，AWD 车辆比 RWD 车辆更快到达水池末端，并能驶离水面。AWD 仿真在 20 秒后结束，此时车辆已到达坡道顶端。
RWD 车辆能够在水池中自行推进，与无车轮运动的车辆相比，能够到达水池末端，但无法驶离水面。
