履带车辆动力学仿真技术的发展与展望
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韩宝坤李晓雷孙逢春
（北京理工大学车辆与交通工程学院，北京，4###54）
摘要履带车辆在军事领域中发挥重要作用。由于履带车辆自身及使用环境的复杂性，传统的研究模式导致研制费用高、周期长。运用建模仿真技术研究履带车辆已成为趋势，对其发展起了巨大的推动作用。本文对仿真技术在履带车辆动力学仿真研究中的阶段性成果，按照平稳性模型、压力分布与通过性模型、转向性模型进行了回顾和总结，对履带车辆动力学仿真中常用的大型软件做了介绍，并展望了履带车辆动力学仿真技术今后的发展方向。
关键词计算机应用；履带车辆；建模；仿真；发展
中图分类号(6547#14
履带车辆依其良好的通过性能在现代军事、农业、建筑业等领域发挥着十分重要的作用。特别是在军事方面，现代战争对履带车辆的要求不断提高，履带车辆的机动性能成为重要课题。履带车辆出现于!##多年前，但真正的发展是在第二次世界大战之后。这是由于履带车辆本身是一个非常复杂的机械系统，而且其使用环境十分复杂多变。由于缺乏对路面特性的认识和车辆对路谱响应的研究，人们很难对履带车辆的机动性能有深刻全面的认识。所以从履带车辆出现后的很长一段时间里，对履带车辆的研究一直处于“经验7试验”的基础上，设计—试制—试验—改进一直是履带车辆研究的传统模式。这种模式的弊端是很明显的，它是建立在经验公式和大量试验基础之上的，需要大量的人力物力，研制周期长。
二次世界大战后，随着对履带车辆的需求量增加和相关基础理论的发展和完善，人们对履带车辆的认识更加深刻了，并将其研究推进到新的水平。首先是地面力学（(8992:8;<2=>;?）的发展和完善，使车辆—地面间的作用力关系不再神秘，特别是@8A A89的压力—沉陷关系，使对履带车辆在某些路面上的力学性能的预估成为可能。其次，计算机的出现、发展和数值算法在计算机上的实现，使得描述履带车辆动力学性能的大量代数—微分方程得以求
!##!年!月收稿，!##$年$月定稿。
解，数值仿真得以实现。第三，近年来多体动力学（*B0C>D/E3F3=2:>;?）的发展为解决履带车辆自身复杂性的问题提供了出路。运用多体力学的方法，可以把构成履带车辆的各个部件作为刚性体或柔性体，通过各种约束组合起来，求解约束方程和动力学方程就可以获得履带车辆的动力学性能。这些理论的发展和完善为通过建模仿真技术来研究履带车辆的动力学性能奠定了基础。
仿真技术伴随着计算机的发展日臻成熟，它对于履带车辆的研究具有重要意义。随着履带车辆的重型化和机动性能的提高，仅仅通过试验手段获取数据已经显得力不从心，各国新型履带车辆的研制周期不断缩短，也促使人们运用仿真技术来研究履带车辆。
!履带车辆动力学仿真技术的发展
对履带车辆的建模与仿真基本上可以分为两大类：低速履带车辆的建模与仿真；高速履带车辆的建模与仿真。履带车辆动力学建模与仿真的目的可分为：转向性分析；平稳性分析；地面压力分布和牵引特性的预估。针对不同的履带车辆的不同动力学特性，人们建立了不同的履带车辆模型。
!1!平稳性模型
履带车辆的平稳性在很大程度上同轮式车辆是
相同的。但由于履带对负重轮的围包作用，使得履带车辆的平稳性更为复杂。
!"#$%&’(和)
%*+,-(.（/012）提出的’(3!!模型［/］
是较早的履带车辆模型，如图/4/所示。该模型假设车体为刚体，可以作垂直运动、俯仰运动和平动。负重轮被模化为由周向均布的径向弹簧构成，只能作垂直运动。悬挂系统被简化为平动弹簧阻尼元件。这个模型也体现了履带效应，在相邻负重轮轮心上连接有弹簧。当一个负重轮相对于车体有位移时，弹簧会牵动相邻的负重轮运动，以体现履带对负重轮的托带作用。同样在负重轮与主动
轮、
诱导轮之间也加装了弹簧。
期履带车辆动力学仿真技术的发展与展望
系统。负重轮、主动轮通过转动副连接于车体的固定位置，诱导轮以平动副连接于车体，并在其轮心和车体之间安装弹簧。履带是由履带板刚性连接而成的履带环。
!!"转向性模型
转向性模型［"］都假设车辆是在水平刚性路面上转向，每个负重轮承受相同地面压力，履带—地面间的剪切应力假设为库仑摩擦。常见的转向模型有#$%&模型、’()*模型以及+,-./$模型［0］。#$%&模型认转向摩擦力是由履带侧滑引起的。而’()*模型还考虑了转向时由于离心力引起的载荷转移，外侧履带摩擦力大于内侧等因素对转向力矩的影响。+,-./$模型不仅考虑了以上因素，还对转向时履带张力变化以及履带周向滑动的影响加以考虑。文献［0］在试验的基础上对这三类模型进行了修正。结果表明，这些模型在修正后能较好的仿真履带车辆的转向性能。
!!#其它模型
履带车辆模型大多是二维模型。运用多体动力学理论，12$,3#（4556）等人提出了一个三维履带车辆模型［6，5］。该模型主要是针对低速履带车辆，它将履带车辆分解为三个运动学上解耦的子系统。第一个子系统是由车体、主动轮、诱导轮、托带轮构成；第二、三个子系统分别为左右两侧由刚性履带板通过转动副连接而成的履带环。该模型对行驶系的作用力进行了比较细致的刻画。如在分析履带与主动轮的啮合力时，将履带板和主动轮齿的接触分为左齿面接触、右齿面接触和齿根接触。由于该模型对履带结构特征刻画得非常细致，仿真计算量也相当大。在对由47"块刚体组成的挖掘机进行的仿真就证明了这一点。
$履带车辆动力学仿真软件
目前用于履带车辆进行动力学仿真的软件主要有三个，即8(89（8:/.;,%(/.<:=,=./>8?=,@/9:=A -?;）、(8(B9（(C-$;.-,%8:/.;,%(/.<:=,=$DB?A %2./,%.<9:=-?;）、E?%C F8:/!
8(89提供了一个履带车辆仿真模块（G F.%&），在这个模块中输入履带车辆行驶系的有关参数，如负重轮、履带等的物理及结构参数，路面参数，并结合车体的多体模型就可以较好地对履带车辆进行动力学仿真。
(8(B9也提供了履带车辆仿真模块（(G H）。它将不同结构的负重轮、悬挂系统等做成可供选择
的实体包，用户可以很方便地进行选取组合，然后通过履带组装（(==?;I<:）就可以完成履带车辆行驶系的建模，进而进行仿真。
E?%C F8:/是新近推出的多体动力学仿真软件。它提供了高速履带模块（#,@2G F.%&）和低速履带模块（J$K G F.%&）。它和(8(B9中的(G H模块一样，可以很方便地选择行驶系的构件，通过履带组装完成建模。由于它采用的是相对坐标的递归算法，运算速度令人满意。
这些软件在处理履带—负重轮—地面等相互接触之类的关键问题上对用户还都是“黑匣子”，它们的准确性还有待试验验证。
"履带车辆动力学仿真技术的展望
计算机技术的发展推动了仿真技术的迅速发展，履带车辆的仿真技术也取得了很大成绩。由于履带车辆的仿真技术是建立在对地面特性和车辆—地面关系深刻了解的基础之上的，所以履带车辆仿真技术的进一步发展应在以下方面有较大突破：（4）地面对履带车辆动态载荷的响应。目前对履带车辆机动性能的预估都是基于车辆是稳态的，而实际上当车辆经过随机路面时是以动态载荷的形式出现的。同样，地面对这种动态载荷的等效刚度、等效阻尼的建模也值得研究。
（L）在模型中尽量反映车辆的设计参数和车辆—地面作用关系的准确表达，减少假设条件。目前的模型对履带、地面等，或采用过多假设，或采用经验公式，这就影响了仿真结果的可信程度。
（M）对车辆在可变形路面上的平稳性模型、转向性模型应进一步研究。目前的这类模型都是在刚性路面上的模型，在更能反映实际路况的可变形路面上的模型还有待研究。
（N）三维模型值得特别关注。目前的大多数模型都是平面模型，少数三维模型也都是基于不考虑悬挂系统的低速履带车辆。
参考文献
4B C F O2:PE，(2 L B%%C<<$C@2B+，#.C@R3!8:/.;,%=$D2,@2;$I,<,-:-F.%&?> Q?2,% M82,F(，9./&.F9!E,>?>:/.;,%=$D2,@2A9O??>-F.%&?>Q?2,% H?2,% 6 N L 兵工学报第 L N卷 ! "#$%&，’()*(%’+&)(,-.$/(,0#11,2341,563%%$414-)(2$/5$278,(.$3)363668%3(4.%(/*1491#$/,15+:1#$/,1’-5.12"-)(2$/5，;<<=，>=：?=!@? 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（2） 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20020183025）资助 - 1 - 弹簧阻尼系统动力学模 型a m s仿真 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 震源车系统动力学模型分析报告一、项目要求 1）独立完成1个应用Adams软件进行机械系统静力、运动、动力学分析问题，并完成一份分析报告。分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。 2）上交分析报告和Adams的命令文件，命令文件要求清楚、简洁。 二、建立模型 1）启动admas，新建模型，设置工作环境。 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置（Setting）下拉菜单中的工作网格（WorkingGrid）命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成750mm和500mm，间距（Spacing）中的X和Y都设置成50mm。然后点击“OK”确定。如图2-1所表示。 图2-1设置工作网格对话框 2）在ADAMS/View零件库中选择矩形图标，参数选择为“onGround”，长度（Length）选择40cm高度Height为1.0cm，宽度Depth为30.0cm，建立系统的平台，如图2-2所示。以同样的方法，选择参数“NewPart”建立part-2、part-3、part-4，得到图形如2-3所示， 图2-2图2-3创建模型平台 3）施加弹簧拉力阻尼器，选择图标，根据需要输入弹簧的刚度系数K和粘滞阻尼系数C，选择弹簧作用的两个构件即可，施加后的结果如图2-4 图2-4创建弹簧阻尼器 4）添加约束，选择棱柱副图标，根据需要选择要添加约束的构件，添加约束后的模型如2-5所示。 图2-5添加约束 至此模型创建完成 三、模型仿真 1)、在无阻尼状态下，系统仅受重力作用自由振动，将最下层弹簧的刚度系数K设置为10，上层两个弹簧刚度系数均设置为3，小物块的支撑弹簧的刚度系数为4，阻尼均为0，进行仿真，点击图标，设置EndTime为5.0，StepSize为0.01，Steps为50，点击图标，开始仿真对所得数据进行分析。 选择物块的位移、速度、加速度与时间的图像如图3-1、3-2、3-3所示，经过傅里叶变换之后我们可以清楚地看到系统的各阶固有频率。 图3-1位移与时间图像以及FFT变换图像 图3-2速度与时间图像以及FFT变换图像 图3-3加速度与时间图像以及FFT变换图像 通过傅里叶变换，从图中可以看出系统为三阶系统，表现出三阶的固有频率，通过测量得到w1=2.72，w2=4.29，w3=6.15.。 2）为了更进一步验证系统的各阶固有频率，我们给系统施加一定频率的正弦激振力，使系统做受迫振动，观察系统的振动情况， （a）F1=50*sin(2*3.14*w1*time)时，物块振动的速度与时间的图像如3-4所示。 图3-4 F1作用下速度与时间图像以及FFT变换图像 2020年xx汽车行业发展现状分析 众多行业加入“造车新势力” 汽车产业正在“磁吸”众多行业加入“造车新势力”。前有互联网，后有房地产，众多行业都把造车当作新突破口。作为中国市场化程度最高的行业，家电业在打败日韩品牌后曾经一度冲击造车，却纷纷铩羽而归。此次再度厉兵秣马，在新的市场条件下，家电业拥有的强大制造实力和研发水平能否成为其成功突围的利器，值得业界关注。 1、家电业再度冲浪“造车” 2003年前后，中国家电业曾涌起过一股狂热的造车“冲动”，当时春兰、美的、奥克斯、波导、夏新、小鸭等一大批家电企业进入汽车业。不过，由于低估了造车的难度，加上汽车业的游戏规则和家电业有着巨大的差别，家电厂商造车遭遇寒流。如今，十多年过去了，家电企业一度熄灭了的汽车梦，在新能源和智能化的产业大潮下重新涌现。 ——家电业再度“上车” 一起价值7.4亿元的收购，引发了业界对美的再度跨界“造车”的猜想。 近日，美的发布了《关于收购北京合康新能科技股份有限公司控股权的提示性公告》。公告称，公司拟通过下属子公司广东美的暖通设备有限公司(以下简称“美的暖通”)以协议方式收购北京合康新能科技股份有限公司(以下简称“合康新能”)的控股权，收购总价为 7.4亿元。本次收购完成后，美的暖通将拥有合康新能23.73%的表决权成为公司控股股东，美的集团也将成为合康新能的间接控股股东，而美的集团创始人何享健也将成为合康新能的实际控制人。 对于这起收购，美的表示，“合康新能的核心业务正面临巨大的发展机遇，高、低压变频器有助于加速美的大型中央空调的变频化进程，提升对传统定频产品的竞争优势。”与此同时，“合康新能在节能环保、新能源汽车等业务方面的业务布局增加了美的集团业务的多元性，也为美的集团在新业务、新模式的拓展上提供了积极有效的探索基础。” Assignment Vehicle system dynamics simulation 学院：机电学院 专业：机械工程及自动化 姓名： 指导教师： The model we are going to analys: The FBD of the suspension system is shown as follow: According to the New's second Law, we can get the equation: 2 )()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 221212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? 0)()()()(222111222111=-++--+-++--+? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z k z L z k z L z c z L z c z m χχχχ 0)()()()(2222111122221111=-++----++---? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z L k z L z L k z L z L c z L z L c J χχχχχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,111111111)()(-=------? ? ? ? ?χχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,222222222)()(-=-+--+-? ????χχ When there is no excitation we can get the equation: 2)()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 2 21212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? Then we substitude the data into the equation, we write a procedure to simulate the system: Date: ???? ?? ??? ??==?==?===MN/m 0.10k m 25.1s/m kN 0.20MN/m 0.1m kg 3020kg 2100kg 3250w 2l c k I m m by w b 交通仿真技术国内外详情分析及发展概述 1、国外的发展概况 交通仿真技术发展较快，发展较早的国家是美国，世界其他国家的仿真软件全部都是在美国的交通仿真技术的基础上进行的发展的。美国在1967年有计算机专业的专家组织建立了美国的计算机仿真学会（SocietyforComputerSimulation），仿真学会的建立极大的推动了美国在交通仿真研究的发展。在美国成立了仿真学会之后，世界上许多国家慢慢地开始了对交通仿真的研究，与此同时，也陆陆续续开发设计了许多不太成熟的交通仿真软件，到现在为止，有很多开发设计的仿真软件发展已经较为成熟，许多都已经基本实现了仿真软件的商业化。 从整个交通仿真软件的发展历程来看，交通仿真软件经历了初步阶段、飞速发展阶段和商业化阶段。 1.1交通仿真软件发展初步阶段 初步阶段交通仿真发展的主要目标还是实现交通信号的合理设计，这个阶段，设计模型 主要还是运用的宏观设计模型，这种模型具备一定的局限性，他的机动性以及表述性不够理想，通过这种模型的到的结论自然也就不具备真正意义上的真实性。虽说这个阶段的仿真系统有一定的局限性，但也可以进行一些简单的模拟，如车辆的跟驰行为、超车变换车道、车流的速度密度流量模拟等。初步阶段出克可以对车辆速度、延误、里程、排队等常规性指标外进行模拟仿真之外，对于车辆的燃料消耗、废气废物的排放也可以进行模拟计算，对于道路几何条件、交通标志标线以及交通设施的描述也有很强的机动性。 初步阶段交通仿真模型的领头羊以罗伯逊在开发设计的仿真软件TRANSYT实至名归，这款软件主要定位还是一款宏观软件，它的最大特点是可以较为合理的计算出交叉口配时的最佳信号周期；在1963年由Ger-lough仿真专家开发设计出的适合用于道路面控信号配置的仿真软件TRANS可以与TRANSYT媲美。此外，美国政府部门开发设计的美国SICOP 仿真系统也是这一时期具备代表性的交通仿真软件。 在交通仿真初步阶段交通仿真模型的发展主要还是收到了当时计算机技术的滞后的影响导致发展比较缓慢，由于计算机技术的的限制，交通仿真模型处理数据问题的准确性以及仿真效果的可视性都不高。 1.2交通仿真软件飞速发展阶段 1970年到1980年间，交通仿真软件迎来了发展的高速时期，计算机技术的飞速发展，推动了计算机相关产业的同步飞速发展，这其中交通仿真软件便是一个比较经典的例子。有电子计算机飞速发展作为基础，仿真软件的仿真模拟精度有了很大的提升，同时，软件的功能也倾向了多元化色彩。在宏观软件全力飞速发展的同时，微观交通仿真也踏上了时代的高速列车，这其中最为突出的两款软件便是NESTSIM、AIMSUM2交通仿真软件，两款软件中，有以美国政府开发设计的NETSIM仿真软件为代表。这款模型是对于单个车辆的运动状态的网络微观交通仿真，NETSIM的出现将城市道路的交通现象的描述推到了一个新的 SIMPACK车辆动力学习仿真系统 SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司(于2009年正式更名为SIMPACK AG)开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。它以多体系统计算动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。SIMPACK软件的主要应用领域包括：汽车工业、铁路、航空/航天、国防工业、船舶、通用机械、发动机、生物运动与仿生等。 SIMPACK是机械系统运动学/动力学仿真分析软件。SIMPACK软件可以分析如：系统振动特性、受力、加速度，描述并预测复杂多体系统的运动学/动力学性能等。 SIMPACK的基本原理就是通过搭建CAD风格的模型（包括铰、力元素等）来建立机械系统的动力学方程，并通过先进的解算器来获取系统的动力学响应。 SIMPACK软件可以用来仿真任何虚拟的机械/机电系统，从仅仅只有几个自由度的简单系统到诸如一个庞大的火车。SIMPACK软件可以应用在我们产品设计、研发或优化的任何阶段。 SIMPACK软件独具有的全代码输出功能可以将我们的模型输出成Fortran或C代码，从而可以实现与任意仿真软件的联合。 车辆动力学仿真carsim CarSim是专门针对车辆动力学的仿真软件，CarSim模型在计算机上运行的速度比实时快3-6倍，可以仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，同时被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。CarSim可以方便灵活的定义试验环境和试验过程，详细的定义整车各系统的特性参数和特性文件。 CarSim软件的主要功能如下: 适用于以下车型的建模仿真:轿车、轻型货车、轻型多用途运输车及SUV; 可分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性及平顺性; 可以通过软件如MATLAB，Excel等进行绘图和分析; 可以图形曲线及三维动画形式观察仿真的结果;包括图形化数据管理界面，车辆模型求解器，绘图工具，三维动画回放工具，功率谱分析模块;程序稳定可靠; CarSim软件可以扩展为CarSim RT, CarSim RT 是实时车辆模型，提供与一些硬件实时系统的接口，可联合进行HIL仿真; 图1.1：虚拟现实的３I特交通仿真中的虚拟现实技术 【摘要】虚拟现实技术是当今科技发展的新热点，虚拟现实技术也越来越多的成为交通仿真领域应用软件发展的新趋势。本文简要介绍了虚拟现实技术的特点，探讨了在交通仿真中虚拟现实技术的应用情况，并对虚拟现实技术在这些领城的发展进行了展望。 【关键词】虚拟现实；交通仿真 随着我国的交通事业迅速的发展。在交通仿真应用软件不断更新，除了模型本身，虚拟现实技术的应用越来越多的成为这些软件发展的新趋势以及评价的一个重要指标，为实际应用提供了更为直观、有效的工具。本文就交通仿真中虚拟现实技术的应用进行了分析和介绍，并对今后交通仿真领域虚拟现实技术的发展进行了展望。 一、虚拟现实技术综述 虚拟现实技术(virtual reality, VR)，又称临境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征（如图1.１）的计算机高级人机界面。它综合利用了计 算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、 计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟 人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸 在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等 自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其它客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。 虚拟现实技术具有超越现实的虚拟性。虚拟现实系统（如图1.２）的核心设备仍然是计算机。它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形，故此又称为图形工作站。图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显示器在屏蔽 第10 章系统动力学模型 系统动力学模型(System Dynamic)是社会、经济、规划、军事等许多领域进行战略研究的重要工具，如同物理实验室、化学实验室一样，也被称之为战略研究实验室，自从问世以来，可以说是硕果累累。 1 系统动力学概述 2 系统动力学的基础知识 3 系统动力学模型 第1 节系统动力学概述 1.1 概念系统动力学是一门分析研究复杂反馈系统动态行为的系统科学方法，它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学领域的横向学科，实质上就是分析研究复杂反馈大系统的计算仿真方法。 系统动力学模型是指以系统动力学的理论与方法为指导，建立用以研究复杂地理系统动态行为的计算机仿真模型体系，其主要含义如下： 1 系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法； 2 系统动力学模型的研究对象是复杂反馈大系统； 3 系统动力学模型的研究内容是社会经济系统发展的战略与决策问题，故称之为计算机仿真法的“战略与策略实验室” ； 4 系统动力学模型的研究方法是计算机仿真实验法，但要有计算 机仿真语言DYNAMIC勺支持，如：PD PLUS VENSIM等的支持； 5 系统动力学模型的关键任务是建立系统动力学模型体系； 6 系统动力学模型的最终目的是社会经济系统中的战略与策略决策问题计 算机仿真实验结果，即坐标图象和二维报表； 系统动力学模型建立的一般步骤是：明确问题，绘制因果关系图，绘制系统动力学模型流图，建立系统动力学模型，仿真实验，检验或修改模型或参数，战略分析与决策。 地理系统也是一个复杂的动态系统，因此，许多地理学者认为应用系统动力学进行地理研究将有极大潜力，并积极开展了区域发展，城市发展，环境规划等方面的推广应用工作，因此，各类地理系统动力学模型即应运而生。 1.2 发展概况 系统动力学是在20世纪50年代末由美国麻省理工学院史隆管理学院教授福雷斯特（JAY.W.FORRESTERI出来的。目前，风靡全世界，成为社会科学重要实验手段，它已广泛应用于社会经济管理科技和生态灯各个领域。福雷斯特教授及其助手运用系统动力学方法对全球问题，城市发展，企业管理等领域进行了卓有成效的研究，接连发表了《工业动力学》，《城市动力学》，《世界动力学》，《增长的极限》等著作，引起了世界各国政府和科学家的普遍关注。 在我国关于系统动力学方面的研究始于1980 年，后来，陆续做了大量的工作，主要表现如下： 1 ）人才培养 自从1980年以来，我国非常重视系统动力学人才的培养，主要采用“走出去，请进来”的办法。请进来就是请国外系统动力学专家来华讲学，走出去就是派留学生，如：首批派出去的复旦大学管理学院的王其藩教授等，另外，还多次举办了全国性的讲习班。 2 ）编译编写专著 一、仿真简介 1.1 仿真的概念 仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真可以用于研制产品或设计系统的全过程中，包括方案论证、技术指标确定、设计分析、生产制造、试验测试、维护训练、故障处理等各个阶段。如训练飞行员、宇航员仿真工作台和仿真机舱等。 1.2 仿真三要素 系统（研究的对象）、模型（系统的抽象）和计算机（工具与手段），联系着他们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立（又称二次建模）和仿真试验。 二、汽车仿真力学角度分析 在现代汽车企业的竞争中，产品的质量、成本和投放市场的周期是最核心竞争力的体现。汽车仿真技术在汽车开发中的作用也主要体现在这3 个方面。汽车仿真分析从力学角度来分主要有：整车疲劳寿命分析、整车系统动力学分析、整车系统NVH分析、碰撞模拟和乘员保护、汽车外流场的空气动力学分析等。 2.1 疲劳寿命分析 结构的疲劳破坏是其主要的失效形式，因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。汽车疲劳寿命分析主要研究汽车整车及各部件的动、静疲劳寿命，它有以下4 种分析方法： （1）根据S-N 曲线进行总寿命评价分析是最传统的总寿命分析方法。这种方法对裂纹的产生和扩展不加以明确区分，能够预测到有较大的损伤和破坏后的总寿命。当然，这种方法也能够对材料在一系列循环载荷作用下各部位的损伤度，剩余寿命进行评价。 （2）根据E-N 曲线进行萌生寿命分析是所谓的裂纹萌生分析法。它根据关键点 的应变来预测疲劳寿命。这个方法一般用于对整个结构的安全可能造成致命危险的高应变区域。 (3) 根据线弹性破坏力学进行裂纹扩展分析是一种建立在线弹性破坏力学(LEFM)理论基础上的预测裂纹扩展的方法，一般适用于结构的损伤容限设计。 (4) 疲劳寿命灵敏度分析及优化可对不同材料、焊接类型、载荷大小、各种修正法、 耐久性可靠度、表面加工处理、残余应力、应力集中等设计因素进行灵敏度分析及优化设计。 通常，一个疲劳分析可分为4 个阶段：材料特性、构件疲劳试验、载荷历史确定和 分析方法，分析方法把前3 个测量阶段组合起来并得出寿命预计。第5 个阶段可以对构件 寿命预计与测量的疲劳寿命值进行此较。 2.2 系统动力学分析 汽车系统动力学分析主要研究汽车的行驶性、操纵性等。通常采用多体(多刚体、多 柔体) 系统动力学分析方法。在研究过程中需要处理如下基本问题： (1) 坐标系选择问题。相对坐标法是目前常用的方法，它的特点是每个体上固结一个 局部坐标系；绝对坐标法则用统一的坐标系表示整个系统的状态，它的计算效率低，较 少采用。 (2) 柔性体离散化问题。柔性体本质上是无限自由度系统，为适应计算机数值计算的 要求，必须对柔性体进行离散化，常用方法有：假设模态法、有限段方法、有限元方法 等。有限元法与模态分析相结合是常用的方法，该方法将系统的物理坐标变换为模态坐 标，从而大大降低了系统的自由度数目。 (3) 建模方法选择问题。建模方法主要有：Newton-Euler(N/E) 方程(矢量力学方 程)，可对隔离体建立动力学方程；Lagrange方程(分析力学方程)，它从系统的能量角度入手建立动力学方程；Kane 方程，它兼有矢量力学和分析力学的特点，各种动力学原理与方程具有等效性。通常采用有限元、假设模态、校正模态、奇异扰动等方法获得柔性体动力学有限维逼近的坐标基，联同关节变量作为广义坐标，通过Lagrange 方程或变分原理导出动力学方程组。 (4) 动力学方程数值算法问题。多体系统动力学方程的系数矩阵为高度非线性，其初 始条件或参数的微小变化或因计算误差的积累都有可能导致仿真结果的较大偏差甚至发 散。针对上述问题的理论研究至今进展不大。目前人们在仿真时 车辆动力学概述 回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。 1.历史发展 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。 2.研究内容 严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。 纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。 3.车辆特性和设计方法 车辆动力学仿真 课程编码：202060 课程英文译名：Dynamics Simulation of Vehicle System 课程类别：专业课 开课对象：车辆工程专业开课学期：第7学期 学分：2.5学分；总学时： 40学时；理论课学时：32学时；上机学时： 8学时 先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械振动 教材：车辆动力学模拟及其方法，威鲁麦特（德），北京理工大学出版社, 1998.5 ，第1版 参考书：【1】汽车系统动力学，张洪欣，同济大学出版社, 1996 ，第1版【2】汽车系统动力学及仿真，雷雨成，国防工业出版社, 1997 ，第1版一、课程的性质、目的和任务 《车辆系统动力学仿真》是车辆工程专业理论性较强的专业课。本课程的目的是，使学生初步学会汽车动力学分析方法，能够解决工程实际问题，以便增强其研究和解决车辆动力学问题的能力。本课程的任务，是以数学力学模型为基础，结合虚拟样机仿真技术，讲授汽车的垂直动力学、横向动力学、纵向动力学，为继续学习和掌握汽车新科技创造条件。 二、课程的基本要求 对汽车动力学有一定的了解，掌握有关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用，掌握汽车多体动力学仿真的方法。具体要求为： 1.对汽车动力学仿真的基本概念和基本分析方法有明确的认识； 2.掌握单自由度系统的振动系统，自由振动、强迫振动的微分方程的建立方法； 3.掌握多自由度系统的振动系统的微分方程，初步掌握多自由度系统振动的模态分析方法； 4.了解随机振动的一些基本概念，掌握路面不平度功率谱密度的概念及其计算方法； 5.掌握汽车垂直动力学模型的建立方法，以及路面激励对汽车振动的影响； 6.掌握汽车弹簧、减震器、橡胶金属部件、轮胎等部件垂向动力学的特性； 7.掌握汽车纵向动力学微分方程，掌握滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力的计算方法； 8.掌握驱动附着率、制动附着率对行驶极限的影响； 9.掌握汽车横向动力学的微分方程建立方法，及其横向动力学微分方程的特性； 10.掌握汽车操作稳定性的概念及其影响汽车操作稳定性的因素； 11.掌握轮胎的真实特性，初步掌握轮胎动力学的初步概念。 虚拟现实简称VR也泛指“计算机模拟仿真”或者“虚拟世界”。为了建立这个虚拟环境，高性能计算机将大量的数据转化为立体的三维图像，给观察者像在现实世界中同样的视觉感受——虚拟世界 看上去是真的。实际上这样的虚拟环境可以独特地取代许多领域和运用的现实环境，如果它适用于 模拟一个详细定义的现实环境。 汽车的虚拟未来已经起步网络世界已经从简单的程序发展到十分严谨、意义重大的工业化工具。使用者可以在虚拟环境中漫游，实时交互甚至可以改变他周围的虚拟世界。现代虚拟现实视觉系统 有通常被称为自动沉浸式虚拟环境或简称为CAVE ——一个电子化沉浸式环境，在这个环境中观察 者被最多六面实时投影画面的墙体包围。使用者戴上特殊的立体眼镜后就可以看到一个他所处虚拟 环境的空间三维影像。 从初步概念到系列产品——前所未有的快速和高效虚拟仿真在当今的汽车工业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型 上工作，在屏幕上优化这个模型，如果有必要，将模型数据通过数据线同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于 使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量—甚至是最初为表达一个设计新概念的参数可以 在虚拟现实中显示出来，为虚拟仿真提供了数据。牢固地掌握这种计算机辅助仿真技术是宝马设计 团队将原来开发新车型所需的6年时间缩短为现在2年半的先决技术条件之一。 汽车成为虚拟事物为了测试新车的设计和概念，虚拟现实工程师将计算机中保存的数据收集起来，并在这个基础上构建初步3D模型。在这个过程中，计算机将整车数据细分为三角面体也就是多 边形体。也就是说，计算机向虚拟网络中添加了描述汽车设计和布置几何元素的网格体。然后特定 的色彩和表面特征根据它们实际特征和属性被赋予各个单独的部件。最后，向观察者实时地从各个 视图和透视方向展示高度真实的设计结果。 在江衡仿真看来，虚拟仿真的高超之处生成虚拟环境运用的复杂方法符合明确的意图：提供一 个清晰的蓝图替代一大串繁杂的数据，创造一种人们易于感受的视觉形式。如果这些数据全部以数 字和图表的方式作为列表印在纸上，没有人将对自己所见的东西有所概念。所以数据只有转化为三 维展示模型，它能够整合人类大脑独特的能力来利用大型、高性能计算机的计算能力直观地处理图片。然而在很多领域，单纯的视觉表达是不充分的—例如评估汽车的声学、控制功能和安全性方面 或者其单个组件。 在这种情况下，一切依赖于组件所使用的材料及其属性。在彻底的分析之后，计算机提供了大 量的具有高标准精度的描述未来汽车的信息。工程师可以在虚拟环境中从各个角度观察考虑汽车， 解剖汽车任何他想要观察的部位，行为测量，在汽车中漫游，放大或缩小图像的大小。运用相应的 软件，他甚至可以在虚拟现实中驾驶汽车，检查这个过程中产生的噪音和声响。另外（这实际上是VR的高超之处）他甚至可以直接在虚拟环境中驾驶虚拟车或者说是一个驾驶模拟器，从而在虚拟道 路上测试特定技术部件的质量和特征却不危及其他的道路使用者。最后，至少包括整车的破坏性试 验现在也能在虚拟环境中实施。 超级计算机为了利用全部的设备，成熟、高度专业的软件是必需的。实际上宝马研发创新中心 的虚拟现实技术中心（VRC）有极其庞大的具有特殊功能的玻璃显示墙，其中又隐藏着极强能力的计算机：一台计算机并联了几个处理器来处理庞大的数据集群，大型投影仪以投影到投影墙毫米以下的精度来传输图像。戴上特殊的立体眼镜，使用者驾驶进入这个的投影的环境，那样的立体眼镜只 能让右眼看到右面的立体图像，让左眼看到左面的立体图像。 这两个通道的图像随着观察者不同的位置和观察角度即时变化。使用3D鼠标或者3D操纵杆，使 用者可以在虚拟环境中漫游，传感器捕捉他的每一个动作并立即形成正确的透视图像。这个过程是 实时的，计算机的功能使使用者与图像交互，对他所观察的一切做出直觉的反应。 我国汽车工业发展地总体简况 <一）我国汽车工业发展取得了重大成绩 一是成长为最具规模地产业之一.在改革开放政策指引下,我国汽车工业实现了快速发展.1978年,我国汽车产辆不足15万辆,在世界汽车产业中地比重微不足道.2000年,我国汽车产量为207万辆,占世界汽车市场份额地3.6%.2009年,在国际金融危机冲击、全球汽车市场萧条地形势下,我国汽车工业一举突破产销千万辆大关,跃居世界第一.2018年,汽车工业全力消除世界经济低迷带来地影响,赢得了稳步回升和两位数地产销增速,以1900万辆地业绩占据了世界汽车产销份额地25%.今年将有望突破产销2000万辆,保持连续五年位居世界首位.短短十多年时间,我国汽车产量增长了近10倍,成为最具成长性地产业.据统计,在1978年至2018年世界汽车产量增量中,中国汽车工业地贡献率达到46%,中国汽车工业成为世界汽车工业地重要组成部分,从根本上改变了世界汽车产业地格局. 二是确立了支柱产业地地位.改革开放初期,汽车工业增加值占全国GDP仅为0.59%左右,2018年行业总产值达到5.3万亿,工业增加值超过8000亿元,利润总额4203亿元,GDP占比达到1.56%.利税总额2535亿元,占国家税收总额比重达到13%以上.出口额744亿美元,占全国货物出口总额比例为3.63%.汽车工业及关联产业就业人数超过4000万人,占全国城镇劳动人口比重约为10%.汽车消费占全社会消费品零售总额高达11.3%.汽车关联产业工业增加值占GDP比重达 到8.7%.连年地产销增长、高比例地税收以及巨大地就业和消费市场地拉动,稳固了汽车工业在国民经济中地支柱产业地位. 三是形成了中国特色地产业体系.经过多年地调整发展,汽车产业体系建设取得重大进展,小散差地局面得到初步改观,生产集中度不断提升,排位前十名企业地销量总和在行业占比已达88%以上.产业布局、产品结构趋于合理.全国六大产业集群占据了全国汽车市场主要份额,各项主要经济指标约占全行业地80%左右.乘用车所占比例提升至78%左右,其中小排量乘用车比例高达65%以上,自主品牌保持了主导地位.以企业为主体、产学研结合地自主研发体系基本形成,具备了一定地基础研究、平台开发和各类商品车开发能力,掌握了部分核心技术并具有了较完备地设计、实验等条件.新能源汽车发展势头良好.零部件配套、汽车后市场开发等基本形成体系,相关服务业等占汽车产业链比重已近20%. 四是带动了相关产业地协同发展.汽车工业上下游共涉及100多个产业.汽车产业地发展及产品性能地不断提高,有效带动了国家相关重要基础产业和高技术含量产业进步和产业规模化发展.2018年,汽车工业总产值、利润总额、上缴税金在机械工业中地占比分别达到28.79%、34.31%、39.14%,成为机械工业地重要支撑.其中机床行业40%、铸件产量25%地市场来自汽车工业. 汽车对上下游产业如钢铁、石化工业等带动作用明显,与电子、金融、橡胶、纺织等产业发展地关联度越来越紧密.据统计,机械行业 汽车碰撞安全技术 学号：2009********** 班级：2009级****** 姓名：******* 球撞板建模仿真分析实验 （一）试验目的 巩固汽车仿真分析基础知识，使对仿真分析有更深的认识，学习Hyperworks、LS-DYNA 软件基础，学习仿真分析的基本思想和基本方法步骤。 （二）试验设备 计算机、Hyperworks软件和LS-DYNA软件。 （三）试验原理 仿真分析主要分为数据前处理、后处理和分析计算等几个阶段，本实验主要通过建立球和板的几何模型、画分网格、给球和板富裕材料和截面属性、加载边界条件、建立在和条件、接触处理、定义控制卡片。删除临时阶段、节点重新排号、将文件导出成KEY文件、运营LS0DYNA进行分析仿真等步骤，模拟球撞板的过程，得出响应的仿真动画和仿真计算结果。（四）仿真步骤 1)建模过程 首先建立临时节点，并以此建立球模型和板模型。球为以临时节点为球心，5mm为半径；板距离球心的距离为5.5mm，即板和球的最小距离为0.5mm。 2)画网格 利用hypermesh画出球和板的二位网格。 3)定义模型特性 给ball和plane定义材料为20号刚体材料，其杨氏模量分别为200000和100000，泊松比均为0.3。 4)定义边界条件 将plane板上最外面的四行节点分别建成4个set。 5)建立载荷条件 定义球的位移，即给定球向板方向的距离，由此模拟球撞击板的过程。 6)定义接触 先做出两个用于接触的sagment，在这两个sagment上建立接触关系。 7)定义控制卡片 即建立Analysis-control cards (1)选择Control_Enegy,将hgen设置为2，return; (2)按next找到Control_Termination,将ENDTIM设为0.0001s,return; (3) 按next找到Control_Time_step,将DTINIT设为1*10-6s，将TSSFAC设置为0.6，点击return; (4) 按next找到DATABASE_BINARY_D3PLOT,将DT设置为5*10-6，return; (5) 按next找到DATABASE_OPTION，将MATSUM设置为1*10-6，将RCFORC设置为1*10-6，return. 8)删除临时节点 进入Geom中的temp nodes面板，删除临时节点。 9)节点重新排号 在tool-renumber面板中重新排序 中国天车制造行业市场现状及发展前景调研报告2016-2021年 编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司 【报告目录】 第1章：中国天车制造行业发展环境分析 1.1 天车制造行业定义及统计标准 1.1.1 天车制造行业定义 （1）天车制造行业定义 1.4.1 行业融资环境分析 1.4.2 行业融资租赁渗透情况 1.5 天车制造行业技术环境分析 1.5.1 行业专利申请数量分析 1.5.2 行业专利申请人分析 1.5.3 行业热门技术发展分析 第2章：中国天车制造行业上游市场分析 2.1 钢材行业对天车制造行业的影响 2.1.1 钢材行业供需分析 （1）钢材产量分析 （2）减速机产销规模分析 （3）减速机产销衔接分析 2.2.2 减速机行业竞争分析 2.2.3 减速机行业技术发展分析 2.2.4 减速机行业对天车制造行业的影响 2.3 电动机行业对天车制造行业的影响 2. 3.1 电动机行业产销分析 （1）电动机产量分析 （2）电动机销售规模分析 （3）电动机产销衔接分析 3.2.1 天车制造行业经营效益分析 3.2.2 天车制造行业盈利能力分析 3.2.3 天车制造行业运营能力分析 3.2.4 天车制造行业偿债能力分析 3.2.5 天车制造行业发展能力分析 3.3 中国天车制造行业经济指标分析 3.3.1 行业主要经济效益影响因素 3.3.2 天车制造行业经济指标分析 3.4 中国天车制造行业供需平衡分析 3. 4.1 天车制造行业整体供给情况分析 3.5 中国天车制造行业进出口分析 3.5.1 天车制造行业出口分析 （1）行业出口整体情况 （2）行业出口产品结构 3.5.2 天车制造行业进口分析 国内外交通仿真技术的研究现状 仿真，顾名思义是指对真实事物的模仿，也称为“模拟”，它是指为了求解问题而人为地模拟真实系统的部分或整个运行过程。由于科学研究与实践的对象是兼有方法论与工具意义的系统仿真问题，因此，我们讲的仿真一般也就是指系统仿真。雷诺(T.H.Nayfor)在其专著中定义:仿真是在数字计算机上进行实验的数学化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。 国内学者认为:系统仿真就是在计算机或实体上建立系统的有效模型(数字的、物理的、数字一物理效应混合的模型)，并在模型上进行系统试验。 目前人们普遍接受的观点是:系统仿真是以相似原理、控制理论、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科综合技术。 系统仿真是20世纪50年代逐步形成并迅速发展起来的新兴学科。最早的通用仿真器是由美国IBM公司研制的，1%7年更名为通用仿真系统，并增加了许多功能，直至后来发展成应用最广的一种离散系统仿真语言。时至今日，仿真技术发展方兴未艾。我国自20世纪50年代就开展了仿真技术研究，并得到了迅速发展。60年代末，在开展连续系统仿真的同时，已开始对离散事件系统(如交通管理、 企业管理)进行仿真研究。 70一80年代，在训练仿真器方面获得飞速发展，自行研制的飞行仿真器、舰艇仿真器、火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、汽车模拟驾驶仿真器相继研制成功并投入使用，在行业操作人员培训中发挥了很大的作用。1989年中国系统仿真学会正式立，标志着仿真学在中国的发展进入了一个崭新的阶段。90年代，我国开始对分布交互式仿真、虚拟现实仿真等先进仿真技术及其应用进行研究，开展了较大规模的复杂系统仿真[‘2一。 系统仿真近些年来发展十分迅速，它综合集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高科技领域的知识。现代仿真系统已经成为任何复杂的系统特别是高新技术产业不可缺少的研究、设计、评价和训练的手段和工具，并在实践中得到了有效的应用。 1.3.1国外交通仿真技术的研究现状 交通系统仿真技术是随着电子计算机和系统仿真技术的发展而发展起来的。在国外大体上经历了三个发展阶段tl3〕。 第一阶段，20世纪40年代末至60年代初，为诞生期。该时期的工作大多讨论的是如何进行交通流仿真，直到大约1%O年，用仿真技术研究交通流状态的可能性和可行性才得到普遍承认，并且开始开发一些交通系统仿真软件。 第二阶段，20世纪60年代初至80年代初，为发展期。该时期，发表了大量的论文和专著，主要都是关于交通流仿真方法及其模型建立中国汽车行业现状及未来发展趋势研究
面向汽车动力学控制的汽车仿真软件开发
弹簧阻尼系统动力学模型ams仿真
2020年中国汽车行业发展现状分析
车辆系统动力学仿真大作业(带程序)
交通仿真技术国内外详情分析及发展概述
车辆动力学相关的软件及特点
交通仿真中的虚拟现实技术
系统动力学模型
汽车仿真技术-彤
车辆动力学概述
车辆动力学仿真
应用到汽车中的虚拟仿真技术
我国汽车工业发展的总体概况
汽车碰撞仿真技术
中国天车制造行业市场现状及发展前景调研报告
国内外交通仿真技术的研究现状