胡陈_履带车辆虚拟试验及载荷推断
面向人因工程的虚实融合交互式教学模式改革研究
面向人因工程的虚实融合交互式教学模式改革研究作者：杨晓楠薛庆胡耀光来源：《教育教学论坛》2023年第41期［摘要］针对工业领域的体力工作负荷与职业疾病的防范，人因工程中NIOSH提举方程和生物力学姿态分析发挥着重要作用，作为有效的评估风险手段被广泛采用。
但目前针对该部分内容的教学效果并不理想，传统的教学模式缺乏理论与实际的结合，公式繁多，严重制约了课堂教学质量与效果。
面向人因工程教学过程中提举方程分析和生物力学相关内容，提出了一种虚实融合的交互式教学模式，以期利用增强现实技术构建虚实融合环境，更直观立体地呈现复杂且枯燥的教学内容，最大限度地调动学生的学习积极性，提高教学效果，因此实施教学改革势在必行。
［关键词］人因工程；增强现实；教学改革；提举方程；生物力学［基金项目］ 2023年度国家自然科学基金资助项目“增强现实环境下人机协同运维认知负荷评估与均衡方法研究”（52205513）［作者简介］杨晓楠（1992—），女，北京人，博士，北京理工大学机械与车辆学院副研究员，主要从事人因工程研究；薛庆（1962—），女，北京人，博士，北京理工大学机械与车辆学院教授（通信作者），主要从事人因工程研究；胡耀光（1974—），男，北京人，博士，北京理工大学机械与车辆学院教授，主要从事智能制造研究。
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）41-0009-04 ［收稿日期］ 2023-02-16引言随着我国智能制造的快速发展，新一代信息技术与制造业的融合不断深入，但我国飞机、汽车等制造企业仍存在自动化程度不高、工艺装备落后、劳动强度过大等问题，对工人手工作业依赖性较强，工业领域一直存在肌肉骨骼损伤、腰椎突出等易发性职业疾病，这都与不正确的作业姿势或用力不当有关［1］。
人因工程（Human Factor Engineering， HFE）强调在工程技术设计和作业管理中考虑人的因素。
车辆数字化设计技术之汽车虚拟实验
S20143070767 机械设计及理论 导师：方宪法、王德成
目录
1.虚拟实验 2.虚拟实验的意义 3.虚拟实验室 4.虚拟实验在汽车行业的应用
1虚拟实验
虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实 （又称VR）等技术在计算机上营造可辅助、部分替 代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件 操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成 各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于 在真实环境中所取得的效果。
虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境(平台仿 真)之上，而注重的是实验操作的交互性和实验结 果的仿真性。
虚拟实验又称为电子实验或动态体验，虚拟实 验的效果就在于能与现实结合，通过实验来确定我 们生活中是不是能完成现在的实验现象。
2虚拟实验的意义
虚拟实验的实现将有效缓解很多高校在经费、 场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，而且开 展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空” 的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾 虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进 行各种实验，有助于提高实验教学质量。
虚拟实验室也是一种能在现实中体会到的实 验，实验的体现使人们对太空有了更深刻的了解。
汽车动态模拟国家重点实验室
4.虚拟实验在汽车行业的应用
（1）虚拟现实 （2）在产品加工以前通过虚拟实验了解汽车性能 （3）汽车故障虚拟诊断 （4）汽车碰撞试验的模拟分析
（1）虚拟现实 汽车虚拟实验场
通用汽车驾驶模拟实验室加快
（2）在产品加工以前通过虚拟实验了解汽 车性能
通过虚拟实验,可以在汽车实际产品加工以 前了解汽车性能。
（3）汽车故障虚拟诊断 景格汽车故障诊断虚拟实训系统
景格汽车故障诊断虚拟实训系统
基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究
收稿日期： 2018-10-12 作者简介： 胡家铭（ 1996—） ，男，硕士研究生。E-mail： jiaming_hu2016@ 163． com 通信作者： 胡宇辉（ 1980—） ，男，副教授，硕士生导师。E-mail： huyuhui@ bit． edu． cn
第3 期
基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究
DOI： 10． 3969 / j． issn． 1000-1093． 2019． 03． 002
Ｒesearch on Trajectory Tracking of Unmanned Tracked Vehicles Based on Model Predictive Control
HU Jiaming，HU Yuhui，CHEN Huiyan，LIU Kai
457
0 引言
无人驾驶履带车辆，作为未来高机动地面无人 战斗系统的一个重要组成部分，具有广泛的应用前 景［1］。在无人驾驶履带车辆研究中，轨迹跟踪控制 是其最重要的内容之一，特别是在复杂环境下的高 精度轨迹跟踪是保证其行驶安全和完成相关任务的 基础［2］。然而，在 实 际 轨 迹 跟 踪 控 制 中，特 别 是 在 越野环境 下，无 人 驾 驶 履 带 车 辆 仍 然 面 临 很 多 挑 战［3］。首先，履带车辆是一个包含复杂非完整性约 束的非线性耦合系统，而且履带相对于地面的滑移、 滑转以及侧滑运动难以准确测量； 其次，无人驾驶履 带车辆的轨迹跟踪控制还受到行驶道路的环境约束 以及执行机构的饱和约束； 最后，无人驾驶履带车辆 高精度的轨迹跟踪控制需要充分考虑建模误差、参 数扰动等系统不确定性以及外部干扰的影响。因 此，研究无人驾驶履带车辆的轨迹跟踪控制具有重 要的理论及现实意义。
基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测
基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测一、本文概述随着铁路行业的快速发展，车辆的安全性和可靠性越来越受到人们的关注。
焊接结构作为铁路车辆的重要组成部分，其疲劳寿命的预测和评估对于确保车辆运行安全具有重要意义。
传统的疲劳试验方法由于周期长、成本高、对试验条件要求严格等限制，已无法满足现代铁路车辆研发的需求。
基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测方法应运而生，成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测方法。
文章将介绍虚拟疲劳试验的基本原理和关键技术，包括有限元分析、疲劳损伤累积理论等。
将详细阐述如何利用虚拟疲劳试验对铁路车辆焊接结构进行疲劳寿命预测，包括模型的建立、加载条件的设定、疲劳寿命的计算等步骤。
文章还将对虚拟疲劳试验的准确性和可靠性进行评估，并与传统疲劳试验结果进行对比分析。
文章将总结虚拟疲劳试验在铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测中的应用前景，并提出相应的建议和改进措施。
通过本文的研究，旨在为铁路车辆焊接结构的疲劳寿命预测提供一种新的、高效的方法，为铁路车辆的安全性和可靠性提供有力保障。
也为相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、虚拟疲劳试验技术概述虚拟疲劳试验技术是一种基于计算机模拟和数值分析的方法，旨在预测和评估铁路车辆焊接结构的疲劳寿命。
该技术结合了有限元分析（FEA）、多体动力学仿真、疲劳损伤累积理论和数据处理技术等手段，通过构建高度逼真的虚拟模型来模拟实际工作环境中的载荷条件和应力分布。
在虚拟疲劳试验中，首先需要根据实际车辆的结构特点、材料属性和焊接工艺等建立精确的有限元模型。
通过多体动力学仿真模拟车辆在不同运行条件下的动力学行为，获取各关键部位的动态载荷历程。
利用疲劳分析软件对这些载荷历程进行处理，计算各部位的应力响应和疲劳损伤累积情况。
基于疲劳损伤累积理论，预测结构的疲劳寿命，并找出潜在的疲劳薄弱环节。
虚拟疲劳试验技术具有成本低、周期短、可重复性好等优点，能够在产品设计阶段就进行疲劳性能的预测和优化，从而有效提高铁路车辆焊接结构的安全性和可靠性。
军用履带车辆平顺性虚拟样机试验研究
挂 系统 的装 配 位置 引 起 的悬 挂 非线 性 以及 悬 挂 系统 与车
体限制器 的相互碰撞作用 ［。履带车辆系统模型拓扑结 ２ ３
构如 图 １ 所示 。
２２ ．
悬挂 系 统 模 型
带、 悬挂弹簧 、 阻尼元件和悬挂质量 、 非悬挂质量等构成
的振动系统 ， 最终传递到人体上。 履带车辆虚拟样机模型 既要保证系统运动的精确性 ，同时又要保证运算速度要 求 ，因此对于和主要研究 目标相干性小的因素应当作适 当简化 。按此原则 ， 将履带车辆整体分为车体 、 悬挂 系统 和推进系统三个部分 。 在本履带车辆模型中， 悬挂系统简
２３ 推 进 系 统 模 型 ．
履 带 车辆 推 进 系统 由履带 、 重 轮 、 动 轮 和诱 导 轮 负 主
等组成。负重轮通过履带及履带 自身与地面接触承受地 等级路面不平度系数 Ｇ ｎ） 。。 的取值 ， 以用有限个离散空 可 面的作用力。这种力是履带车辆地面力学 区别于其它车 间频率 的三角级数来计算路 面不平度 ｑ ｚ， （）再将 ｑ ｚ （） 辆的重要特征。在推进系统虚拟样机模型中， 详细刻画 了 输入路面生成软件则生成相应等级 的路面文件。 负重轮一 履带一 地面之间的作用力 以及履带环的动张力。 负重轮一 履带一 地面相互作用模型及履带环动张力模型如
动引起 的， 因为在 ３ 档时 ， 对应 的车速为 ２ ｋ ／， ８ ｍｈ 计算得 到由履带板引起的激振频率分别为 ６ ． Ｈ 。 ２２ｚ ２
４ 结 论
将 面 向整 机 系统 的虚 拟 试验 思 想应 用 于 实 际 的履带
基于虚拟试验场的牵引车动态载荷研究
2024年第1期27doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.01.005 收稿日期：2023-10-27基于虚拟试验场的牵引车动态载荷研究王庆华1，王丽荣2，陈小华2，李蒙然1，黄刚1（1.国家汽车质量检验检测中心（襄阳），襄阳441004；2. 北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京 101400）摘 要：基于Adams软件的虚拟试验场动态载荷分解技术在乘用车耐久性能开发领域广泛应用。
对于重卡车型，由于车辆模型复杂、参数有限且测试难度大，虚拟试验场技术的应用推广受到限制。
搭建某牵引车整车多体动力学模型及虚拟试验场仿真环境，同时采集试验场工况下的实车载荷谱数据并与虚拟试验场动力学仿真分析提取的动态载荷进行对比。
使用相对伪损伤比值、频谱分析等评估比利时、扭曲路、搓板路等典型路面工况下仿真与实测载荷谱数据的差异。
结果表明：基于虚拟试验场的动态载荷提取技术可应用于牵引车车型且可实现较高的精度，是一种获取试验场耐久工况载荷谱的有效方法。
关键词：虚拟试验场；载荷分解；路面模型；牵引车中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）01-0027-07Research on Dynamic Load of Tractor Based on VPGWANG Qing-hua1, WANG Li-rong2, CHEN Xiao-hua2, LI Meng-ran1, HUANG Gang1(1.National Automobile Quality Inspection and T est Center (Xiangyang), Xiangyang 441004,China; 2. Beijing Foton Daimler Automobile Co., Ltd, Beijing 101400, China)Abstract: The dynamic load decomposition technology of VPG based on Adams is widely applied in the field of passenger car durability performance development. For heavytruck, the application and promotion of VPG are limited due to the complexity of vehiclemodels, limited parameters, and high RLDA testing difficulty. The complete vehicle multi-body dynamics model of a tractor and virtual proving ground simulation environment arebuilt based on Adams. The real vehicle load data acquisition of the proving ground eventswas carried out and compared with the dynamic loads extracted from dynamic simulationanalysis of the virtual proving ground to verify the model accuracy and load accuracy.Relative pseudo damage ratio, RMS value ratio, and spectrum analysis were used to evaluatethe differences between simulated and measured load data under typical road conditionssuch as Belgium, twisted roads, and washboard roads. It is proved that The dynamic loadextraction technology based on virtual proving ground can be applied to tractor models andachieve high accuracy, which is an effective method for obtaining the load data of provingground durability events.Key Words: Virtual Proving Ground; Load Extraction; Road Model; Tractor随着高精度路面扫描和轮胎力学模型建模等技术快速发展，基于虚拟试验场（V i r t u a l Proving Ground）的动态载荷提取技术在车型开发早期阶段即可开展，可有效缩短开发周期和试验成本[1-4]。
2019年度国家虚拟仿真实验教学项目
计划认定
对应专业
拉丁语、翻译、商务英语、阿姆哈拉语、吉尔吉斯语、索马里语、土库曼语、加泰罗尼亚语、约鲁巴语、亚美尼亚语、马达加斯加语、格鲁吉亚语、阿塞拜疆语、阿非利卡语、马其顿语、塔吉克语、茨瓦纳语、恩德贝莱语、科摩罗语、克里奥尔语、绍纳语、提格雷尼亚语、白俄罗斯语、毛利语、汤加语、萨摩亚语、库尔德语、比斯拉马语、达里语、德顿语、迪维希语、斐济语、库克群岛毛利语、隆迪语、卢森堡语、卢旺达语、纽埃语、皮金语、切瓦语、塞苏陀语、新闻学、广播电视学、广告学、传播学、编辑出版学、网络与新媒体、数字出版、时尚传播、国际新闻与传播
年度国家虚拟仿真实验教学项目
认定计划及对应专业表
分类
计划认定
对应专业
法学类
法学、知识产权、监狱学、信用风险管理与法律防控、国际经贸规则、司法警察学、社区矫正
马克思主义理论学
科学社会主义、中国共产党历史、思想政治教育、马克思主义理论
教育学类
教育学、科学教育、人文教育、教育技术学、艺术教育、学前教育、小学教育、特殊教育、华文教育、教育康复学、卫生教育、认知科学与技术
体育学类
体育教育、运动训练、社会体育指导与管理、武术与民族传统体育、运动人体科学、运动康复、休闲体育、体能训练、冰雪运动、电子竞技运动与管理、智能体育工程、体育旅游
文学类
汉语言文学、汉语言、汉语国际教育、中国少数民族语言文学、古典文献学、应用语言学、秘书学、中国语言与文化、手语翻译、桑戈语、英语、俄语、德语、法语、西班牙语、阿拉伯语、日语、波斯语、朝鲜语、菲律宾语、语言学、塔玛齐格特语、爪哇语、旁遮普语、梵语巴利语、印度尼西亚语、印地语、柬埔寨语、老挝语、缅甸语、马来语、蒙古语、僧伽罗语、泰语、乌尔都语、希伯来语、越南语、豪萨语、斯瓦希里语、阿尔巴尼亚语、保加利亚语、波兰语、捷克语、斯洛伐克语、罗马尼亚语、葡萄牙语、瑞典语、塞尔维亚语、土耳其语、希腊语、匈牙利语、意大利语、泰米尔语、普什图语、世界语、孟加拉语、尼泊尔语、克罗地亚语、荷兰语、芬兰语、乌克兰语、挪威语、丹麦语、冰岛语、爱尔兰语、拉脱维亚语、立陶宛语、斯洛文尼亚语、爱沙尼亚语、马耳他语、哈萨克语、乌兹别克语、祖鲁语、
基于虚拟现实的履带车驾驶训练系统仿真
关 键词 ： 虚拟 现 实 ； 视景 仿真 ； 力学模 型 动
中图分 类 号 ： ＴＮ９ ６４ ６ １ ．２ 引言 文 献标 识码 ： Ａ
该 系 统 中 就是 采 用 ３ Ｍ ｘ建 模 软 件 制 Ｄ ａ 换系数 ， Ｇ为 整 车 总 重量 ， 空 气 阻力 ， Ｆ为 Ｆ 虚拟 现实 技术 是一 种可 以创 造 和体 验虚 为 惯 性 阻 力 ，ｆ 驱 动 力 ， 制 动 阻 力 ， 作 三 维车 体模 型 ，将 生 成 的模 型 数据 以数 据 Ｆ为 Ｆ为 Ｆ Ｆ为 各 拟世 界 的计算 机 系统 ， 它有 三个 主要 特 征 ， 即 为 内摩 擦力 ， 转弯 阻力 ， 种阻力 在 不 同 库 的形式 组织 ，由场景调 度模 块 在视 景数 据 交互 性 ， 沉浸感 和想 象性 。 拟现 实系统 采用 行驶 条件 下不 同时存 在 。 虚 库 中检 索 ， 并传 递 给 ３ Ｄ渲染 子模 块 ， 形成 视 以计 算机 技术 为核 心 的现代 高 科技 生成 逼真 假设 汽 车 在平 行 于 路 面 的平 面 上 运 动 ， 景 画面 的连续 显示 ，视 景仿 真效 果 如 图 ２ 所 的视 、 、 觉 等 一体 化 的 虚拟 环 境 ， 户借 汽 车行驶 方 向模 型就可 看作 汽 车转 角与 方 向 示 。 时在虚拟 视 景平 台中 ， 要完 成模 型 的 听 触 用 同 还 物体 的定 位 、 物体 运 动方式 、 撞方 式 、 碰 助 必要 的设 备 以 自然 的方 式与 虚拟 世界 中的 盘 转角 之间 的 函数关 系 ，并假 设汽 车转 向 时 驱动 ， 物 体进 行交互 ， 互影 响 ， 而 产生 亲 临真实 汽 车行驶 方 向的改 变无 延 迟地 跟 随方 向盘转 视点 与物 体关 系 的确定 以及 光 照 、 相 从 云雾 、 天气 环 境 的感 受 和体验 … 。 角 的控 制 。 当方 向盘转 动 ８ 角度 时 ， 时 间 环境 的设 置等 。 经 履 带 式 汽 车 因其 具 有 适 应 路 况 范 围较 ｄ 后 ，汽 车行 驶方 向在 初 始方 向基 础上 转 过 ｔ ２ － 表仿 真系统 ３仪 ０角度 ， 中汽 车转 向半 径 Ｒ 由方 向盘 转 角 其 广 ， 引 效 率较 高 ， 牵 附着 性 能较 好 ， 同时 具有 ｄ 虚拟 仪表 是指 具有 虚拟 仪表 面板 的个 人 接 地 比压小 ， 能力 强 ， 性能 好等 优点 ８ 决 定 ， Ｒ ＩＳ， 中 Ｉ为 汽 车 转 向半 径 计算 机仪 表 ， 通过 稳定 即 ＝Ｊ 其 它是 计算 机资 源 、 块 化功 能硬 模 被 现代 军事 ，建 筑、 和农 业等 领域 广泛 采用 与 方 向盘转 角 的系数 。由此可 以推 导 出 ： 【 件 与用 于数据 分 析 、过程通 信 及 图形用 户界 ｄ ＝— ＝ ×２ 石＝ｖ ｄ ５ ￣ｔ 并 发挥 着重 要 的作用 。新 型 的履带 式 汽车 自 面 的应用 软件 的有 机 结合 。它 利用 软件 在屏 动 化和 机械 化 的程度 非 常高 ， 作业 操纵 复 杂 ， ２ ， 所 以 ，履带 式 幕 上生成 各种 仪表 面板 ， 成对 数据 的处 理 、 完 训 练难 度大 ， 使用 需要 较 多 的训练 人员 ， 汽 车行 驶方 向 的控 制模 型 为 ： 投入 一ｏ ｖ 表达、 传送 、 储 、 存 显示 等 功能 。 系统 利用 软件 ｄｔ一 在计 算机 屏 幕上 生成 仪表 面板 ，通 过数 据接 物 资和 财力 资源 。 因此 ， 履带 式汽 车虚 拟 研制 驾 驶训 练系 统具 有重要 的理 论 和实践 意 义Ｉ 。 口接收需 要处 理显 示 的仪 表数 据或 软件 产生 本 系统 利用 可视 化视 景仿 真技 术 和虚 拟 的仿 真数 据 ， 显示 刷新 数 据 、 形 和图像 实时 波 现 实技 术 ，开发 了履 带式 汽 车虚 拟驾 驶训 练 系统 。该系 统可 以展 现逼 真 的三 维驾驶 场 景 在 Ｗｉ ｏｓ ｎ ｗ 环境 下 ，虚拟 仪表 的绘 制利 ｄ 环 境 ， 且 可 以实现 操作 驾驶 数据 驱 动 ， 并 以此 用 Ｖ ＋ 面 向对 象 的类 编程 技 术 和 Ｏ ｅＧ ｃ＋ ｐｎ Ｌ 作 为 与半实 物平 台 的接 口。 的纹理 映射 技术来 实 现 图像 的动态 显 示 。入 １系统 框架 建立 口参数 由坐 标位 置 ，缩放 系数 和指 针 旋转 角 本 系统 是 在 Ｖｓａ ｃ ＋． 台 上 利 用 ｉ ｌ ＋６ ｕ ０平 度 构成 。 开发 的虚拟 仪表 可视 化通用 系统 ， 所 Ｍ Ｃ和 Ｏ ｅ Ｇ Ｆ ｐ ｎ Ｌ图形 库进 行开 发 的 ，构建 一 具 有友 好 的图形 用 户接 口，用 户可 以方便 地 个 基 于单 文 档 的 Ｏ ｅＧ ｐｎ Ｌ图形 程序 框架 进 行 设 计满 足 自己需 要 的仪表 系统 。主要 包括 速 场 景 绘制 ， 并利 用 Ｍ Ｃ类 库 函数进 行 各种 功 Ｆ 图 １履 带 车辆虚 拟驾驶 动 力 学 度表， 里程表 以及 发 动机转 速 表等 ， 表 中相 仪 能的设 计 与实现 。主要 对 Ｍ Ｃ Ａ ｐ ｚｒ Ｆ ｐ Ｗｉ ｄ ａ 模 型仿 真流程 对 同定 的部 分 采用 了显 示列 表 的 绘制 方 式 ， （ｘ ） ｅｅ工程 进 行相 关 的初 始 化设 置 ， 体步 骤 具 ２ 视景仿 真 系统 ． ２ 在 程序 运行 时 ，各 车参数 随着 动力 系 统模 型 如下 ： 利 用 ” Ｆ ｐＷｉ ｒ（ｘ ）创 建 基 ① Ｍ Ｃ Ａ ｐ ｚ ｄ ｅｅ” ａ 视 景仿 真是 虚拟 现 实技术 的最重 要 的表 中 的参 数改 变而不 断 变化 。 于单 文档 的工程 。② 在 窗 口创建 中设 置显 示 现形式 ，视 景仿 真 子系 统综 合运 用计 算机 技 ２ 音 响仿真 系统 － ４ 的像 素格式 ， 按要 求设 置 窗 口属性 和风 格 。 术 ，图像处 理 与 图像生 成技 术 ，信息 合成 技 并 虚 拟驾驶 训 练 系统 中 的音 响 系统 能够 增 ③ 调 用 Ｏ ｅＧ ｐｎ Ｉ命令 进 行 图像 绘制 。④ 退 出 术 ， 示技 术等 诸多 高新 技 术 ， 据履 带式 汽 强驾驶 员 的沉 浸感 ，是 虚拟 驾驶训 练 仿真 的 显 根 窗 口时 释放 Ｏ ｅ Ｇ ｐｎ Ｌ绘 制描 述 表 Ｒ Ｃ和 Ｗｉ 车虚 拟驾驶 训 练系 统 的要求 ， 造三 维模 型 ， ｎ — 构 个重 要组 成 部分 。结合 目前 声音 仿 真技 术 ｄｗ 设备 描述 表 Ｄ 。 ｏｓ Ｃ 真实 的道路 环 境和 交通 状况 ，使 用户 产 生身 中 的不 同方法 ，采用 声音 建模 与 动态 调度 的 ２虚拟 训练 系统 的组 成 临其 境感觉 的交互 式仿 真环 境 ，达 到逼 真的 方式 ，利用 计算 机 多媒体 技术 生 成汽 车行 驶 ２１动 力仿 真系 统 ． 仿真 效果 。它 可分 为仿 真环 境 制作 和仿 真环 过程 中驾 驶学 员所 听到 的声 音信 息 ，车 与环 模 在履 带 式 汽 车驾 驶 训 练 系统 的开 发 中 ， 境驱 动 。仿 真 环境 制作 主要 包 括 ： 型设 计 、 境相互 作 用的 声音 信息 等 ， 括 背景音 乐 ， 包 轮 建立 与视 景 系统相 匹配 的 、 正确 、 理 的履带 场 景构 造 、 理 设计 制 作 、 效 设计 等 ， 要 胎与地 面 间 的滚动 摩擦 声 ，发动 机 的轰 鸣声 合 纹 特 它 汽车 动力 学模 型是 整个 系统 开 发 的关键 。只 求构 造 出逼真 的三 维模 型和 制作 逼 真的 纹理 和交通 环 境 中各 种声 音 的混合 。 有基 于汽 车 动力学 模 型 ，对 汽 车运 动进 行准 和 特效 ； 真 驱 动 主要 包 括 ： 景 驱动 、 型 仿 场 模 ２ ． ５测评 仿 真系统 确 的模拟 ， 能给驾 驶 员一 种真 实 的行 车感 。 调 动处 理 、 布 交互 、 输 出等 ， 求 高 才 分 渲染 它要 个 好的 履带 式汽 车虚 拟驾 驶训 练 系统 同时 ， 虑到 系统 资源 的消 耗 ， 必 须对 动力 速 逼真地 再现 仿 真环境 ，实 时 响应 交互 操作 不 仅 要 有 逼 真 形 象 的 履 带 式 汽 车 动 力性 模 考 还 学模 型作 合理 的 简化 ，在运 动模 拟 时采 用适 等 型 ， 以训练 为 日的 ， 者熟 练操 纵 汽 乍 还要 驾驶 当的算法 ，才 能保 证视 景 系统 运行 的实 时性 之外 ，还 要对 他们 在驾 驶过 程 中的 失误 和不 和交 互性 要 求 。如 图 １ 所示 为 履带 车辆 虚拟 当操作进行准确判断， 并作出提示和评价 ， 帮 驾驶 动 力学模 型仿 真 流程 图 。结合 履带 式 汽 助驾 驶者 养成 良好 ， 确 的驾驶 和行 车 习惯 。 正 车独 特 的参 数指标 ，设 计履 带 车辆 行驶 速度 评 价系统 是一 个基 于产 生式 规则 的 汽车 驾驶 模 型为
基于虚拟环境下低速履带车辆行驶载荷的研究
［ 摘要］低速履 带车辆的作业工况通常为田野地 ，路 面不平度等激励 引起 的行驶载荷能够影响各个部件的可靠
性和疲劳寿命。 本文通过 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ／ Ａ Ｔ Ｖ履模型 ， 通
过虚拟测试获得低速履带车辆行驶载荷垂 向栽荷 ， 并通过核 函数密度估计法将载荷进行适 ３的外推 － ＇ ， 即运用适
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ １ ６
基于虚拟环境下低速履带车辆行驶载荷 的研 究
韩立军 ． 姚春柱
（ １ ０ ０ ０ ７ ２ 北京市 装 甲兵工程学 院 机械工程系）
当的外 推 方 法将 获得 的 样本 量 外推 到 一 定的 实际里 程 上 来。
［ 关键词】低速 ； 路 面不平度 ； 行驶载荷 ； 虚拟试验 ； 载荷外推 ［ 中图分类号］Ｕ ４ ６ ９ ． ＇ ６ ９ ４ ； ￥ ２ １ ９ ． ２ ［ 文献标志码 ］Ａ ［ 文章编号］１ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ６ ２ — ０ ３
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ａ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ｄ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于AUPF算法的水下履带车动力学参数估计
基于AUPF算法的水下履带车动力学参数估计作者：陈昱衡吴鸿云边有钢来源：《湖南大学学报·自然科学版》2022年第08期摘要：针对多金属结核采矿车在稀软底质行驶作业时有效驱动轮半径和履带打滑率等动力学参数难确定的问题，基于多金属结核采矿车的牵引力分析和液压驱动系统的负载特性分析，建立用于多金属结核采矿车动力学参数估计的高阶非线性系统模型.针对基于高斯模型的无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法无法在非线性系统取得较高估计精度的问题，提出利用基于蒙特卡洛采样原理的自适应无迹粒子滤波（Adaptive Unscented Particle Filter，AUPF）算法进行动力学参数测算方案，通过自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter，AUKF）改善粒子滤波（Particle Filter，PF）的概率密度函数，解决PF容易发散和UKF估计精度不高的问题.实验结果表明，AUPF算法得到的多金属结核采矿车的动力学参数误差均小于最大允许误差，满足精准在线测算的性能需求.关键词：深海采矿装备；多金属結核采矿车；参数估计；动力学分析；自适应无迹粒子滤波中图分类号：TP249文献标志码：AEstimation of Motion Parameters of a Underwater Track Mining Vehicle Based on Adaptive Unscented Particle Filter AlgorithmCHEN Yuheng1，WU Hongyun2，3，BIAN Yougang1（1. State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body，Hunan University，Changsha 410082，China；2. Changsha Institute of Mining Research Co.，Ltd.，Changsha 410012，China；3. National Engineering Research Center for Metal Mining，Changsha 410012，China）Abstract：Aiming at the difficulty in determining the motion parameters such as effective drive wheels and track slip rate of a polymetallic nodule mining vehicle，based on the modeling of traction force and load characteristics of tracks，a higher-order nonlinear system for estimating the motion parameters of a polymetallic nodule mining vehicle is proposed. To address the problem that the UKF based on Gaussian model cannot achieve high estimation accuracy in high-order nonlinear systems，an adaptive traceless particle filtering algorithm （AUPF）based on Monte Carlo sampling principle is proposed，and the adaptive traceless Kalman filter （AUKF）is used to improve the Particle Filter （PF）by refining the probability density function，which solves the shortcomings that the PF is easy to diverge and theestimation accuracy of UKF is low. The experimental results show that the AUPF algorithm can achieve an accurate estimation of the motion parameters of polymetallic nodule mining vehicles，and there is an important engineering application value.Key words：deep sea mining equipment；polymetallic nodule mining vehicle；parameter estimation；dynamics analysis；adaptive unscented particle filter位于4～6 km水深的深海底，其表层沉积物中以半埋藏状态覆存着大量的多金属结核矿产资源，因其富含镒、铜、钻、镍等稀贵金属元素，极具商业开采价值.20世纪70年代，以美国为首的西方发达国家率先开始深海采矿技术研究，完成了不同程度的试验，催发了一轮深海采矿技术研究热潮[1].在深海采矿作业时，采矿车沿着预设轨迹进行自行式采集结核，需要在线获取采矿车的动力学参数.然而，多金属结核矿区表层含水量高，承载力弱，易流动且伴随有海底不规则洋流的影响，导致多金属结核采矿车易发生履带沉陷和履带不规则打滑的现象[2]，故履带沉陷时采矿车的有效驱动轮半径应考虑履带板厚度和未陷入底质的驱动轮部分.若忽略驱动轮半径变化时履带打滑的动态响应，可能会对控制性能产生负面影响.因此，精准的履带打滑率和有效驱动轮半径等运动学参数估计显得尤为重要.为解决上述问题，文献［3-6］基于RecurDyn参数化建模技术，构建了多刚体深海采矿系统，完成了联动仿真分析，并对多金属结核采矿车的直行、差速转向、爬坡和越障等工况时的机械特性进行了仿真分析，并基于模型车进行试验以验证方案的可行性，为深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考，同时为多金属结核采矿车整车机械结构的优化设计提供了理论支撑[7-9].无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法通过无迹变换（Unscented Transformation，UT）将非线性函数模拟成真实分布的近似高斯分布，具有3阶的泰勒精度，是一种易实现的参数估计算法［10-12］.周兵等[13]基于UKF对非线性轮胎模型中的路面附着系数进行了在线估计，提高了自动驾驶车辆的主动转向控制性能.Qin等[14]基于瞬时转向中心变化的履带车运动学模型，提出了一种改进的UKF算法，实现了陆地自行式履带车辆履带打滑率的精准在线估计.本文从多金属结核采矿车的受力分析出发，建立底盘液压驱动系统与履带负载特性的动力学关系，提出了多金属结核采矿车的有效驱动轮半径和履带打滑率等动力学参数的状态空间模型.针对UKF算法无法在高非线性模型中得到较高估计精度的问题[15-16]，采用基于蒙特卡洛采样原理的自适应无迹粒子滤波（Adaptive Unscented Particle Filter，AUPF）算法进行多金属结核采矿车的动力学参数在线测算，利用自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter，AUKF）算法改进概率密度函数以指导粒子滤波（particle filter，PF）进行重要性采样，克服了粒子滤波易发散的缺点［17］.试验结果表明，所提出的AUPF算法可实现多金属结核采矿车的动力学参数的精准在线测算.1多金属结核采矿车参数估计建模1.1多金属结核采矿车受力分析与陆地履带车不同，多金属结核采矿车在多金属结核矿区稀软的底质上行驶，为了提高多金属结核采矿车的抓地能力，行走履带采用三角履齿.多金属结核采矿车如图1所示，三角履齿如图2所示.在计算采矿车履带产生的牵引力F时，不仅需要考虑履带对底质产生的剪切力F1，还需要考虑履齿剪切底质产生的压力F2.F1和F2分别见式（1）和式（2）.式中：A为履带的接地面积，m2；W为车身正压力，N；c为底质内聚压力，kPa；φ为底质内摩擦角参数，（°）；l为履带接地长度，m；i为履带打滑率；k为底质水平剪切模变数，m.式中：b2为履齿宽度，m；γs为底质比重，kg/m3；h b为履齿高度，m；Nφ=tan2（45°+0.5φ）为底质流值；n2为履齿个数.牵引力F为：1.2多金属结核采矿车动力学参数在线测算模型多金属采矿车在含水量高的稀软底质进行自行式作业时，底盘会发生沉陷现象，故实际的履带有效驱动轮半径r a为：r a=r+r1-r2（4）式中：r1为履带板厚度和履齿高度的和，m；r2为测高声呐测得的履带沉陷，m；r为理论驱动轮半径，m.多金属采矿车左右履带驱动采用两独立的闭式液压回路，即采用两电动机分别驱动两变量泵，再经过定量马达传递到左右履带，马达直接驱动采矿车行走.其中液压马达的系统压力p l 与马达的驱动力矩T q呈线性关系，如式（5）所示.多金属结核采矿车为低速匀速行驶，故在建模时可假设马达的负载力矩T L等于驱动力矩T q：T q=T L（6）驱动轮由液压马达直驱，故驱动轮转速ω等于液压马达转速ωm：ω=ωm（7）联立式（5）～式（7）负载力矩T L与驱动轮转速ω的方程，如式（8）所示.同时驱动力矩T q满足：T q=r a F=r a（F1+F2）（9）为了简化运算，基于文献[18]，对式（1）进行簡化，得F1=（Ac+Wtanφ）（e-illk-0.03）（10）联立式（2）式、式（4）、式（8）～式（10），可得到履带有效驱动轮半径和履带打滑率的关系.通过离散化式（4）和式（10），定义如式（12）所示的状态空间模型.状态量为：X（k）=[x1（k）；x2（k）；x3（k）]=[i（k）；r a（k）；θm（k）]控制量为：观测量为：Y（k+1）=[i（k+1）；r a（k+1）]式中：T为采样时间，s；L为每个采样时间T内的履带行走长度，m.为解决上述问题，文献［3-6］基于RecurDyn参数化建模技术，构建了多刚体深海采矿系统，完成了联动仿真分析，并对多金属结核采矿车的直行、差速转向、爬坡和越障等工况时的机械特性进行了仿真分析，并基于模型车进行试验以验证方案的可行性，为深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考，同时为多金属结核采矿车整车机械结构的优化设计提供了理论支撑[7-9].无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法通过无迹变换（Unscented Transformation，UT）将非线性函数模拟成真实分布的近似高斯分布，具有3阶的泰勒精度，是一种易实现的参数估计算法［10-12］.周兵等[13]基于UKF对非线性轮胎模型中的路面附着系数进行了在线估计，提高了自动驾驶车辆的主动转向控制性能.Qin等[14]基于瞬时转向中心变化的履带车运动学模型，提出了一种改进的UKF算法，实现了陆地自行式履带车辆履带打滑率的精准在线估计.本文从多金属结核采矿车的受力分析出发，建立底盘液压驱动系统与履带负载特性的动力学关系，提出了多金属结核采矿车的有效驱动轮半径和履带打滑率等动力学参数的状态空间模型.针对UKF算法无法在高非线性模型中得到较高估计精度的问题[15-16]，采用基于蒙特卡洛采样原理的自适应无迹粒子滤波（Adaptive Unscented Particle Filter，AUPF）算法进行多金属结核采矿车的动力学参数在线测算，利用自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter，AUKF）算法改进概率密度函数以指导粒子滤波（particle filter，PF）进行重要性采样，克服了粒子滤波易发散的缺点［17］.试验结果表明，所提出的AUPF算法可实现多金属结核采矿车的动力学参数的精准在线测算.1多金属结核采矿车参数估计建模1.1多金属结核采矿车受力分析与陆地履带车不同，多金属结核采矿车在多金属结核矿区稀软的底质上行驶，为了提高多金属结核采矿车的抓地能力，行走履带采用三角履齿.多金属结核采矿车如图1所示，三角履齿如图2所示.在计算采矿车履带产生的牵引力F时，不仅需要考虑履带对底质产生的剪切力F1，还需要考虑履齿剪切底质产生的压力F2.F1和F2分别见式（1）和式（2）.式中：A为履带的接地面积，m2；W为车身正压力，N；c为底质内聚压力，kPa；φ为底质内摩擦角参数，（°）；l为履带接地长度，m；i为履带打滑率；k为底质水平剪切模变数，m.式中：b2为履齿宽度，m；γs为底质比重，kg/m3；h b为履齿高度，m；Nφ=tan2（45°+0.5φ）为底质流值；n2为履齿个数.牵引力F为：1.2多金属结核采矿车动力学参数在线测算模型多金属采矿车在含水量高的稀软底质进行自行式作业时，底盘会发生沉陷现象，故实际的履带有效驱动轮半径r a为：r a=r+r1-r2（4）式中：r1为履带板厚度和履齿高度的和，m；r2为测高声呐测得的履带沉陷，m；r为理论驱动轮半径，m.多金属采矿车左右履带驱动采用两独立的闭式液压回路，即采用两电动机分别驱动两变量泵，再经过定量马达传递到左右履带，马达直接驱动采矿车行走.其中液压马达的系统压力p l 与马达的驱动力矩T q呈线性关系，如式（5）所示.多金属结核采矿车为低速匀速行驶，故在建模时可假设马达的负载力矩T L等于驱动力矩T q：T q=T L（6）驱动轮由液压马达直驱，故驱动轮转速ω等于液压马达转速ωm：ω=ωm（7）联立式（5）～式（7）负载力矩T L与驱动轮转速ω的方程，如式（8）所示.同时驱动力矩T q滿足：T q=r a F=r a（F1+F2）（9）为了简化运算，基于文献[18]，对式（1）进行简化，得F1=（Ac+Wtanφ）（e-illk-0.03）（10）联立式（2）式、式（4）、式（8）～式（10），可得到履带有效驱动轮半径和履带打滑率的关系.通过离散化式（4）和式（10），定义如式（12）所示的状态空间模型.状态量为：X（k）=[x1（k）；x2（k）；x3（k）]=[i（k）；r a（k）；θm（k）]控制量为：观测量为：Y（k+1）=[i（k+1）；r a（k+1）]式中：T为采样时间，s；L为每个采样时间T内的履带行走长度，m.为解决上述问题，文献［3-6］基于RecurDyn参数化建模技术，构建了多刚体深海采矿系统，完成了联动仿真分析，并对多金属结核采矿车的直行、差速转向、爬坡和越障等工况时的机械特性进行了仿真分析，并基于模型車进行试验以验证方案的可行性，为深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考，同时为多金属结核采矿车整车机械结构的优化设计提供了理论支撑[7-9].无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法通过无迹变换（Unscented Transformation，UT）将非线性函数模拟成真实分布的近似高斯分布，具有3阶的泰勒精度，是一种易实现的参数估计算法［10-12］.周兵等[13]基于UKF对非线性轮胎模型中的路面附着系数进行了在线估计，提高了自动驾驶车辆的主动转向控制性能.Qin等[14]基于瞬时转向中心变化的履带车运动学模型，提出了一种改进的UKF算法，实现了陆地自行式履带车辆履带打滑率的精准在线估计.本文从多金属结核采矿车的受力分析出发，建立底盘液压驱动系统与履带负载特性的动力学关系，提出了多金属结核采矿车的有效驱动轮半径和履带打滑率等动力学参数的状态空间模型.针对UKF算法无法在高非线性模型中得到较高估计精度的问题[15-16]，采用基于蒙特卡洛采样原理的自适应无迹粒子滤波（Adaptive Unscented Particle Filter，AUPF）算法进行多金属结核采矿车的动力学参数在线测算，利用自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter，AUKF）算法改进概率密度函数以指导粒子滤波（particle filter，PF）进行重要性采样，克服了粒子滤波易发散的缺点［17］.试验结果表明，所提出的AUPF算法可实现多金属结核采矿车的动力学参数的精准在线测算.1多金属结核采矿车参数估计建模1.1多金属结核采矿车受力分析与陆地履带车不同，多金属结核采矿车在多金属结核矿区稀软的底质上行驶，为了提高多金属结核采矿车的抓地能力，行走履带采用三角履齿.多金属结核采矿车如图1所示，三角履齿如图2所示.在计算采矿车履带产生的牵引力F时，不仅需要考虑履带对底质产生的剪切力F1，还需要考虑履齿剪切底质产生的压力F2.F1和F2分别见式（1）和式（2）.式中：A为履带的接地面积，m2；W为车身正压力，N；c为底质内聚压力，kPa；φ为底质内摩擦角参数，（°）；l为履带接地长度，m；i为履带打滑率；k为底质水平剪切模变数，m.式中：b2为履齿宽度，m；γs为底质比重，kg/m3；h b为履齿高度，m；Nφ=tan2（45°+0.5φ）为底质流值；n2为履齿个数.牵引力F为：1.2多金属结核采矿车动力学参数在线测算模型多金属采矿车在含水量高的稀软底质进行自行式作业时，底盘会发生沉陷现象，故实际的履带有效驱动轮半径r a为：r a=r+r1-r2（4）式中：r1为履带板厚度和履齿高度的和，m；r2为测高声呐测得的履带沉陷，m；r为理论驱动轮半径，m.多金属采矿车左右履带驱动采用两独立的闭式液压回路，即采用两电动机分别驱动两变量泵，再经过定量马达传递到左右履带，马达直接驱动采矿车行走.其中液压马达的系统压力p l 与马达的驱动力矩T q呈线性关系，如式（5）所示.多金属结核采矿车为低速匀速行驶，故在建模时可假设马达的负载力矩T L等于驱动力矩T q：T q=T L（6）驱动轮由液压马达直驱，故驱动轮转速ω等于液压马达转速ωm：ω=ωm（7）联立式（5）～式（7）负载力矩T L与驱动轮转速ω的方程，如式（8）所示.同时驱动力矩T q满足：T q=r a F=r a（F1+F2）（9）为了简化运算，基于文献[18]，对式（1）进行简化，得F1=（Ac+Wtanφ）（e-illk-0.03）（10）联立式（2）式、式（4）、式（8）～式（10），可得到履带有效驱动轮半径和履带打滑率的关系.通过离散化式（4）和式（10），定义如式（12）所示的状态空间模型.状态量为：X（k）=[x1（k）；x2（k）；x3（k）]=[i（k）；r a（k）；θm（k）]控制量为：观测量为：Y（k+1）=[i（k+1）；r a（k+1）]式中：T为采样时间，s；L为每个采样时间T内的履带行走长度，m.为解决上述问题，文献［3-6］基于RecurDyn参数化建模技术，构建了多刚体深海采矿系统，完成了联动仿真分析，并对多金属结核采矿车的直行、差速转向、爬坡和越障等工况时的机械特性进行了仿真分析，并基于模型车进行试验以验证方案的可行性，为深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考，同时为多金属结核采矿车整车机械结构的优化设计提供了理论支撑[7-9].无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）算法通过无迹变换（Unscented Transformation，UT）将非线性函数模拟成真实分布的近似高斯分布，具有3阶的泰勒精度，是一种易实现的参数估计算法［10-12］.周兵等[13]基于UKF对非线性轮胎模型中的路面附着系数进行了在线估计，提高了自动驾驶车辆的主动转向控制性能.Qin等[14]基于瞬时转向中心变化的履带车运动学模型，提出了一种改进的UKF算法，实现了陆地自行式履带车辆履带打滑率的精准在线估计.本文从多金属结核采矿车的受力分析出发，建立底盘液压驱动系统与履带负载特性的动力学关系，提出了多金属结核采矿车的有效驱动轮半径和履带打滑率等动力学参数的状态空间模型.针对UKF算法无法在高非线性模型中得到较高估计精度的问题[15-16]，采用基于蒙特卡洛采样原理的自适应无迹粒子滤波（Adaptive Unscented Particle Filter，AUPF）算法进行多金属结核采矿车的动力学参数在线测算，利用自适应无迹卡尔曼滤波（Adaptive Unscented Kalman Filter，AUKF）算法改进概率密度函数以指导粒子滤波（particle filter，PF）进行重要性采样，克服了粒子滤波易发散的缺点［17］.试验结果表明，所提出的AUPF算法可实现多金属结核采矿车的动力学参数的精准在线测算.1多金属结核采矿车参数估计建模1.1多金属结核采矿车受力分析与陆地履带车不同，多金属结核采矿车在多金属结核矿区稀软的底质上行驶，为了提高多金属结核采矿车的抓地能力，行走履带采用三角履齿.多金属结核采矿车如图1所示，三角履齿如图2所示.在计算采矿车履带产生的牵引力F时，不仅需要考虑履带对底质产生的剪切力F1，还需要考虑履齿剪切底质产生的压力F2.F1和F2分别见式（1）和式（2）.式中：A为履带的接地面积，m2；W为车身正压力，N；c为底质内聚压力，kPa；φ为底質内摩擦角参数，（°）；l为履带接地长度，m；i为履带打滑率；k为底质水平剪切模变数，m.式中：b2为履齿宽度，m；γs为底质比重，kg/m3；h b为履齿高度，m；Nφ=tan2（45°+0.5φ）为底质流值；n2为履齿个数.牵引力F为：1.2多金属结核采矿车动力学参数在线测算模型多金属采矿车在含水量高的稀软底质进行自行式作业时，底盘会发生沉陷现象，故实际的履带有效驱动轮半径r a为：r a=r+r1-r2（4）式中：r1为履带板厚度和履齿高度的和，m；r2为测高声呐测得的履带沉陷，m；r为理论驱动轮半径，m.多金属采矿车左右履带驱动采用两独立的闭式液压回路，即采用两电动机分别驱动两变量泵，再经过定量马达传递到左右履带，马达直接驱动采矿车行走.其中液压马达的系统压力p l 与马达的驱动力矩T q呈线性关系，如式（5）所示.多金属结核采矿车为低速匀速行驶，故在建模时可假设马达的负载力矩T L等于驱动力矩T q：T q=T L（6）驱动轮由液压马达直驱，故驱动轮转速ω等于液压马达转速ωm：ω=ωm（7）联立式（5）～式（7）负载力矩T L与驱动轮转速ω的方程，如式（8）所示.同时驱动力矩T q满足：T q=r a F=r a（F1+F2）（9）为了简化运算，基于文献[18]，对式（1）进行简化，得F1=（Ac+Wtanφ）（e-illk-0.03）（10）联立式（2）式、式（4）、式（8）～式（10），可得到履带有效驱动轮半径和履带打滑率的关系.通过离散化式（4）和式（10），定义如式（12）所示的状态空间模型.状态量为：X（k）=[x1（k）；x2（k）；x3（k）]=[i（k）；r a（k）；θm（k）]控制量为：观测量为：Y（k+1）=[i（k+1）；r a（k+1）]式中：T为采样时间，s；L为每个采样时间T内的履带行走长度，m.。
基于EON的挖掘机变速器虚拟维修训练系统
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系统的设计与实现
系统结构设计
本文以某型全回转轮胎式液压单斗挖掘机为
例进行研究 , 该型挖掘机行走由液压马达驱动 , 可 以实现一个高速挡、 一个低速挡和一个倒挡。其结 构较其他工程机械变速器具有独特性 , 因此维修训 练方法也有所不同。针对该型挖掘机变速器特点 , 系统开发过程中对系统框架构建、 模型建立、 训练 场景构建、 训练过程规划和训练的交互控制进行了 合理规划和细致设计。变速器虚拟维修训练系统 结构框图如图 1 所示。
变速器零部件较多 , 良好的拆装顺序可以保证更好 的维修质量, 拆卸路径的设定有利于使训练者培养 良好的拆卸习惯 , 对后期安装 也提供了极大 的便 利。运用文字节点 ( T ex t Box node) 在模拟程序中 加入一个文字方块 , 为训练者 提供必要的拆 卸说 明, 使其能快速进入训练状态。系统设计过程中 , 为防止零部件过多而造成拆卸顺序混乱, 还应根据 拆卸特征将零件分类 , 零件类型不同 , 在拆卸序列 中的顺序也将不同。针对该变速器, 可将部分拆卸 顺序进行固化 , 以保证拆卸训练更加规范, 例如: 螺 栓没有拆卸的情况下 , 变速器上盖不允许打开 ; 变 速器上盖没有安装的情况下 , 螺栓不允许旋入。最 后在虚拟环境下试拆卸 , 根据拆卸的可行性, 找出 可能存在的维修性问题。变速器拆装训练效果如 图 6 所示。
现代设计与先进制造技术
胡成贺
苏凡囤
张
琦等
基于 EON 的挖掘机变速器
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基于 EON 的挖掘机变速器虚拟维修训练系统
胡成贺 , 苏凡囤 , 张 琦 , 王海涛 , 陈保峰 ( 1. 解放军理工大学 工程兵工程学院, 江苏 南京 210007) ( 2. 68243 部队, 甘肃 酒泉 735000)
基于虚拟试验台的车身结构寿命预估与改进设计
基于虚拟试验台的车身结构寿命预估与改进设计
马扎根;陈栋华;胡文伟;连志斌;胡毓冬
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2016(038)007
【摘要】轿车开发过程中的传统耐久性试验存在严重依赖物理样车、试验周期长和费用高等缺点,本文中基于虚拟试验台技术,综合应用试车场道路载荷测量、刚柔耦合多体系统动力学模型和道路模拟虚拟迭代等技术,在轿车开发的结构设计阶段实现白车身结构疲劳寿命的有效预估与改进设计.将结构弱点的寿命计算值与后续实车的试验值进行对比分析,结果表明两者基本一致,证明通过“整车-台架”系统的虚拟耐久试验可在制作物理样车之前实现车身结构寿命的有效预估与改进设计.【总页数】5页(P896-900)
【作者】马扎根;陈栋华;胡文伟;连志斌;胡毓冬
【作者单位】上海大众汽车有限公司产品工程部,上海201805;上海大众汽车有限公司产品工程部,上海201805;上海大众汽车有限公司产品工程部,上海201805;上海大众汽车有限公司产品工程部,上海201805;上海大众汽车有限公司产品工程部,上海201805
【正文语种】中文
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虚拟试车场技术预报载货汽车底盘耐久性研究
虚拟试车场技术预报载货汽车底盘耐久性研究曹正林;程稳正;霍福祥;魏德永【摘要】针对载货汽车开发过程中传统耐久性试验周期长、费用高的缺点,以某耐久性试车场道路为输入条件,应用虚拟试车场技术(VPG)建立了整车虚拟仿真模型.模拟分析载货汽车底盘动应力响应,并与相同路况下的实车试验测试结果进行了对比研究.结果表明,测试结果与VPG模拟结果在时域与频域上的趋势基本一致.在此基础上,运用疲劳分析软件FEMFAT4.7实现了对载货汽车底盘耐久性的有效预报.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】4页(P51-53,57)【关键词】载货汽车;底盘;耐久性;虚拟试车场【作者】曹正林;程稳正;霍福祥;魏德永【作者单位】中国第一汽车集团公司技术中心;中国第一汽车集团公司技术中心;中国第一汽车集团公司技术中心;中国第一汽车集团公司技术中心【正文语种】中文【中图分类】U467.4+971 前言随着市场竞争的日趋激烈，国内外汽车生产厂商都在通过缩短产品研发周期、降低产品成本、提高产品耐久性的手段来提高竞争力，其中耐久性是影响其竞争力的主要因素，同时由于汽车产品开发周期与成本的要求，迫切需要在产品概念设计阶段对其耐久性进行控制。
为此，国外各大汽车公司开展了汽车试车场耐久性试验条件下耐久性仿真研究。
Arvin Meritor公司运用虚拟试车场（VPG，Virtual Proving Ground）技术对载货汽车底盘系统耐久性进行了预报，并用试验方法对所得结果进行了验证，该技术得到广泛应用[1]；MIRA公司运用VPG技术对轿车整车耐久性进行了预报，取得较好效果[2]。
VPG技术研究的投入和基础技术要求较高，涉及到分析、测试与试验技术的密切配合，我国对此开展的研究较少[3]。
本文以某试车场耐久性道路为输入条件，应用虚拟试车场技术建立整车虚拟仿真模型，模拟分析载货汽车底盘动应力响应，并与相同路况下的测试结果进行了对比研究。
履带车辆动力学建模及模型试验验证
履带车辆动力学建模及模型试验验证谢欢;王红岩;郝丙飞;王钦龙【摘要】为研究履带车辆的动力学性能,须建立准确的车辆模型.对履带车辆进行了拓扑结构分析,基于RecurDyn环境建立了履带车辆多体动力学模型,采用谐波叠加法对随机路面进行数字化模拟,并通过三维等效容积法建立了三维仿真路面模型.为验证多体动力学模型的可信性,进行了典型障碍和随机道路实车试验,比较了测点处加速度时间历程变化和功率谱估计曲线.结果表明:建立的动力学模型能够较好地反映实车的高频和低频振动特性,为履带车辆的动力学研究提供了模型基础.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】履带车辆;动力学模型;实车试验;模型验证【作者】谢欢;王红岩;郝丙飞;王钦龙【作者单位】100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院;100072北京市陆军装甲兵学院【正文语种】中文【中图分类】TJ8110 引言目前，基于多体动力学方法的虚拟样机技术为履带车辆模型的仿真研究提供了很好的方法途径[1-2]。
进行装甲车辆性能的仿真分析，首先要建立准确的车辆动力学模型，国内许多研究者对此开展了许多卓有成效的工作。
武云鹏[3]使用ATV工具箱在ADAMS环境中建立了履带车辆悬挂系统动力学模型，研究了履带车辆悬挂系统的动力学性能。
韩宝坤[4]等建立了履带车辆基于平稳性能的动力学模型，并与DADS环境下的动力学模型进行了比较，验证了模型的合理性。
王克运[5]等为研究履带车辆越障过程中的动力学性能，建立了其动力学模型，在MATLAB/Simulink环境中对模型进行了仿真。
陈媛媛[6]利用三维建模软件Pro/E和多体动力学软件RecurDyn建立了履带车辆动力学模型，在不同的工况下，研究了履带张紧装置对车辆的机动性和平顺性的影响。
本文以某型履带车辆为研究对象，基于多体动力学软件RecurDyn环境建立履带车辆多刚体系统动力学模型，并通过实车试验对所建履带车辆模型进行验证，为下一步履带车辆动力学性能仿真分析提供较准确的模型。
基于虚拟迭代的下控制臂载荷提取及验证
基于虚拟迭代的下控制臂载荷提取及验证
付似愚
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2022(35)6
【摘要】汽车底盘构件的可靠性和耐久性是汽车质量的关键因素,为了准确分析某皮卡车型下控制臂疲劳耐久性能,在Adams软件中建立整车刚柔耦合动力学模型,以实车采集试验场道路载荷谱为基础,通过虚拟迭代的方法获取下控制臂外接点载荷谱,为下控制臂疲劳耐久性分析验证提供参考依据。
【总页数】4页(P73-75)
【作者】付似愚
【作者单位】江铃汽车股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463
【相关文献】
1.基于整车动力学模型虚拟迭代仿真的转向节载荷谱提取
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3.基于整车动力学模型虚拟迭代仿真的转向节载荷谱提取
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5.虚拟迭代法转向节载荷谱提取与验证
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履带式工程车辆行驶模拟技术及测试方法
履带式工程车辆行驶模拟技术及测试方法
孙庶珲;张琦;冀鑫炜;孙志鹏
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2007(000)012
【摘要】设计了以底盘测功机为核心的履带式工程车辆行驶模拟试验台,在分析测试系统原理的基础上,设计了试验台结构,实现了履带式工程车辆行驶过程中的阻力模拟,完成了对牵引力、功率等行驶参数的测试.测试结果表明,该试验台能够很好检测履带车辆的各项性能指标,并对车辆的动力性能进行综合评定,具有可靠性高、成本低、测试方便等特点.
【总页数】3页(P1-3)
【作者】孙庶珲;张琦;冀鑫炜;孙志鹏
【作者单位】解放军理工大学,工程兵工程学院,南京,210007;解放军理工大学,工程兵工程学院,南京,210007;解放军理工大学,工程兵工程学院,南京,210007;解放军理工大学,工程兵工程学院,南京,210007
【正文语种】中文
【中图分类】U469.694
【相关文献】
1.基于虚拟样机技术的履带式装甲车辆行驶路面测量方法研究 [J], 舒鑫;马吉胜;李志强
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5.履带式工程车辆训练模拟器动力学建模及实现 [J], 张琦;孙劭文;李文鸿;孙伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
履带式车辆通过性能仿真及乘员安全分析
履带式车辆通过性能仿真及乘员安全分析
王品健;谢晖;王杭燕;陈昱同
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2020(0)2
【摘要】根据某款履带式车辆具体的结构参数,通过动力学仿真软件RecurDyn构建多刚体动力学模型。
对履带式车辆在越壕沟、攀垂直壁与爬坡路面工况下进行仿真分析。
针对车辆行驶时驱动轮转速与路面类型的差异,研究履带式车辆在3种路况下转速与路面对通过性能的影响。
基于乘员安全问题,利用MADYMO软件建立履带式车辆驾驶员冲击模型,并对模型在各路况最大冲击加速度作用下进行人体损伤分析。
结果表明:该款履带式车辆在3种路面工况下的通过能力良好;在不同转速与路面类型下行驶时,车辆的通过性能有明显差异,且存在一定的规律变化;在最大冲击加速度的作用下,驾驶员人体胸部加速度、头部伤害指数等安全性能指标均在FMVSS相关标准的规定范围之内。
【总页数】7页(P30-36)
【作者】王品健;谢晖;王杭燕;陈昱同
【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U469.694
【相关文献】
1.基于车辆及乘员安全的汽车护栏碰撞仿真分析
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基于LabVIEW的履带车模型试验测控系统设计
基于LabVIEW的履带车模型试验测控系统设计
赵炎;郭晓林
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2015(53)10
【摘要】介绍了基于LabVIEW软件开发平台的履带车模型试验测控系统软件的原理及系统硬件与软件的构成和工作过程.在试验过程中,测控系统能实现模型车两侧电机转速控制、主动轮转速转矩、模型车姿态和位置信息等参数的实时采集和数据保存功能.最后,时测控系统进行了验证.
【总页数】5页(P36-40)
【作者】赵炎;郭晓林
【作者单位】100072北京市装甲兵工程学院机械工程系;100072北京市装甲兵工程学院机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP277;U467.5+2
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基于虚拟样机技术的电传动履带车辆特殊运动性能仿真
基于虚拟样机技术的电传动履带车辆特殊运动性能仿真
王双双;张豫南;颜南明;赵玉慧;张亮
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2009(030)011
【摘要】为了评估电传动履带车辆的性能,采用虚拟样机技术建立了20 t级履带车辆的电机驱动系统模型和车辆动力学模型,构建了机-电联合仿真模型.进行了中心转向、通过崖壁和壕沟等特殊运动的仿真评估,结果表明:车辆性能达到了设计要求,采用联合仿真的方法为电传动履带车辆的性能预测和评估奠定了技术基础.
【总页数】6页(P1418-1423)
【作者】王双双;张豫南;颜南明;赵玉慧;张亮
【作者单位】装甲兵工程学院,北京,100072;装甲兵工程学院,北京,100072;装甲兵工程学院,北京,100072;装甲兵工程学院,北京,100072;装甲兵工程学院,北
京,100072;71352部队,河南,安阳,455000
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.电传动履带装甲车辆基本运动性能仿真 [J], 廖自力;张杰;阳贵兵;张晓峰
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履带车辆动力性的计算机仿真
履带车辆动力性的计算机仿真
毕小平;陈策;张更云;韩树;马志雄
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2001(022)002
【摘要】本文建立了履带车辆在稳定工况和动态工况行驶时动力性能的计算机仿真模型,由动力装置子模型和传动装置子模型组成,可以藉此对发动机与车辆的稳态运行工况和瞬态运行工况进行数值仿真,计算出车辆的最大速度、驱动力、行驶阻力、爬坡角度和各种行驶过程.对某台履带车辆的动力性进行了仿真计算,计算值与实测值符合较好.这种仿真方法可以方便地用于履带车辆的动力性能研究.
【总页数】4页(P266-269)
【作者】毕小平;陈策;张更云;韩树;马志雄
【作者单位】装甲兵工程学院机械工程系,北京,100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京,100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京,100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京,100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京,100072
【正文语种】中文
【中图分类】TJ810.331
【相关文献】
1.履带车辆动力性计算的数学模型 [J], 柳朝阳;陈策
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负重轮 左侧履带系统
图 1 高速履带车辆典型结构
扭力轴柔性体
图 2 扭力轴有限元模型图 Nhomakorabea图 3 履带车辆刚柔耦合模型
1.2 模型试验验证
履带车辆动力学模型是否能够真实反映实车的动力学响应特性，满足工程仿真分析的需要，必 须经过试验验证。 设置加速度测点在第六负重轮平衡肘处负重轮轴的工艺孔内，其测量方向为垂直方向，如图 4 所示。安装光电传感器在左侧主动轮，用来采集转速信号，如图 5 所示。
2.1 测点选择
从履带车辆的车体结构来看，负重轮轮轴处的载荷是通过平衡肘传递到车体上引起车体振动， 因此，在平衡肘支座附近的加速度和该负重轮轮轴处载荷的相关关系较好。为了对其进行验证，在 虚拟试验中，通过在平衡肘支座附近布置多个测点，然后分别计算各个测点加速度与负重轮轮轴处 载荷的相关关系。 以左侧车体为例，在车体侧面布置网状点阵，在车体左侧面从前到后均匀分布了 1200 个测点， 每行 120 个点，共 10 行，各个测点的间距为 5cm。仿真后分别将每个负重轮处载荷与上述测点进行 相关性比较，取出相关系数最大的前十个点。经过计算发现，各负重轮对应相关性最好的点均分布 在各个负重轮平衡肘支座的正上方。为便于在实车试验中布置测点，选择测点位于车体外侧面，在 平衡肘支座正上方，距平衡肘支座中心位置为 0.2m，车体左右两侧加速度测点共 12 个。力的测量 点共 12 个，位于各负重轮轮轴处。
图 11 负重轮轮轴力分布直方图
选择合适的函数对散点进行拟合，即可得到力 F 和加速度 a 之间的近似关系。简化散点图后发 现除个别异常点外，大体符合线性函数关系，即应为 y a bx 的形式。 由最小二乘法原理，可知 a ， b 应满足下式：
-4-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
-6-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
The virtual test and load spectrum conclude of track vehicle
n n Q(a, b) ( y i y i ) 2 ( y i a bxi ) 2 i 1 i 1
ˆ ˆ ，b 解出 a ， b ，即为 a
n xi y i n xy i 1 ˆ b n 2 xi2 n x i 1 ˆ ˆ ˆ xb y a
-5图 13 雨流矩阵直方图
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
3.2 载荷谱的叠加
载荷谱的叠加主要是对不同工况采集得到的载荷谱 进行合成。共采集了 4 种路面工况的扭力轴工作载荷， 每个路面工况又分为 4 种速度。在载荷外推过程中已经 按各工况比例计算出不同工况不同作业段的外推系数， 进行载荷谱外推，如图 14 所示。
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
履带车辆虚拟试验及载荷推断
胡 陈，王红岩 （装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072）
摘
要：履带车辆行动系统承受战斗载荷、冲击载荷以及其它各种复杂的随机载荷，使许多构件上
都产生动态应力，引起疲劳损伤。在通过 HyperMesh 建立扭力轴有限元模型的基础上，利用虚拟样 机技术，建立整车刚柔耦合模型。通过实车试验，测试履带车辆行驶过程中的振动加速度信号，验 证了该模型的有效性。对整车载荷进行虚拟测试，根据所测得负重轮轮轴上的力和车体上特定测点 的加速度，推导得出特定工况下二者之间的统计函数关系。用推导出的车轮轮轴处受力作为输入对 象，分析扭力轴某节点处的受力情况，并对其进行统计，编制载荷谱。
2.2 试验数据处理
以四档（38km/h）匀速直线行驶说明虚拟测试方法在整车载荷推断中的应用。路面模型采用 E 级路面。
-3-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
仿真工况是匀速直线运动，不涉及转向和速度变化，选取垂直向上的方向为正。以左侧第一个
图 8 车体测点加速度曲线
图 9 车轮轮轴力曲线
4 结论
根据本文的研究工作得出如下结论：
图 14 全任务剖面载荷雨流计数直方图
1、利用虚拟样机技术，建立了履带车辆整车刚柔耦合模型。 2、通过实车试验测试第六负重轮轴与平衡肘连接处的振动加速度信号，验证了模型的有效性。 3、对整车载荷进行虚拟测试，根据所测得负重轮轮轴上的力和车体上特定测点的加速度，推导 得出特定工况下二者之间的统计函数关系。 4、构建“车辆-台架”试验系统，用推导出的车轮轮轴处受力作为输入对象，分析扭力轴某节 点处的受力情况，并对其进行统计，编制载荷谱。
1.54 （m s 2） 对应的负重轮轮轴力的分布直方图，如所示，图中曲线表示用正态分布进行拟
合时的图形，柱状直方图表示各分段内数据出现的频次。由图 11 可以看出该段负重轮轮轴力大致符 合正态分布，但是最大值的位置与正态分布有所偏差，因此按威布尔分布进行检验。
2.3 曲线拟合
图 10 加速度和力的散点图
图 4 第六负重轮轴加速度传感器
图 5 光电传感器实车安装位置
试验工况为匀速直线行驶，选在驾驶场高速跑道上进行，跑道路面情况相当于 B 级随机路面。 车辆发动机转速稳定在 2000 转/分，分别以 2、3、4 档位通过。仿真路面为 B 级随机路面。如图 6、 图 7，模型仿真曲线与实车所测数据能够较好的吻合，验证了模型的真实性。
5 参考文献：
[1] 熊坚、张昆、杨树忠.山区汽车运动载荷谱的研究[C」.第九届全国地面机器系统学会学术年会论 文集 [2] 余燕军. 车轮道路载荷信号测量和分析方法研究[D].清华大学硕士学位论文，2006 [3] 黄松，夏武超.以道路载荷谱为基础建立汽车零部件的当量寿命[J].设计研究，2003，2：6-9 [4] 宋国民. 多分力车轮力传感器研究及其在汽车道路试验中的应用[D]. 东南大学硕士学位论文， 2001 [5] 张云龙. 装载机传动系载荷谱编制方法及应用研究[D].吉林工业大学硕士学位论文，1988 [6] 潘宏侠， 裴焕斗， 温静.履带车辆车辆行动部分载荷谱测试研究[J].测试技术学报， 1998， 12(2):24-29 [7] 张曙光.高速列车转向架载荷谱测试与建立方法的研究[J].中国科学 E 辑:技术科学， 2008， 38 （11） ： 1805-1814
关键词：履带车辆；虚拟实验；载荷；HyperMesh
0 引言
履带车辆工作条件非常恶劣，行动系统承受战斗载荷、冲击载荷和摩擦磨损等其它各种复杂的 随机载荷，使许多构件上都产生动态应力，引起疲劳损伤。在履带车辆上进行输入载荷的测量，因 试验设备的缺乏以及试验条件的制约，安装类似的车轮力传感器是难以实现的。本文通过虚拟测试、 载荷推断的方法来间接获得履带车辆行驶过程中的载荷数据。通过虚拟实验测得车体上特定点的加 速度，对其进行相关性分析，尔后利用此函数，根据实验中实测车体上特定点的加速度，推导出车 轮轮轴处受力，并将此轮轴力作为履带车辆的输入载荷进行虚拟台架试验，获得承载件的载荷谱， 预测其疲劳寿命。
负重轮为例，测得的加速度载荷时间历程，即 a a (t ) ； F F (t ) ，如图 8 和图 9 所示。 为得到负重轮轮轴力 F 和车体测点加速度 a 的关系 F ( a ) ，以加速度 a 为 X 轴，力 F 为 Y 轴， 画出散点图，所测得信号属于随机信号，需要进行统计分析，如图 10 所示负重轮轮轴力 F 和车体 测点加速度 a 大致呈带状线性分布， 为了求得 F 与 a 之间的函数关系， 首先要对其散点图进行分段。 将横轴加速度数据等分为若干微小段，分别判断每一微小段内所对应的力的分布类型并对其进行检 验，根据其分布类型，求出均值，即可用均值代表该微小段加速度所对应的力。 将加速度数值按由小到大等分为 30 段， 以第 15 段为例， 加速度范围为[-1.788,-1.293] （ms 加速度均值为-1.54( m s
1 履带车辆动力模型建立与实验验证
利用多体动力学的理论，把构成履带车辆行动部分的各个部件简化为刚体或柔性体，充分考虑 履带车辆系统各部件之间的细节关系和非线性特性，通过各种约束将其组合起来，最后求解约束方 程和动力学方程就可以获得履带车辆行动部分的运动学和动力学关系，进而研究履带车辆的行驶性 能。
1.1 模型的建立
履带车辆的虚拟样机模型是根据装甲车辆的实车结构构建，主要由装甲车体、动力装置、传动 装置、操纵装置、行动部分、水上推进装置、车载武器及电器设备等组成，结构简图如图 1 所示。
-1-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
扭力轴作为悬挂系统的关键部件，为预测 其疲劳寿命，需计算在各种工况下扭力轴的动 态应力和载荷情况。在建立的履带车辆多刚体 动力学模型中，扭力轴是由平衡肘与车体之间 施加的弹簧力为代替的。加入扭力轴的柔性体 模型后，应当按照履带车辆实际的连接关系， 在原来履带车辆刚体模型基础上修改并添加 约束关系来建立履带车辆刚柔耦合模型。本文 将所建立的扭力轴三维模型导入有限元分析软件 HyperMesh 中进行网格划分，建立扭力轴的有限元 模型，扭力轴有限元模型如图 2 所示，履带车辆刚柔耦合模型如图 3 所示。
2.4 相关性分析
以右侧负重轮为例，各个负重轮轮轴受力和对应 车体测点加速度的统计关系如表 1 所示：
表 1 各负重轮对应的拟合函数关系 轮序 右1 右2 右3 右4 右5 右6 相关系数 0.97061 0.96492 0.80962 0.89783 0.9223 0.97213 函数关系 F=1102.9*a+28308 F=2232.2*a+36079 F=1414.2*a+32780 F=942.1*a+30928 F=1009.9*a+31497 F=1846.6*a+34439 图 12 均值散点及一次拟合曲线图