电动汽车仿真软件ADVISOR_张翔
产品开发
电动汽车仿真软件ADV ISO R
合肥工业大学机械与汽车工程学院 张 翔 赵 韩 钱立军 张炳力
[摘要]分析了美国电动汽车仿真软件ADV I SO R的系统功能,A DV ISO R可以仿真传统汽车、电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车等多种汽车的性能,并且能与其它多种软件共同仿真。本文对我国开发自己的电动汽车仿真软件具有参考作用。
关键词: 电动汽车 混合动力汽车 仿真
ADV ISO R(ADv anced V eh Icle Simula tO R,高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室(Na tional Re-new able Energy Labora to ry)在Matlab R 和Simulink R 软件环境下开发的仿真软件。该软件从1994年开始开发与使用,目前最新版本是ADV ISO R2002,它也是目前世界上能在网站免费下载和用户数量最多的电动汽车仿真软件。
1 定义车辆的仿真参数
定义车辆的仿真参数有如下步骤:
1.1 选择传动系统类型
ADV ISO R提供了两种方式来定义车辆传动系统的类型。一种是ADV ISOR内部保存了包括Insigh t和Prius在内的37种电动汽车的数据文件,用户可以选择合适类型的汽车,在此基础上作修改。另一种是ADV I-SOR内部保存了传统汽车、电池电动汽车、燃料电池汽车、并联混合动力汽车、串联混合动力汽车、混联混合动力汽车等8种类型的传动系统作为模板,用户可在此基础上定义自己的传动系统。另外用户还可以自定义新类型的传动系统增加到ADV ISO R的模板库中。
1.2 设置部件的仿真参数
ADV ISO R设计了车辆(V ehicle)、发动机(Fuel Conv erter)、能源储存系统(Energ y Storag e System简称ESS)和电动机(M otor)等多个部件的仿真模型,每个仿真模型包括版本、类型和部件的参数值。其中版本是指模型的种类,通常不同版本的模型有不同的仿真效果。类型是指部件的类型。例如发动机模型Fuel Co n-v erter的版本有内燃机ic、基于神经网络的内燃机nn-ic和燃料电池fcell3个版本,其中内燃机ic版本的模型又有点燃si和压燃ci两种类型,发动机模型的参数包括质量、功率、缸径和特性图等参数。用户可以在修改ADV ISO R已有电动汽车的数据的基础上,建立和保存自己的传动系统的数据文件。例如在建立发动机和能源储存系统的特性图方面,ADV ISO R提供了辅助工具eng model和batmodel帮助用户将离散的测试数据通过数学插值算法自动生成连续的特性图;另外ADV I-SOR还设计了Im ag e2Ma p功能来实现直接从扫描的jpg、bm p等格式的部件特性图的图象文件中提取特性数据的功能。部件的参数值可以在GU I(用户图形界面)上修改,也可以直接打开M AT LAB的M文件修改。此外ADV ISO R特别设计了自动尺寸(Autosize)功能和比例计算(scale)功能:
自动尺寸功能可以计算出满足特定性能要求的车辆部件的参数值,从而为用户设计提供参考。这是一个优化计算的过程,ADV ISOR可以选择M A TLAB和优化软件VisualDOC作为计算引擎(so lution engine),车辆的加速度性能和爬坡能力作为约束条件,设计变量包括发动机的功率、能源储存系统中充电电池的数目和电动机的功率等。优化目标包括最小化部件的尺寸和车辆的质量、最大化城市/公路混合燃料经济性。通常Visu-alDO C的优化计算能力比M AT LAB更强大,在AD-V ISOR仅提供演示版本的VisualDO C,它最多可以计算5个设计变量和20个约束的优化问题
因为用户在设计新部件时通常缺少现成的参数值,所以必须选择一个已经存在的某部件的初始化文件的
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·汽车研究与开发
产品开发
数据作为基础,比例计算出新部件的参数值。目前AD-V ISO R提供了对发动机的比例计算功能,它是以发动机的缸径和行程作为比例因子来计算的。
1.3 设计控制策略
ADV ISO R提供了并行电动辅助(parallel electric assist)、自适应控制策略(Adaptiv e Contro l Stra tegy)、模糊逻辑控制策略(Fuzzy Logic Co ntrol Strateg y)和本田Insigh t控制策略等6种控制策略模板。用户也可以设计自己的控制策略,ADV ISOR提供了以下两方面的设计控制策略的功能:①在Simulink中输入控制策略的模型与使用GUI修改控制参数;②使用M AT LAB 和VisualDOC作为优化引擎,来优化控制策略的控制参数(Optimize cs v ars)。它以最小化CO、HC、NO X、PM 等有害气体的排放量和最大燃料经济性为目标,对能源储存系统的充电状态上限(cs-hi-soc)和充电状态下限(cs-lo-soc)等8个控制参数进行优化,用户可以动态观察到优化叠代计算过程中控制参数值的变化情况。
2 运行仿真
运行仿真前用户可以选择性地定义如下的仿真项目: 2.1 选择仿真工况
ADV ISO R提供了道路循环(Driv e Cycle)、多重循环(Multiple Cycles)和测试过程(Test Procedure)3种仿真工况来仿真车辆的性能。
1)道路循环提供了CYC-ECE、CYC-FT P和CYC-1015等56种国外标准的道路循环供用户选择,另外提供了行程设计器(Trip Builder),可以将多达8种不同的道路循环任意组合在一起,综合仿真车辆的性能。
2)多重循环功能可以用批处理的方式以相同的初始条件,快速计算和保存不同的道路循环情况下的仿真结果,并将它们显示在一起,供用户进行比较。
3)测试过程包括TEST-CITY-HWY和TEST-FT P等8种国外标准的测试过程供用户选择仿真。
2.2 加速度性能仿真
该功能可以仿真以下车辆性能:3组从初速度加速到末速度所需要的最短时间、某一时间段内车辆行驶的最大距离、行驶某一段距离所需要的最短时间、最大加速度和最大速度。
2.3 爬坡能力仿真
在设置车辆速度、持续时间、质量和多能源动力系统等参数后,可以仿真出车辆在给定速度下的爬坡性能。
2.4 参数研究
该功能可以选择1～3个部件参数,在三维坐标图上用不同的颜色代表不同数值的方式,来分析这些参数对车辆的燃料经济性和有害气体排放等性能的影响。2.5 计算辅助电器的负荷
该功能可以计算车辆上辅助电器的能源消耗。这些电器设备包括除霜设备、收音机和照明设备等。用户定义这些设备的电流-电压特性和与道路循环相关联的使用时间等数据后,就可以仿真出辅助电器的负荷。该功能提供了ADV ISO R和与Saber共同仿真(Co-sim-ula tio n)两种方式,其中Saber软件可以提供更详细的模型来获得更准确的仿真结果。
2.6 交互式仿真。
该功能由系统控制(Simulatio n Contro ls)、车辆控制与显示(Vehicle Co ntro ls and Display)和仿真输出(Simulatio n Outputs)三部分组成,它支持实时地输入道路循环(Driv e Cycle)和动态显示每个仿真计算步长的结果。系统控制部分负责控制仿真速度和动态输入当前仿真时间步长的道路循环,它包括请求速度和坡度。车辆控制与显示部分模拟显示出车辆内部发动机转速表、车辆速度表(即“实际速度”,相对于“请求速度”而言)、燃油表、能源储存系统的SOC(充电状态)表、加速踏板和换档开关等仪表和控制开关的动态变化,用可视化的形式输出仿真结果。仿真输出部分在动态显示车辆的运动图象的同时,还在各种部件的特性曲线图中显示当前工作点的位置。
3 仿真结果
ADV ISO R的仿真结果包括:
1)仿真参数图(Parametric Results Fig ure)。它能同时显示任意4组部件参数值随仿真时间的变化情况。
2)仿真报告(Results Figure)。它包括燃料消耗率、行驶距离、有害气体排放、加速度和爬坡能力报告。
3)能源消耗图(Energ y Use Fig ure)。它报告各个部件在作功模式(POW ER M ODE)和能量再生模式(REGEN MODE)下的输入能量、输出能量、损失能量和效率。
4)比较仿真(Com pare Sim lua tions)。该功能可以同时打开8个仿真结果文件和测试数据文件,将它们显
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2003年第4期
产品开发
示在同一幅坐标图上进行比较。另外提供了条形图(Bar Cha rt)和极坐标图(Spider Plo t)两种方式进行比较。
5)重放(Replay)功能,在可视化的GU I上动态显示仿真结果,其界面与交互式仿真的GU I相同。
4 对其它功能的说明
4.1 V SO LE
太阳能汽车辅助设计程序V SOLE(Vehicle Solar Load Estim ato r,车辆太阳光照评价者)可以根据车辆的地点、方向、时间和光照等数据,计算车辆所受的光照强度,从而评价太阳能汽车的能源利用情况。
4.2 与其它软件的共同仿真
ADV ISO R开放了全部的仿真模型和程序代码,这为世界各地的电动汽车工程师改进和增加软件功能提供了机会。ADV ISO R开放的软件接口能与Saber、Sim-plo rer和Visua lDOC等多种软件进行共同仿真,使其具有强大的功能。由于很多软件仅在ADV ISO R中提供演示版本,它们的功能受到限制。如果用户需要完整的功能,必须购买它们的正式版本。
5 结论
ADV ISO R是目前最流行的电动汽车仿真软件,在国外已有许多应用ADV ISO R的成功案例。然而在国内这方面的报道还不多,希望本文能起抛砖引玉的作用,使国内电动汽车界更好地认识与应用ADV ISO R。
(上接第10页)
5.3 有限制、有步骤地放开汽车投资领域
这种观点认为:强调具体的谈判时把门栏提高,要让企业学到真技术。而我国汽车工业的发展似乎也是走这条道路的。在竞争中合作,在开放中学习,逐步寻求自主发展。首先主动地融入国际汽车工业体系中,提高合作程度。其次在竞争合作中,发挥自己的优势,逐渐积累力量,将比较优势转化为竞争优势。再次就是培育自我核心竞争力,树立自我品牌,形成自我品牌,形成自我主导的生存和发展能力。
6 结束语
我国引进外资发展轿车工业走的是“以市场换资金”的道路,希望通过出让部分国内市场获得先进技术。实际上正是由于跨国公司掌握着先进技术,控制了技术的主动权。技术的垄断构成了跨国公司的市场优势。跨国公司往往用自己技术上的垄断限制合资公司对引进技术的消化吸收和创新。合资公司的费用也限制于狭小的范围里。甚至只在开发成果的基础上针对东道国的需要略作调整和改良。这样不可避免地对我国汽车工业造成负面影响。不过在今后5至10年内,我国汽车市场潜在的购买力还没有完全释放的时候,跨国公司还暂时不会抛开其合资伙伴另起炉灶。目前虽然外资并购大门已开,但在W TO中,与利用外资关系最大的是由9个条款和一个附件组成的《与贸易有关的投资措施协定》里,在股比上并未对坚持禁止当地出资要求,我国仍可以坚持50%股比底线政策不变。但随着经济全球化的加深,我国汽车市场更加进一步开放,更多利用外资限制措施也被禁止,控股权的争论将会越来越激烈,坚守股比底线也会变得越来越困难。外国跨国公司最终会跨越这道门槛,控股我国汽车企业。因此,我国汽车企业要从现实出发,但不能拘泥于现实。在对外开放的条件下,通过合作竞争来提高产品的竞争力,提升产业增值链,培育出国际水准的汽车品牌,这些是当前最为关键的。相对于控股权而言,技术和企业的控制权更为重要。只要我们掌握了控制权,我国汽车企业才不会沦为跨国公司在其全球战略中的一个棋子。
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·汽车研究与开发
如何用顶级软件设计顶级电动汽车,特斯拉如是说!
如何用顶级软件设计顶级电动汽车，特斯拉如是说！ 导语：近日，特斯拉正式宣布，已经开发出了一种更适合狭小空间的小型超级充电桩，在芝加哥和波士顿两个城市率先投入使用。从硅谷走出来的电动汽车特斯拉，凭借时尚的外形、媲美豪华跑车的性能，以及全新的驾驶理念，迅速掀起传统汽车业电动革命波澜。 特斯拉汽车采取的是集成创新模式，也就是说，把各供应商的产品进行集成调优。特斯拉在概念研发、工程和制造阶段都大量使用了达索系统的产品。在最初的设计阶段使用的是SolidWorks，当模型变得复杂时，就改用CATIA和ICEM Surf 进行3D建模。而随着使用工具的升级，特斯拉选择了达索系统最新技术3D体验平台。达索系统3D体验平台是一个协作平台，基础架构是ENOVIA V6协作平台。简单来说，达索系统3D体验平台的作用，就是让企业内外部相关人员，如设计师、工程师、市场推广人员及最终消费者等都参与到产品的设计制造过程中，使产品在未投产前就能获得多方反馈并做出改进，保证真实生产的效果达到最佳。随着特斯拉跑车的开发，集成PLM系统就变得越来越重要。特斯拉工程工具主管Paul Lomangino表示，当特斯拉将用CAD工具开发的部件汇聚在一起时，程序和设计的审查会因为文件格式转换变得一团糟，为确保信息无遗漏工程师需要付出大量
的时间。ENOVIA V6协作平台为产品生产提供了通用语言，解决了数据转换的问题，同时，V6协作平台还为特斯拉制定了合理的程序开发规则，并保持生产工作流程的条理性。它几乎涉及了特斯拉运营的所有方面，确保特斯拉整个公司都能获取正确和实时的数据，无论是从设计到制造，还是从采购到程序管理。公司里的每一位员工，甚至是特斯拉的供应商都能参与进来并提供有效的帮助及反馈。（本部分内容摘录自达索系统官方报道）特斯拉Model S说了那么多，软妹下面给大家集中介绍一下我们特斯拉汽车设计幕后的这 些软件，你准备好了吗？SolidWorks 3D CAD易于使用，功能强大的3D CAD设计功能，SOLIDWORKS直观的产品开发解决方案。快速创建，验证，沟通和管理产品开发流程。使您的产品更快地上市，降低制造成本，并提高产品质量和可靠性，适用于广泛行业的产品应用。主要包含以下特色解决方案：1.零件和装配体设计；常用的零件、特征和模板库2.设计分析和仿真功能：基本结构分析、基本运动分析、装配体运动、基本流体分析、基本环境影响分析3. 2D工程图设计；3D动画和照片级的渲染4. 概念设计、曲面设计、钣金设计、逆向工程设计、模具设计等ICEM SurfICEM Surf （曲面魔术师）曾经是在八十年代大众汽车公司专门为汽车外观面设计开发的软件，于2007年被达索系统收购，成为CATIA品牌下的高级曲面设计及渲染解决方案，补充CATIA
动力学主要仿真软件
车辆动力学主要仿真软件 I960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA主要解决多自由度 无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量一弹簧一阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的谨生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年，美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAM 软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率° 1977年，美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLF早在20世纪70年代，Willi Kort tm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna (1977)、MEDYNA1984),以及最终享誉业界的SIMPAC( 1990).随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MED YN软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACI软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPAC嗽件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACI算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发
面向汽车动力学控制的汽车仿真软件开发
面向汽车动力学控制的汽车仿真软件开发1 李幼德，刘巍， 李静 吉林大学汽车工程学院 (130022) E-mail ：aweii_liu@https://www.360docs.net/doc/6c17464723.html, 摘 要：汽车动力学仿真软件对汽车电控系统的开发具有重要意义。本文利用Matlab/Simulink 软件编制适用于汽车电控制系统开发的汽车动力学模型，并编制了图形用户界面，并针对样车进行了不同工况的模拟。 关键词：汽车动力学，图形用户界面，仿真 1．引言 随着汽车电子控制系统的发展，特别是汽车电控制系统开发手段的发展，以Matlab/Simulink 和Dspace 为开发平台的V 流程的电控系统开发方法已被越来越多的开发商所采用。在汽车电控制系统的开发中，例如汽车牵引力控制系统（TCS ）、汽车制动防抱死控制系统（ABS ）和汽车稳定性控制系统（ESP ）等，为了研究汽车各控制系统的控制算法，汽车动力学仿真模型是必不可少的。而传统的汽车动力学仿真模型(如Adams 和Simpack 等)，由于仿真的实时性较差，并不能够满足汽车电控制系统开发的要求。因此，开发基于Matlab/Simulink 平台的汽车动力学仿真软件对于汽车电控系统具有重要的使用价值。 2．汽车动力学模型 考虑汽车动力学模型运行实时性的要求，汽车动力学模型需要进行适当的简化。因此，忽略汽车的侧倾和俯仰运动，以及悬架的影响，但是考虑了汽车载荷的转移。在汽车动力学模型中，包括：发动机模型、传动系模型、轮胎模型、车轮模型以及整车模型等。 2.1发动机模型 发动机模型的输入包括：油门开度、反馈的发动机转速。整个的发动机将简化为一个一阶惯性环节系统[1]。 1 2 1sT e e T e M sT ?= + （1） 其中：e M 发动机的动态输出力矩；为发动机的静态输出力矩，为系统时间常数，为系统滞后时间常数而拉氏变换变量。 e T 2T 1T s 2.2制动器模型 制动器模型采用的是盘式制动器模型，公式如下： b w T A n s P b μη=????? （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 -
纯电动车经济性能影响因素仿真教学文案
纯电动车经济性能影响因素仿真 1 纯电动汽车经济性能指标 纯电动汽车是以二次电池为储能载体二次电池以铅酸电池镍氢电池埋离子电池为主。由于二次电池目前在储电量、充放电性能、使用寿命、成本等方面无法与内燃机相比，因此近一时期以来，研究进展不大，大多数研究单位已将研究目标转为混合动力汽车。纯电动汽车的经济性能是在保证动力性的前提下，汽车以尽量少的能量消耗行驶的能力，纯电动汽车在等速行驶、加速行驶和循环工况下的能量消耗率和续驶里程来决定经济性能的优劣。车辆能耗经济性评价常用的指标都是以一定的车速或者循环行驶工况为基础，以车辆行驶一定里程的能量消耗量或一定能量可反映出车辆行驶的里程来衡量。纯电动汽车能量消耗率是动力电池存放的电量维持汽车某一工况下运行的能力，如单位里程消耗的能量、百公里消耗能量；续驶里程是指纯电动汽车从动力电池全充满状态开始到试验规定结束时所走过的里程，如以45km/h行驶的里程等。为了使电动汽车能耗经济性评价指标具有普遍性，其评价指标应该具有以下三个条件： （1）可以对不同类型的电动汽车进行比较； （2）指标参数值与整车存储能量总量无关； （3）可以直接通过参数指标进行能耗经济性判断； 不同的纯电动汽车在不同的行驶工况下能量消耗率和续驶里程可能会不同，很难用统一的公式进行计算，下面将运用仿真的方法得出纯电动汽车的续驶里程和能量消耗率。 2 铃木电动车仿真分析 根据目前国内外有关学者对纯电动汽车的研究结论，可以看出，纯电动汽车的研发出现了难以进行下去的问题。一方面是由于纯电动汽车面临的成本和续驶里程等问题，一直没有很好的解决;另一方面，和人们对电动汽车的要求过于完美化，提出不切实际的过高要求有关。因此，对纯电动车经济性能影响因素的分析和研究，可以对解决这个问题找到一些方法或者启示。 电动汽车仿真软件ADVISOR由美国国家再生能源实验室开发，使用后向仿真为主、前向仿真为辅的混合设计方法，具有车辆总成参数匹配与优化、传动/驱动系统能量转化分析、排放特性/能量消耗对比、车辆能量管理策略评价、整车综合性能预测分析等功能。以下是铃木某款纯电动车的整车部分参数，汽车采用永磁电机和镍氢电池，并建立ADVISOR的仿真模型，分析影响纯电动汽车经济性能的参数[2]。建立ADVISOR的仿真模型需要的参数有整车整备质量、空气阻力系数、迎风面积、轴距、最大载荷、电机最大功率、电机额定电压、电机最大扭矩、电池容量、主减速比。在已知以上参数的情况下建立ADVISOR的仿真模型。微型电动汽车具有无污染、低噪音、小体积、低速度和易驾驶等优点，使得它可以穿梭与大城市的各种道路，能够直接到达出租车都不能到达的身居小巷。微型电动汽车的最高时速一般为45km/h,虽然比一般小汽车的速度慢，但比步行或骑自行车快得多。因此微型电动汽车作为代步工具是相当合适的。另外，微型电动汽车的低速度也提高了它在居住区行驶时的安全性。驾驶微型电动汽车，比驾驶小汽车简单得多。ADVIDOR提供了道路循环(Drive Cycle)、多重循环(Multiple)和测试过程(Test Procedure)3种仿真工况来仿真车辆的性能。道路循环提供了CYC.ECE、CYC.FTP和CYC.1015等56种国外标准的道路循环供用户选择，另外提供了行程设计器(Trip Buider),可以将多达8种不同的道路循环任意组合在一起，综合仿真车辆的性能。多重循环功能可以用批量处理的方式以相同的初始条件，快速计算和保存不同的道路循环情况下的仿真结果，并将它们显示在一起，供用户比较。测试过程包括
第二包汽车仿真教学软件
第二包：汽车仿真教学软件 1、模块组成： 应包括电控发动机、自动变速器、底盘系统、电气系统、汽车常规维护、车载网络系统等模块。 2、功能要求： （1）能够完整展示汽车发动机、底盘和电气系统各总成及零部件结构； （2）能够交互式演示汽车发动机、底盘和电气系统的基本工作过程； （3）能够交互式演示汽车常规维护的基本工艺流程； (4)能够完整展示汽车车载网络系统的组成、原理及检修方法。 3、技术要求： （1）网络版，采用C/S架构； （2）结构展示应采用3D表达，原理演示采用交互式动画进行表达； （3）所有模块都须提供单机版供离线使用； （4）发动机系统模块要求至少具备2种类型，包括电控汽油机和电控柴油机；应至少提供直列4缸和V型6缸电控汽油机各一款，SDI和TDI电控柴油机各一款； （5）底盘系统模块须具备手动变速器、自动变速器、制动系统和转向与悬架四个部分内容；应至少提供二种以上主流车型的自动变速器、ABS系统（包括ABS和ABS+EBD）、助力转向系统（包括液压动力转向和电动助力转向）、悬架（包括麦式悬架、多连杆悬架和电控悬架）； （6）电气系统模块要求包含起动、充电、照明、防盗、雨刮、电动车窗、安全气囊等模块；应具备两种以上主流车型的空调系统（包括手动空调和自动空调）； （7）所有模块必须进行现场演示。
附件二： 1、模块组成： 应包括汽车二级维护虚拟实训、总成拆装虚拟实训、故障诊断虚拟实训、车身测量虚拟实训等模块。 2、二级维护虚拟实训模块功能要求： （1）能够对维护车辆设置常见故障点50以上； （2）具备工具使用功能； （3）实训过程能够随时查阅各种资料；（4）具备填写检测结果的功能； （5）具备实训过程中操作自动记录功能。 3、总成拆装虚拟实训模块功能要求： （1）能够实现丰田8A发动机拆装实训功能； （2）具备总成大修功能，包括总成分解、零部件清洁和检查、重新组装等；（3）具备零部件检验功能，可对拆卸后的零部件进行测量检验； （4）提供各种工具使用功能； （5）具有对实训过程中操作进行记录的功能。 4、故障诊断虚拟实训模块功能要求： （1）具备故障诊断实训示范和实训练习功能； （2）具备两种故障点设置功能，包括随机设置和人工设置； (3)软件应具备模拟路试功能，在路试时可读取故障码和动态数据流； （4）能够模拟诊断仪读取故障码、读取定格数据、读取动态数据和主动测试，模拟示波器检测各种信号波形，模拟尾气分析仪检测不同工况下的尾气数据，模拟燃油压力表检测燃油系统压力，模拟气缸压力表检测各个气缸的压力，模拟真空表检测进气歧管的真空度，模拟万用表检测电阻和电压； （5）软件具备实训过程操作记录功能，可自动记录或手动记录； （6）具备常用工具使用功能； （7）软件应支持环境参数设置，包括环境温度、大气压力、机油液位、发动机冷却液液位等。 5、车身测量虚拟实训模块功能要求： （1）采用卡尔拉德车身测量系统； （2）提供20个以上测量点； （3）配置向导操作模式功能，可以引导用户按照汽车车身测量的标准工作流程进行操作。 6、各系统虚拟实训模块技术要求： （1）网络版，采用C/S架构； （2）实训车间场景采用3D实时渲染技术，可实现场景内360度旋转； （3）维护实训内容涵盖汽车二级维护的全部作业项目； （4）软件能够模拟汽车运行时的各种声音，包括发动机起动、怠速运转、加速、运行粗暴、运行抖动等； （5）总成拆装台架采用3D技术，可以进行360度方向任意翻转；（ 6）支持单点故障设置和多点故障设置，多点故障设置每次可设置3个以上故障点； （7）故障点要求涵盖电路断路/短路、器件损坏、间歇性断路和机械故障等；（8）故障诊断模块能够设置常见故障点80个以上；
车辆系统动力学仿真大作业(带程序)
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
电动汽车仿真软件ADVISOR_张翔
产品开发 电动汽车仿真软件ADV ISO R 合肥工业大学机械与汽车工程学院 张 翔 赵 韩 钱立军 张炳力 [摘要]分析了美国电动汽车仿真软件ADV I SO R的系统功能,A DV ISO R可以仿真传统汽车、电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车等多种汽车的性能,并且能与其它多种软件共同仿真。本文对我国开发自己的电动汽车仿真软件具有参考作用。 关键词: 电动汽车 混合动力汽车 仿真 ADV ISO R(ADv anced V eh Icle Simula tO R,高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室(Na tional Re-new able Energy Labora to ry)在Matlab R 和Simulink R 软件环境下开发的仿真软件。该软件从1994年开始开发与使用,目前最新版本是ADV ISO R2002,它也是目前世界上能在网站免费下载和用户数量最多的电动汽车仿真软件。 1 定义车辆的仿真参数 定义车辆的仿真参数有如下步骤: 1.1 选择传动系统类型 ADV ISO R提供了两种方式来定义车辆传动系统的类型。一种是ADV ISOR内部保存了包括Insigh t和Prius在内的37种电动汽车的数据文件,用户可以选择合适类型的汽车,在此基础上作修改。另一种是ADV I-SOR内部保存了传统汽车、电池电动汽车、燃料电池汽车、并联混合动力汽车、串联混合动力汽车、混联混合动力汽车等8种类型的传动系统作为模板,用户可在此基础上定义自己的传动系统。另外用户还可以自定义新类型的传动系统增加到ADV ISO R的模板库中。 1.2 设置部件的仿真参数 ADV ISO R设计了车辆(V ehicle)、发动机(Fuel Conv erter)、能源储存系统(Energ y Storag e System简称ESS)和电动机(M otor)等多个部件的仿真模型,每个仿真模型包括版本、类型和部件的参数值。其中版本是指模型的种类,通常不同版本的模型有不同的仿真效果。类型是指部件的类型。例如发动机模型Fuel Co n-v erter的版本有内燃机ic、基于神经网络的内燃机nn-ic和燃料电池fcell3个版本,其中内燃机ic版本的模型又有点燃si和压燃ci两种类型,发动机模型的参数包括质量、功率、缸径和特性图等参数。用户可以在修改ADV ISO R已有电动汽车的数据的基础上,建立和保存自己的传动系统的数据文件。例如在建立发动机和能源储存系统的特性图方面,ADV ISO R提供了辅助工具eng model和batmodel帮助用户将离散的测试数据通过数学插值算法自动生成连续的特性图;另外ADV I-SOR还设计了Im ag e2Ma p功能来实现直接从扫描的jpg、bm p等格式的部件特性图的图象文件中提取特性数据的功能。部件的参数值可以在GU I(用户图形界面)上修改,也可以直接打开M AT LAB的M文件修改。此外ADV ISO R特别设计了自动尺寸(Autosize)功能和比例计算(scale)功能: 自动尺寸功能可以计算出满足特定性能要求的车辆部件的参数值,从而为用户设计提供参考。这是一个优化计算的过程,ADV ISOR可以选择M A TLAB和优化软件VisualDOC作为计算引擎(so lution engine),车辆的加速度性能和爬坡能力作为约束条件,设计变量包括发动机的功率、能源储存系统中充电电池的数目和电动机的功率等。优化目标包括最小化部件的尺寸和车辆的质量、最大化城市/公路混合燃料经济性。通常Visu-alDO C的优化计算能力比M AT LAB更强大,在AD-V ISOR仅提供演示版本的VisualDO C,它最多可以计算5个设计变量和20个约束的优化问题 因为用户在设计新部件时通常缺少现成的参数值,所以必须选择一个已经存在的某部件的初始化文件的 · 14 ·汽车研究与开发
advisor2002仿真软件
advisor2002仿真软件 ADVISOR(Advanced VehIcle SimulatOR,高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室NREL(National RenewableEnergy Laboratory)在MATLAB和SIMULINK软件环境下开发的高级车辆仿真软件。 该软件从1994年11月份开始开发和使用,最初是用来帮助美国能源部DOE(DepartmentofEnergy)开发某混合动力汽车的动力系统,随后功能逐渐扩展,目前最新的正式版本ADVISOR2002可以对传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的各种性能作快速分析,是世界上能在网站上免费下载和用户数量最多的汽车仿真软件。由于该软件通过大量的实践被证实具有较好的实用性,现在世界上许多生产企业、研究机构和高校都在使用该软件做汽车仿真方面的研究。 ADVISOR是MATLAB和SIMULINK软件环境下的一系列模型、数据和脚本文件,它在给定的道路循环条件下利用车辆各部分参数,能快速地分析传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的燃油经济性、动力性以及排放性等各种性能。此外,该软件的开放性也允许对用户自定义的汽车模型和仿真策略做仿真分析。它主要有以下特点: (1)仿真模型采用模块化的思想设计。ADVISOR软件分模块建立了发动机、离合器、变速器、主减速器、车轮和车轴等部件的仿真模型,各个模块都有标准的数据输入/输出端口,便于模块间进行数据传递,而且各总成模块都很容易扩充和修改,各模块也可以随意地组合使用,用户可以在现有模型的基础上根据需要对一些模块进行修改,然后重新组装需要的汽车模型,这样会大大节省建模时间,提高建模效率。 (2)仿真模型和源代码全部开放。ADVISOR2002的仿真模型和源代码在全球范围内完全公开,可以在网站上免费下载。用户可以方便地研究ADVISOR的仿真模型及其工作原理,在此基础上根据需要修改或重建部分仿真模型、调整或重新设计控制策略,使之更接近于实际情形,得出的仿真结果也会更合理。 (3)采用了独特的混合仿真方法。现在的汽车仿真方法主要有前向仿真和后向仿真两种,仿真软件也多采用其中的一种方法,使两种方法优劣不能互补,而ADVISOR采用了以后向仿真为主、前向仿真为辅的混合仿真方法,这样便较好地集成了两种方法的优点,既使仿真计算量较小,运算速度较快,同时又保证了仿真结果的精度。 (4)在MATLAB和SIMULINK软件环境下开发研制。MATLAB是世界上顶尖的可视化科学计算与数学应用软件,其语法结构简单、数值计算高效、图形功能完备,集成了诸多专业仿真工具包,而且它还提供了方便的应用程序接口(API),用户可以在MATLAB环境下直接调用C、Fortran等语言编写的程序。MATLAB 内置的计算程序、专业的仿真工具以及与其他应用程序的接口,会减少汽车模型的搭建和仿真计算过程中工作量,同时也方便了熟悉不同编程语言的用户之间的合作。 (5)能与其他多种软件进行联合仿真(Co-simulation)。汽车是一个复杂的系统,其仿真更是涉及机械、电子、控制等多个领域,工作量很大,ADVISOR软件开发过程中也难以涉及所有领域,这样就限制了它一些功能的实现。但是ADVISOR设计了开放的软件接口,能与Saber、Simplorer、VisuaDOC、Sinda/Fluint等软件进行联合仿真,为用户改进和拓展其功能提供了方便。
汽车动力学仿真模型的发展
!汽车动力学发展历史简介 汽车动力学是伴随着汽车的出现而发展起来的 一门专业学科。人们很早就认识到“$%&’()*+”转向和应用弹性悬架可使乘客感到更加舒适等基本原 理［,］，但那只是一种感性的认识。在各国学者的不懈 努力下，这门学科逐渐发展成熟。-’.’/在,00#年1)’%23举行的题为“车辆平顺性和操纵稳定性”的会议上发表的论文，对,00"年以前汽车动力学的发 展做了较为全面的总结［ !］，见表,。近年来汽车动力学又有了进一步发展，大量的高水平学术论文和经典的汽车动力学专著相继被发表，而且开发出许多专为汽车动力学研究建立模型的软件，如美国密西根大学开发的$456%*(、$45678)等商业软件。汽车是一复杂的连续体系统，要想对其进行动力特性的预测和优化需建立经合理简化的抽象汽车模型，以达到缩短产品开发周期、保证整车性能指标和降低产品成本的目的。 "汽车动力学模型的发展 汽车动力学从严格意义上来讲包括对一切与车 辆系统相关运动的研究，然而最为核心的是平顺性和操纵稳定性这两大领域，一般认为平顺性主要研究影响车身的垂向跳跃、俯仰、侧倾振动的因素，而操纵稳定性主要研究车辆的横向、横摆和侧倾运动。建模时一般假设平顺性和操纵稳定性之间无偶合关系。 "#!汽车平顺性模型 在汽车平顺性的早期研究阶段，限于当时数学、 力学理论、计算手段及试验方法，把系统简化成集中质量—弹簧—阻尼模型，如图,所示。 图,整车集中质量—弹簧—阻尼模型 此类模型一般先以函数的形式给出其动能!和势能"以及表达系统阻尼性质的物理量耗散能 !的表达式： 【摘要】汽车动力学包括对一切与车辆系统相关运动的研究，其最核心的是平顺性和操纵稳定性这两大领域。在简要说明了汽车动力学发展过程的基础上介绍了平顺性和操纵稳定性两大领域的模型发展过程。平顺性模型主要经过集中质量—弹簧—阻尼模型、有限元模型和动态子结构模型阶段；而操纵稳定性模型从低自由度线性模型、非线性多自由度模型发展到多体模型。最后提出了汽车动力学仿真模型的发展动向。 主题词：汽车动力学模型发展 中图分类号：9:;,<,文献标识码：$ 文章编号：,"""=#>"#（!""#）"!=""",=": $%&%’()*%+,(-.%/01’%$2+3*0140*5’3,0(+6(7%’ ?2*+.@’8A?2*+.B8+.2*8AC48D*8/8+AB8*D6+.E’8 （B8/8+9+8F’(785G ） 【89:,;31,】H’28%/’IG+*)8%7754I8’7*//)6F’)’+57(’/’F*+556F’28%/’7G75’)*+I 857%6(’8752’5J6E8’/I76E (8I’K *L8/85G *+I 2*+I/8+.75*L8/85G<1+52’M*M’(AI’F’/6M8+.M(6%’776E )6I’/76E F’28%/’(8I’*L8/85G *+I 2*+I/8+.75*L8/85G *(’8+K 5(6I4%’I *E5’(I’F’/6M)’+5%64(7’6E F’28%/’IG+*)8%78778)M/G 8+5(6I4%’I 附件1： 货车车辆模拟仿真培训系统用户手册 1、安装配置要求 服务器配置要求 (1)、硬件要求 CPU:Xeon MP 2.7GHz 内存：1G 网络：双端口100/1000M千兆以太网 硬盘：双端口120GB (2)、软件要求 安装JDK1.5，安装Tomcat5.5Web服务器，安装数据库服务器SQLServer2000中文企业版 客户端配置要求 (1)、硬件要求 CPU：主频2.0G HZ , 内存：2G 独立显示卡：265M独立显存，128bit显存位宽 至少有500MB空闲磁盘可用 (2)、软件要求 Windows 98/ME/NT/2000/XP操作系统 2、搭建软件运行环境 本软件需要jre1.5和jmf两个软件来搭建运行环境。具体安装方法如下： 参考本教程中“软件的安装”-“登录系统”登录系统后，点击按钮，会出现以下界面，包括jre1.5和jmf两个软件的下载： Jre1.5.0.4下载 JMF视频播放器下载 Flash播放插件下载 如果您在播放实作教学时，未发现有flash片段播放，那么请下载并安装Flash播放插件（如上图）。 1、安装jre 如果本机上没有装任何java环境，可直接下载java客户端运行程序。 如果本机上有其他版本(非jdk1.5.0.4)的jre，先通过开始->设置->控制面板->添加或删除程序，卸载原来的jre或jdk版本，再从下载页面中下载并安装jre1.5.0.4。 2、浏览器设置 Windows操作系统在默认情况下自带jre运行环境，如果在IE（浏览器） 中运行就必须进行设置，打开控制面板->internet选项->高级选中“将JRE1.5.0用于 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; 电动汽车驱动器控制软件 用户手册 一、系统简介 电动汽车驱动器控制软件是一款可以对电动汽车驱动器进行控制的软件。该软件具有控制系统的功能，用户可以通过该功能对电动汽车驱动器进行控制，还可以控制电动汽车的充电情况进行控制，从而可以方便用户可以更好的使用电动汽车。该系统还具有监测管理功能，用户可以通过该功能实时了解电动汽车的运行情况和驱动器的实时运行情况。 二、编写目的 编写此用户手册的目的的是为了方便用户能够更好的了解使用该系统，使用户可以有一个更好的使用体验。 三、系统说明 3.1系统首页 点击界面上电动汽车驱动器控制软件的系统图标，就可以打开该系统的登录界面。在系统的登录界面上登录完成之后，就可以进入系统的首页，在系统的首页上用户可以查看到系 统的主要功能信息，系统的主要功能包括控制系统、监测系统、液压系统、预警系统、用户中心 ，点击界面上任意一个功能的按钮，就可以使用相应的功能。详情如下图： 在系统的首页上用户还可以查看到当前日期和系统欢迎语信息。 在系统的首页上用户还可以查看到设备连接和添加设备的功能按钮 ，点击相应的按钮，就可以进行相应的操作。 3.1.1设备连接 点击系统首页上的设备连接按钮，就可以打开设备连接的界面。详情如下图： 在该界面上用户可以连接需要进行控制的设备，设置完成之后点击界面上的保存设置按钮，就可以连接设备。 3.1.2添加设备 当用户需要添加进行控制的设备时，可以点击界面上的添加设备按钮，就可以进入添加设备的界面。详情如下图： 在该界面上用户需要出入设备名称、设备编号、设备类型、设备型号、串口号，输入完成之后点击界面上的确定按钮，就可以完成设置。 3.2控制系统 点击界面上控制系统的按钮，就可以打开控制系统的界面，在该界面上用户可以对设备进行控制。详情如下图： 电动汽车的结构原理内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 电动汽车的基本结构电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1. 电源 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。 2. 驱动电动机 驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势 必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。 3. 电动机调速控制装置 电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。 在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可 原理与技术电动车完全攻略 纵观汽车发展史，电动汽车比搭载内燃机的奔驰专利一号车还要早面世半个世纪。而在二十一世纪的今天，电动汽车又将会成为未来新能源的最终解决方案。毫无疑问，电动汽车最大的优势便是无排放污染。电动汽车在行驶时与燃料电池车一样不会产生尾气，可以做到真正意义上的零排放。另外，由于电能做为可快速再生能源，它可以由多种清洁能源如水力、核能、太阳能、风力、潮汐等快速转化而来，所以可以有效地减少汽车对石油资源的依赖。同时通过对车载电池的回收利用，电动汽车对环境保护和减少大气污染的有益推动是无需质疑的。其次电动汽车还具有噪音低，结构简单，使用维修方便等特点。 电动汽车还具有噪音低，结构简单，使用维修方便等特点 不过我们也要清晰的看到，纯电动汽车的普及需要相当长的过程，这不仅仅是汽车本身的技术问题，同时还牵涉着社会问题。如何将快速充电钻建设成如同当今加油站一样便捷的服务网络并不是一朝一夕能完成的巨大工程，并且这当中石油巨头，汽车公司，政府多方的角力结果也将明显的影响着这一进程发展的快慢。 1.电动车的心脏：电动机 电力驱动及控制系统是电动车辆的核心，也是区别与内燃机车辆的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电池组和电动机的调速控制装置等组成。电动车的其他装置则基本与内燃机车辆相同。纯电动汽车是完全用电动机来取代发动机驱动的，不少人认为电动机的动力没有发动机好，然而在先进的交流电机的驱动下，现代电动汽车的动力性甚至远远超过了不少大排量内燃机。 电动机可以在相当宽广的速度范围内高效地产生转矩，这意味着电动车甚至只需要单 级减速齿轮就可以驱动车辆。 事实上，电动机驱动与发动机相比有两大技术优势：首先，发动机能高效产生转矩时的转速被限制在一个较窄的范围内(即经济运行区)，因此需要变速器适应这一特性。而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效地产生转矩，这意味着电动车甚至只需要单级减速齿轮就可以驱动车辆。其次，由于高度电气化的控制系统引入，电动机实现动力输出的快速响应能力远高于发动机，这意味着电动机的响应比发动机更加灵敏。 在先进的交流电机的驱动下，现代电动汽车的动力性甚至远远超过了不少大排量内燃 机 1 路面模型的建立 在分析主动悬架控制过程时，路面输入是一个不可忽略的重要因素，本文利用白噪声信号为路面输入激励， )(2)(2)(0 00t w U G t x f t x g g ππ+-=? 其中，0f 为下截止频率，Hz ；G 0为路面不平度系数，m 3/cycle ；U 0为前进车速，m/sec ；w 为均值为零的随机输入单位白噪声。上式表明，路面位移可以表示为一随机滤波白噪声信号。这种表示方式来源于试验所测得的路面不平度功率谱密度（PSD ）曲线的形状。我们可以将路面输入以状态方程的形式加到模型中： ???? ?=+=? X C Y W F X A X road road road road road 1,2,2,000==-==road road road g road C U G B f A x X ππ；D=0；考虑路面为普通路面，路面不平系数G 0=5e-6m 3/cycle ；车速U 0=20m/s ；建模中，路面随机白噪声可以用随机数产生（Random Number ）或者有限带宽白噪声（Band-Limited White Noise ）来生成。本文运用带宽白噪声生成，运用MATLAB/simulink 建立仿真模型如下： 图1 路面模型 2 汽车2自由度系统建模 图2 汽车2自由度系统模型 根据图2所示，汽车2自由度系统模型，首先建立运动微分方程： ()()()()()b b s b w s b w w w t w g s b w s b w m x K x x C x x m x K x x K x x C x x =----???=--+-+-?? 整理得： ?????? ?+--+-+-+-=-+-+-+-=g w t b w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s b x m K x m K K x m K x m C x m C x x m K x m K x m C xb m C x 式中：s C 为悬架阻尼，s K 为悬架刚度，t K 为轮胎刚度，b m 为车身质量，w m 为 车轮质量，b b b x x x 、、分别为车身位移、速度、加速度，w w w x x x 、、分别为车轮位移、速度、加速度，g x 为路面输入。 选取状态变量和输入向量为： []w b w b x x x x X = g x U = 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： BU AX X += 其中，A 为状态矩阵，B 为输入矩阵，其值如下： ?????? ?? ? ?????????---- -=00 1 0001w s s w s w s w s b s b s b s b s m K K m K m C m C m K m K m C m C A ???? ??????????=000w t m K B 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即： T w b g w b x x x x x Y ][--= 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式，即： DU CX Y += 其中： 汽车动力学特性仿真分析与ＡＤＡＭＳ软件 封飚 内容提要：文章讨论了多体动力学的概念、方法在汽车设计领域中的应用，阐明了ＡＤＡＭＳ软件的理论基础和计算、求解方法及其应用于整车系统动力学特性仿真模型建立、分析优化的关键步骤和原则。 关键词：汽车设计，多体动力学，仿真分析，ＡＤＡＭＳ软件 ２０世纪８０年代以来，汽车作为极其重要的工业产品，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出。国内、国际汽车市场的竞争变得空前激烈，用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性的要求越来越高。然而，汽车本身是一个复杂的多体系统集合，外界载荷的作用更加复杂、多变，人、车、环境三位一体的相互作用，致使汽车动力学模型的建立、分析、求解始终是一个难题。基于以往的解决方法，需经过多轮样车试制，反复的道路模拟试验和整车性能试验，不仅花费大量的人力、物力，延长设计周期，而且有些试验因其危险性而难以进行。广大设计人员迫切希望找到一 种能在图纸设计阶段全面、准确地预测车辆动力学性能，并可对其性能进行优化分析的办法。ＡＤＡＭＳ软件采用科所研究的问题囊括了宏观世界机械运动的主要问题。刚体系统与柔体系统的主要不同在于柔性部件的变形不可忽略，其逆运动是不确定的。柔体系统是一个时变、高度耦合、高度非线性的复杂系统。目前，比较系 统的研究方法有：牛顿—欧拉法、拉格朗日方程法、图论方法、凯恩方法、变分方法等。１．２ 汽车多体动力学应用 多体动力学应用于汽车设计，并借以计算机仿真实现，是一项前沿技术。随着其理论研究的逐步深入，计算方法的日渐成熟以及计算机技术的迅猛发展，这门科学开始走向实用。我国目前有很多汽车制造厂家、科研 单位已经引进使用和开发了多体系统计算机仿真软件， 使我们在处理车辆复杂动态特性分析方面产生了质的飞 跃。 过去的许多情况下，不得不把计算模型简化（如单 自由度、双自由度模型），以便使用古典力学方法人工求解，对于汽车振动系统中大多数非线性原件（如轮胎、变刚度悬架、橡胶衬套等）也只能采用简易算法进行局部线性模拟，从而导致车辆的许多重要特性无法得到较精确的定量分析。现在，理论方法与计算手段的突破，使我们可以坐在办公室里研究开发“虚拟汽车”，建立“虚拟试验场”，在计算机上预测汽车的动力学性能。力学模型由线性模型发展到非线性模型，模型的自由度由 两自由度发展到数十个甚至数百个自由度。模拟计算由 稳态响应特性模拟发展到瞬态响应特性和转弯制动模拟 研究。 由车辆环境构成的开环控制系统也被具有驾驶员 13 2001-3综 述 虚拟样机模拟技术，提供了上述问题的解决方案，可以 用于指导和修正设计，按照并行工程的概念组织产品设 计到生产，从而在真正意义上实现优化的整车系统设计。１ 多体动力学在汽车设计中的应用 １．１ 多体动力学概述 多体动力学，包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学，是研究多体系统（由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学。其中，多柔体动力学是多刚体动力学、分析力学、连续介质力学、结构动力学多学科交叉的结晶，也是航天工业、汽车工业，机器人制造业向高性能、高精度发展的必然。 这门边缘性学车辆模拟仿真系统
车辆动力学相关的软件及特点
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