汽车动力学仿真基础
汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析
汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析近年来，随着科技的不断进步，汽车行业也在不断发展。
与此同时，汽车机械制造也变得越来越重要。
汽车机械制造不仅仅是简单地组装汽车零部件，更是要进行复杂的计算和分析。
在汽车机械制造的过程中，机械动力学模型仿真分析发挥着至关重要的作用。
本文将详细介绍汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析。
1、机械动力学模型机械动力学模型是汽车机械制造中非常重要的一环。
机械动力学模型的建立需要一定的数学基础和物理基础。
在建立机械动力学模型的时候，需要根据汽车的实际情况进行模拟和计算。
因此，在构建机械动力学模型的时候，需要考虑多种因素，例如汽车的重量、速度、路面情况等等。
2、机械动力学模型仿真分析在建立好机械动力学模型之后，需要进行机械动力学模型仿真分析。
机械动力学模型仿真分析是为了检验机械动力学模型的正确性和稳定性。
进行机械动力学模型仿真分析需要用到多种仿真软件，例如MATLAB、SolidWorks等等。
通过机械动力学模型仿真分析，可以找出机械动力学模型中的问题，并对其进行优化和改进。
3、机械动力学模型仿真分析在汽车机械制造中的应用机械动力学模型仿真分析在汽车机械制造中有着广泛的应用。
在汽车机械制造中，机械动力学模型仿真分析可以被用于检验汽车零部件的合理性和可行性，可以节省时间和成本。
此外，机械动力学模型仿真分析还可以被用于汽车设计的改进和优化，可以提高汽车性能和可靠性。
因此，机械动力学模型仿真分析在汽车机械制造中具有非常重要的意义。
4、结论总之，汽车机械制造中的机械动力学模型仿真分析具有非常重要的作用。
通过机械动力学模型仿真分析，可以找出机械动力学模型的问题并进行优化。
在汽车机械制造中，机械动力学模型仿真分析可以被用于检验汽车零部件的合理性和可行性，还可以被用于汽车设计的改进和优化。
因此，在汽车机械制造中，机械动力学模型仿真分析具有非常广泛的应用前景。
汽车动力学仿真方法(第七讲)
重庆汽车学院
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4.1.2 车辆控制系统设计的发展概况 ①控制系统传统开发流程
客户要求 文字描述 系统规划
客户要求
系 统 集 成
硬件设计
手工代码
软件设计
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②现代控制系统的V型开发模式
第三步 Ø利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载；
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第四步 Ø利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载；
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第二步 Ø保留需要下载到 dSPACE中的模块； Ø用硬件接口关系代替 原来的逻辑连接关系； Ø对I/O进行配置； Ø设定软硬件中断优先 级；
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单移线仿真—车身侧倾位移与车身侧向加速度的关系
解析新能源汽车的动力性能仿真技术
解析新能源汽车的动力性能仿真技术新能源汽车的发展势不可挡，其动力系统是其核心竞争力之一。
为了进一步优化新能源汽车的动力性能，仿真技术成为了不可或缺的工具。
本文将针对新能源汽车的动力性能仿真技术展开详细解析。
动力性能仿真的定义动力性能仿真是利用计算机模拟新能源汽车动力系统运行过程的技术。
通过建立数学模型，模拟不同工况下的动力需求与动力系统输出之间的关系，用以评估新能源汽车的加速性能、续航能力、能耗等指标。
动力性能仿真的重要性动力性能仿真技术可以在产品设计阶段快速、准确地评估不同动力系统配置在实际使用中的表现。
通过仿真可以提前发现问题，降低开发成本，缩短产品上市时间，提高产品竞争力。
动力性能仿真的步骤建立数学模型：包括车辆动力学模型、电池模型、电机模型等，模型精确性将直接影响仿真结果的准确性。
设定仿真工况：根据实际道路行驶工况、车辆负载情况等因素，设定不同工况下的仿真条件。
进行仿真计算：利用仿真软件对所建立的数学模型在设定工况下进行仿真计算，得出动力性能指标。
评估结果：根据仿真结果评估新能源汽车在不同工况下的动力性能表现，发现问题并进行优化调整。
动力性能仿真技术的应用动力系统优化：通过仿真技术，优化电池容量、电机功率匹配等，提高动力系统整体效率。
节能降耗：仿真可以帮助优化能量管理策略，降低新能源汽车的能耗，延长续航里程。
性能预测：在产品设计阶段，可以利用仿真技术对新能源汽车性能进行预测，为后续研发工作提供参考。
动力性能仿真技术对于提升新能源汽车的竞争力具有重要意义。
通过精确的仿真分析，可以为新能源汽车的研发与生产提供有力支持，促进行业持续发展。
让我们共同关注和推动新能源汽车动力性能仿真技术的发展，为清洁能源汽车行业注入更多活力和创新。
动力性能仿真技术是新能源汽车发展中不可或缺的重要环节，其应用将进一步推动新能源汽车行业的发展，提升技术水平和竞争力。
汽车系统动力学仿真系统操作指南
汽车系统动力学仿真系统操作指南一．动力性计算1．当进入主界面时，先点击第一个提示为“整车参数”的红色车的图标，打开“基本参数输入”界面。
2．在“计算动力性、经济性所需参数”页面中，点击“选择变速器”右侧的图标，选择变速器类型，进入“变速器类型选择”界面，选中变速器类型后，单击“确定”按钮。
3．点击“选择车轮半径”右侧的图标，选择车轮半径，进入“请选择轮胎类型”界面，选中轮胎类型后，单击“确定”按钮。
4．单击“发动机外特性曲线几万有特性曲线数据文件”右侧的图标，选择结尾为“_wai”的文件。
注意：这个文件由外特性曲线和万有特性曲线组成，为保证软件的正确使用，外特性曲线文件通过点击主界面中“辅助文件”菜单下的“外特性曲线”进入“外特性曲线”界面，在此界面中创建获得；万有特性曲线文件可通过点击主界面中“辅助文件”菜单下的“万有特性曲线”进入“万有特性曲线”界面，在此界面中创建获得（推荐使用此方法），这两个文件必须选用同一个文件名。
这个数据文件也可直接在文档中输入数据生成，但应注意：文件中数据的输入方式最好由“辅助文件”菜单下的“外特性曲线”和“万有特性曲线”创建后，再进行修改，格式也应保持与文件pickup_wai.txt相同，即：第一部分为外特性曲线数据：第一行：“1”表示为外特性曲线第二行：“输入的记录个数：”+“”+下面所输入的记录的个数（应为整数）第三行：“发动机转速”+“”+“转矩”第四行及以下：“n”+“”+“Ttq”(n为发动机转速；Ttq为转矩。
且n从上到下应为从小到大排列。
)第二部分为万有特性曲线数据：第一行：“2”表示为万有特性曲线第二行：“输入的功率个数：”（或“输入的平均有效压力个数”或“输入的转矩个数”）+“”+“输入的转速个数”第三行：下面所输入的功率（或平均有效压力或转矩）记录的个数（应为整数）+“”+下面所输入的转速记录的个数（应为整数）第四行：“转速”第五行：“n1”+“”+“n2”+“”+ ……（注意：每两个转速数值之间必须用空格分开）第六行：“功率/燃油消耗率：”（或“平均有效压力/燃油消耗率”或“转矩/燃油消耗率”）第七行及以下：“pe1/t1”+“”+“pe2/t2”+“”+“pe3/t3”+ ……(pe1/t1、pe2/t2、pe3/t3 ……为燃油消耗量；且每两个燃油消耗量之间应用空格分开)5．在“选择动力性计算曲线”框中，选择您想计算的曲线，然后单击“动力性计算”按钮，进行动力性计算。
汽车系统动力学与仿真2
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（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
外倾角为由车前方看车轮中心线与垂直线所成的夹角，向外 为正，向内为负。
轮胎滑移率是指汽车在制动时，车轮抱死程度；轮胎滑转率 是指汽车驱动时，车轮滑转程度。把轮胎滑移率和轮胎滑转 率统称为轮胎滑动率。轮胎模型不同，建立的轮胎滑动率也 略有差异。
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规格严格 功夫到家
2.2 轮胎动力学模型的类型
轮胎动力学模型对汽车动力学仿真技术的发展及仿真计算 结果有很大的影响，轮胎动力学模型的精度必须与汽车动 力学模型精度相匹配。因此，选用轮胎动力学模型是至关 重要的。由于轮胎具有结构的复杂性和力学性能的非线性， 选择符合实际又便于使用的轮胎动力学模型是研究汽车系 统动力学的关键。
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规格严格 功夫到家
2.1 轮胎六分力
（1）纵向力，是指地面对轮胎作用力在地平面内沿轴方向 的分量，其作用是对汽车进行驱动或制动，为正时是驱动 力，为负时是制动力； （2）侧向力，是指地面对轮胎作用力在地平面内沿轴方向 的分量，根据轮胎转向或外倾的方向，侧向力使轮胎向相 应的方向运动，实现汽车的转向； （3）法向力，是指地面对轮胎作用力垂直于地平面沿轴方 向的分量，根据定义，该法向反作用力为负值，因此垂直 载荷的符号与法向反作用力相反，为正值；
汽车仿真知识点总结
汽车仿真知识点总结一、汽车仿真的概念汽车仿真是指利用计算机技术对汽车的动力学、热力学、结构强度、流体力学、声学等特性进行数值计算和模拟，以评估汽车的性能和可靠性，并优化汽车的设计。
汽车仿真技术可分为车辆动力学仿真、车辆碰撞仿真、车辆热管理仿真、车辆空气动力学仿真等多个领域。
通过汽车仿真技术，可以更真实地模拟汽车在各种工况下的行驶和工作状态，加快产品设计和优化的速度，提高研发效率。
二、汽车仿真的应用领域汽车仿真技术在汽车工业中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 汽车设计与开发：通过汽车仿真技术，可以对汽车的动力系统、传动系统、悬挂系统、车身结构等进行建模、分析和优化，确保汽车在各种工况下的性能和可靠性。
2. 碰撞安全性评估：通过碰撞仿真，可以模拟汽车在各种碰撞情况下的受力和变形情况，评估汽车结构的安全性，并优化车身设计，提高碰撞安全性。
3. 发动机燃烧仿真：通过发动机仿真技术，可以对发动机的燃烧过程、燃烧效率、排放性能等进行分析和优化，提高发动机的工作效率和环保性能。
4. 空气动力学优化：通过空气动力学仿真，可以对汽车外形、车身尺寸、车身细节等进行优化，降低风阻系数，提高汽车的空气动力学性能。
5. 热管理系统仿真：通过热管理仿真，可以对汽车的散热系统、冷却系统、空调系统等进行分析和优化，确保汽车在各种气候条件下的热管理性能。
三、汽车仿真的常用软件目前，汽车仿真领域有很多专业的仿真软件，常用的软件包括：ADAMS、CARSIM、RECDOYN、MATLAB、SIMULINK、GT-SUITE、ANSYS、FLUENT等。
这些软件在汽车动力学仿真、碰撞仿真、热管理仿真、空气动力学仿真等方面都具有优秀的性能和实用性。
不同的软件在不同的仿真领域有着各自的优势和适用性。
ADAMS是一款集成了多体动力学、刚体动力学和柔性体动力学的仿真软件，可用于汽车的动力学仿真和悬挂系统优化。
CARSIM是一款用于汽车动力学仿真和车辆控制系统仿真的软件，可用于汽车的悬挂系统、转向系统、制动系统等的建模和设计。
汽车2自由度和7自由度动力学建模仿真
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)(000t w U G t x f t x gg 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：⎪⎩⎪⎨⎧=+=•XC Y WF X A X road road road road road 1,2,2,000==-==road road road g road C UG 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 tb w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s bx 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。
汽车动力学仿真基础
仿真基础知识
1.1、系统的定义： 系统是由相互联系、相互制约、相互依存的若干部分结合在 一起而形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。 (主传动系统、施工图、教学大纲、培养方案、系统框图）
系统的特点：
第一，系统的整体性；
第二，系统的相关性；
第三，系统具有等级结构性；
1.2、系统-定义
扰动
系统实例-加热炉温度控制系统
可以用有限个变量描 述的系统，称为集中 参数系统(用质心描述 物理结构和 物体的运动)
数学性质
线性和非线性 需考虑刚体内部运动 时 (物体的扭转，场) 定常和时变 集中参数和分布参数
1.5、机械系统的组成及特点
定义：是能够完成机械功或转化机改变运动形式的机
1、支撑垂直载荷。
2、缓冲路面引起的振动、冲击。 3、提供加速和制动所需的纵向 力。 4、提供转向所需的侧向力。
相关书籍推荐
• 余志生主编《汽车理论》第5版
• （美）Thomas D.Gillespie 著.车辆动力学基础. 赵六奇，金达锋，译.清华大学出版社
• 吴光强 主编.汽车理论.人民交通出版社 • 傅立敏 著.汽车空气动力学. 机械工业出版 社 • 喻凡 ，林逸 编著.汽车系统动力学. 机械工 业出版社
2) 实际系统建立后，对系统进行改进，寻求最佳参数。 （有限元） 3) 在系统理论中，可检验理论推导。 （最优控制、大系统分解） 4) 人员训练 （飞行员，潜艇，核电站）
3.4系统仿真
指以计算机为工具，用模型来模仿实际系统，代替实际 系统来进行实验和研究的一门综合性技术。
三要素:
系统 系统模型 计算机
虚功率原理 高斯原理 非完整系统动力学
车辆动力学的建模方法及基础理论
汽车自动化设计中的车辆动力学建模与仿真研究
汽车自动化设计中的车辆动力学建模与仿真研究随着科技的不断发展，汽车自动化设计已经成为现代汽车制造业的热门领域。
在汽车自动化设计中，车辆动力学建模与仿真是至关重要的一环。
本文将探讨车辆动力学建模与仿真在汽车自动化设计中的重要性以及应用。
一、引言车辆动力学是指车辆在运动过程中所涉及的力学现象和力学性质的研究。
而车辆动力学建模与仿真是指通过数学模型和计算机仿真技术来模拟和预测车辆在运动过程中的行为和性能。
它是汽车自动化设计的基础，对于提高汽车安全性、燃油效率和驾驶舒适度具有重要意义。
二、车辆动力学建模在车辆动力学建模中，首先要对车辆的结构和性能进行分析，确定影响车辆动力学的关键因素。
这些因素包括车辆的质量、车轮的力学特性、发动机的性能以及驱动力和阻力等。
根据这些因素，建立不同的数学模型，如悬挂系统模型、车辆动力学模型和轮胎力学模型等。
这些模型可以通过使用传感器和采集实时数据来进行参数校准和验证。
三、车辆动力学仿真车辆动力学仿真是将车辆动力学模型应用到实际情况中，进行各种场景下的模拟和预测。
通过仿真，可以评估车辆在不同路况和驾驶行为下的性能，包括加速、制动、转向等。
同时，还可以分析车辆在紧急情况下的稳定性和安全性。
通过不断调整模型参数和进行仿真实验，可以优化车辆的性能和稳定性。
四、应用案例车辆动力学建模与仿真在汽车自动化设计中有广泛的应用。
举例来说，通过建立车辆动力学模型和仿真系统，可以对自动驾驶系统进行评估和验证。
仿真系统可以模拟各种交通场景、道路状况和驾驶行为，通过模拟测试，可以判断自动驾驶系统在不同情况下的性能和可靠性。
另外，车辆动力学建模与仿真还可以用于优化车辆的悬挂系统和底盘控制系统，提高车辆驾驶的舒适性和稳定性。
五、挑战与展望尽管车辆动力学建模与仿真在汽车自动化设计中发挥了重要作用，但仍然存在一些挑战。
首先，车辆动力学模型的建立需要考虑较多的因素，并且需要大量的数据进行校准和验证。
其次，车辆动力学仿真需要高性能计算设备支持，对计算资源有一定的需求。
汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析验证
汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析验证在汽车制造领域，机械动力学模型的仿真分析在设计和优化汽车机械系统中起着重要作用。
通过建立机械动力学模型，可以对汽车零部件的运动、力学行为和动力学特性进行准确的预测和分析。
本文将介绍汽车机械制造中机械动力学模型的仿真分析验证方法。
一、机械动力学模型的建立在汽车机械制造过程中，需要根据不同的系统和部件建立相应的机械动力学模型。
在建立模型时，需要考虑汽车系统的各种力学和动力学特性，包括质量、惯量、摩擦力、弹簧刚度等。
同时，还需要考虑汽车系统与外界环境的相互作用，如地面反力、风阻等因素。
二、机械动力学模型的仿真分析在建立好机械动力学模型后，可以利用计算机软件进行仿真分析。
通过输入合适的初始条件和边界条件，可以模拟汽车机械系统在不同运动状态下的力学行为。
例如，可以仿真分析发动机传动系统的转速、扭矩以及不同工况下的动力输出情况。
同时，还可以对悬挂系统、转向系统等进行仿真，以评估其在不同路面条件下的性能。
三、仿真结果的验证对于机械动力学模型的仿真结果，需要进行验证和修正。
验证的方法可以是实验对比或与已有的理论结果进行比较。
通过与实际测试数据进行对比分析，可以评估机械动力学模型的准确性和可靠性。
同时，还可以通过与已有的理论结果进行比较，进一步验证模型的合理性。
如果仿真结果与实际测试数据或理论结果存在差异，需要对模型进行相应的修正和改进。
四、模型修正和优化在对机械动力学模型进行验证的基础上，可以对模型进行修正和优化。
通过修正模型中的参数或调整模型结构，可以提高模型的准确性和预测能力。
修正和优化的方法可以是根据实验数据调整参数，或通过试验设计方法对模型进行优化。
通过不断地修正和优化，可以得到更加准确和可靠的机械动力学模型，为汽车机械制造提供有效的设计和优化依据。
总结：汽车机械制造的机械动力学模型仿真分析验证是一项重要的技术，可以为汽车设计和优化提供准确、可靠的理论依据和仿真结果。
汽车仿真分析基础
ansa
功能特点
ansa是一款专门针对汽车行业开发的流 体动力学仿真软件，具有强大的几何处理
和网格生成能力。
应用领域
主要用于汽车空气动力学、流体热力学等 方面的仿真和优化。
优势
高效的几何处理和网格生成算法；精确的 流体动力学模型；与主流CAD软件和后
处理工具有良好的集成性。
04 汽车仿真分析的应用领域
CHAPTER
车辆动力学
车辆动力学是研究车辆在行驶过程中受到的力和力矩， 以及车辆运动状态变化的学科。
车辆动力学主要考虑轮胎与地面之间的相互作用力、 空气阻力、车辆内部机械力等，这些力共同决定了车
辆的加速、减速、转弯等运动状态。
车辆动力学分析有助于理解车辆动态行为，为优化车 辆性能提供理论支持。
车辆运动学
03
通过仿真分析可以预测和优化这些性能指标，从而 提高车辆的整体性能。
03 汽车仿真分析的常用软件
CHAPTER
ADAMS
功能特点
ADAMS是一款专业的多体动力学 仿真软件，用于模拟和分析复杂 机械系统的运动学和动力学行为。
应用领域
广泛应用于汽车、航空航天、机 械制造、船舶等领域，尤其在汽 车行业，用于底盘、动力总成及 整车的动力学仿真。
CHAPTER
车辆设计
车辆结构优化
通过仿真分析，对车辆结构进行优化设计，提 高车辆的强度、刚度和轻量化。
空气动力学设计
利用仿真分析，对车辆的空气动力学性能进行 优化，降低风阻和提升车辆稳定性。
热管理设计
通过仿真分析，对车辆的热管理系统进行优化，提高散热性能和减少热失效风 险。
车辆性能优化
动力性能优化
优势
模块化设计，易于扩展和定制； 强大的后处理功能，能生成丰富 的可视化结果。
车辆动力学仿真课程
车辆动力学仿真课程课程编码：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。
汽车整车动力性仿真计算
汽车整车动力性仿真计算1 动力性数学模型的建立汽车动力性是汽车最基本、最重要的性能之一。
汽车动力性主要有最高车速、加速时间t 及最大爬坡度。
其中汽车加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有着很大影响，而最高车速与最大爬坡度表征汽车的极限行驶能力。
根据汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系建立汽车行驶方程，从而可计算汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。
其中行驶阻力（F t ）包括滚动阻力F R 、空气阻力F Lx 、坡度阻力F St 和加速阻力F B 。
根据图1就可以建立驱动的基本方程，各车节之间的连接暂时无需考虑。
而车辆必须分解为总的车身和单个车轮。
节点处只画出了x 方向的力；z 方向的力对于讨论阻力无关紧要，可以忽略。
图1（a ）车辆，车轮和路面；（b ）车身上的力和力矩；（c ）车轮上的力和力矩；（d ）路面上的力如果忽略两个车节间的相对运动，根据工程力学的重心定理，汽车（注脚1）和挂车（注脚2）的车身运动方程为：∑=++--=+nj j Lx X αG G F xm m 12121sin )()( （1）其中1G 和2G 是车节的车身重量，1m 和2m 它们的质量，α是路面的纵向坡度角，∑jX 是n 车轴上的纵向力之和，L F 是空气阻力。
由图1（c ），对第j 个车轴可列出方程αG F X xm Rj xj j Rj Rj sin -+-= （2） j zj j xj Rj Rj Rj e F r F M φJ --= （3） Rj G 是该车轴上所有车轮的重量，Rj m 是它们的质量，Rj J 是绕车轴的车轮转动惯量之和，xj F 是在轮胎印迹上作用的切向力之和，zj F 是轴荷，Rj M 是第j 个车轴上的驱动力矩。
如果假设车轴的平移加速度Rj x 和车身的加速度x相等，由式（1）到式（3）在消去力j X 和xj F 以后就得到方程∑∑∑∑∑=====--++-=+++nj jj zjLx nj Rj nj jRj Rj nj jRj nj Rj r e F F αG G G r M φr J xm m m 112111121sin )()(引进总质量和总重量（力）m m m m nj Rj =++∑=121mg G G G G nj Rj ==++∑=121把车轮角加速度转化为平移加速度x，即得到 ∑∑∑===++++=nj jj zj Lx nj jj Rjnj jRj r e F F αG xR r J m r M 111sin )( （4）右边是由4项阻力组成，我们称之为 1）滚动阻力 ∑==nj jj zjR r e F F 1 （5）令jj r e f =，f 为阻力系数，代入式（5），则整车的滚动阻力为zj nj R F f F ∑==1 （5-1）还常常进一步假定，所有车轮（尽管比如各个车轮胎压不同）的滚动阻力系数相等，又因为所有车轮轮荷zj F 之和等于车重G ，如果车辆行驶在角度为α的坡道上，则轮荷之和等于αcos G （参看图1），这样，式（5-1）可改写为 αfG F f F nj zj R cos 1==∑=因为道路上的坡度较α不是很大，整车滚动阻力因而近似于整车车轮阻力G f F R R = （5-2）2）空气阻力 2a D 15.21u A C F Lx = （6）3）上坡阻力 αG F St sin = （7） 在式（4）中的αG sin 项用以表示上坡阻力αG F St sin = （7-1） 参看式（7）。
《汽车仿真分析基础》课件
性能优化
02
03
故障诊断与预测
仿真分析用于评估汽车在不同工 况下的性能表现，优化车辆调校 和改进。
通过仿真分析，模拟汽车故障模 式和失效过程，实现故障预警和 预测，提高维修保养效率。
05
汽车仿真分析的未来发展
人工智能在汽车仿真分析中的应用
人工智能技术可以用于建立更加精确和可靠的仿真模型，提高仿真精度和 预测能力。
汽车制造阶段
工艺分析
仿真分析用于评估制造工艺对汽车性能的影响，优化 工艺参数。
装配过程
通过仿真分析，模拟装配过程，预测潜在问题，优化 装配流程。
质量控制
仿真分析用于预测制造过程中可能出现的缺陷和问题 ，提高产品质量控制水平。
汽车使用阶段
01
耐久性评估
通过仿真分析，预测汽车在使用 过程中的疲劳寿命和耐久性，为 可靠性评估提供依据。
离散元素法的优点在于能够考虑颗粒间的相互 作用和接触力，适用于模拟颗粒材料的非线性 行为。
有限差分法
01
有限差分法（Finite Difference Method，简称FDM
）是一种基于差分方程的数值分析方法。
02
在汽车工程中，有限差分法常用于流体动力学仿真，
如燃油喷射、发动机冷却系统等。
03
有限差分法的优点在于计算速度快，适用于处理大规
ANSYS HFSS: 高频电磁场仿 真软件，适用于汽车天线和 电磁干扰(EMI)分析。
ABAQUS
01 ABAQUS Standard: 通用有限元分析软件 ，适用于各种工程材料的仿真。
02 ABAQUS Explicit: 适用于显式动力学仿真 ，如碰撞和冲击分析。
03
ABAQUS Professional: 包含更多高级功 能，如优化和疲劳分析。
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集中质量平顺性研究模型
2l m1 k m3 z3 m2 Iy c z2 z1
2.3、模型-建模
建模的三个层次：
1) 复制有效：建模者将实际系统看成一个黑箱,仅
从输入输出行为水平上认识系统。 2) 预测有效：建模者对实际系统的内部运行情况 了解清楚,可预测系统将来的状态和行为变化,但对内部 分解结构尚不明了。 3) 结构有效：建模者了解系统内部运行情况，也 了解分解结构。
可以用有限个变量描 述的系统，称为集中 参数系统(用质心描述 物理结构和 物体的运动)
数学性质
线性和非线性 需考虑刚体内部运动 时 (物体的扭转，场) 定常和时变 集中参数和分布参数
1.5、机械系统的组成及特点
定义：是能够完成机械功或转化机械能的机构或机构 的组合
机构：是一种用来传递运动和力或改变运动形式的机
虚拟样机技术实现了
详 细 设计
虚拟样机 测试
产品定型 生产
三、虚拟样机技术(Virtual Prototype) 虚拟样机技术的成功应用范例：波音777飞机 的研制：
波音777飞机的研制采用了全数字化的虚拟样机技术 整机外形、结构件和各飞行系统 100% 采用三维数字 化定义，100%应用数字化预装配 整个设计制造过程没有完整的模型样机，一次定型 生产成功 波音777成本降低了25%，出错返工率减少了75％， 制造周期缩短了50%
四、虚拟样机的开发与分析软件
ADAMS软件首先是一个虚拟样机仿真分析软件：
它使用交互式的图形环境和零件库、约束库、力库， 创建完全参数化的机械系统动力学模型
可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分 析 后处理程序可输出各构件的位移、速度、加速度和 反作用力曲线及动画仿真
可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、 峰值载荷；计算构件的约束反力作为有限元分析的输 入载荷等
虚功率原理 高斯原理 非完整系统动力学
车辆动力学的建模方法及基础理论
三、多体系统动力学 1、以经典力学为基础。 2、多刚体、柔体的运动；采用分布参数体系。 3、由计算机建立动力学方程并进行求解。 4、ADAMS、SIMAPCK等。
轮胎的基本功能
决定一辆汽车如何转向、制动和加速的关键控制力 产生于四块不大于人手掌大小的接触区。
动力性、 燃油经济性 安全性：制动、驱动、 操纵稳定性、被动安全性
舒适性： 平顺性、NVH
机动性： 通过能力
可靠性、耐久性
以多学科为基础
一般力学 体系
空气动力学
轮胎力学
车辆动力学的建模方法及基础理论
一、牛顿矢量力学体系：
牛顿第二定律 式(1)
式中：m -----质点系总质量； rc -----质心位移； F i -----外力。
系统处于活动之中。活动是指实体随时间推移而
发生的属性变化。
1.3、系统-三要素
研究系统，就是研究系统状 态的变化，即研究系统的动 态特性和运动规律.
实体 属性 活动
性能状态
系统状态
1.4、系统-分类
描述特性
连续系统：微分方程，差分方程 离散事件系统：逻辑条件，流程图
时间离散 采样控制系统：差分、离散状态方程、 脉冲传递函数 交通系统、市场系 统、电话系统、计 算机分时系统 离散事件 概率型描述（输出不完全由输入作用产 生）
汽车动力学模型分类
• 集中质量模型：车辆由众多零部件构成。在不同工况、不同研究目 的中，对这些零部件有不同的处理方法。例如，在制动过程中，车辆 作为整体减速，可以假设整车是一个集中质量块，这个质量块的质心 位置与整车质心位置重合，这个质量块拥有与整车相同的质量和惯性 特性。实际上，加速、制动和大多数转向分析，把整车作为一个集中 质量来研究都可以满足要求。但在乘坐舒适性研究中，我们不能忽视 弹性元件的作用，而必须把整车质量分为“悬挂质量”和“非悬挂质 量”。集中参数仿真模型计算时间短、效率高，所需输入参数较少， 但不能全面地得到系统中各子系统的运动及其相互的耦合作用，且需 要建模者对汽车进行离散化并推导汽车的运动学方程。 • 多体动力学模型：需要建模者给定各部件的详细特征、运动学约束和 系统的拓扑结构，然后由相应软件工具如：基于Kane 方法的 SD/FAST，AUTOSIM，SYMBA；基于Euler方法的SD/FAST， AUTOSIM，NASTRAN，SIMPACK；基于Lagrange 方法的ADAMS， DADS，MEDYNA，MADYMD 等自动建立运动学方程。多体模型包 含部件较多，有些参数难以从试验中测量得到，因而不能从整体上保 证系统的准确性；另外，复杂的模型在计算机上求解时花费时间较长， 而且一旦模型出错，很难准确查找。
概 念 设计
详细 设计
制造物 理样机
物理样 机测试
产品定 型生产
发现问题，修改设 计并重新制造样机
传统的产品开发过程实际上是基于实物或半实物模型(样机) 的仿真实验过程 传统的产品开发过程，是一个周而复始的设计－实验－设 计过程，对于结构复杂的系统，这一过程是冗长的，需要 耗费大量的时间和资金； 缩短开发周期、提高产品质量、降低成本并对市场做出灵 活反应成为生产商所追求的目标；
3.1、仿真
直观上：仿真就是模仿真实的物理世界 ---简单的三维重现(静态)： Pro/E Solid Edge Solid Work UG 3D Max ---加入动画元素(动态)： Maya ADAMS
3.1、仿真
加入各种物理量进行分析（对机械系统而言） ---运动学、动力学分析： ADAMS (位移、速度、加速度 分析) MATLAB-SIMULINK ---有限元分析： ANSYS ALGOR MSC.Nastran，Fatigue SAP
3.1、仿真
其它形式的仿真 ---物流系统仿真： Arena Flexsim ---控制系统仿真： MATLAB ---三维电磁场仿真： ANSoft
3.2、仿真
系统仿真的结构组成规律的有机整体。
系统 系统模型 系统仿真
研究对象
仿真的核心和前提
3.3、仿真-作用
1) 实际系统未建立前，对方案进行论证和修改。 （有限元，波音777）
2) 实际系统建立后，对系统进行改进，寻求最佳参数。 （有限元） 3) 在系统理论中，可检验理论推导。 （最优控制、大系统分解） 4) 人员训练 （飞行员，潜艇，核电站）
3.4系统仿真
指以计算机为工具，用模型来模仿实际系统，代替实际 系统来进行实验和研究的一门综合性技术。
三要素:
系统 系统模型 计算机
欧拉方程
式中：I -----刚体绕某轴的转动惯量矩阵； ω -----刚体的角速度投影矩阵； M 0 -----外力对于O点的主矩。
式(2)
车辆动力学的建模方法及基础理论
二、分析力学体系：
拉格朗日方程
式(3)
式中： ET 、E v 、ED -----系统总动能、总势能、总耗散能； q i -----描述系统的广义坐标(主变量)； Q i -----作用于系统的广义力(力或力矩)； n -----系统方程阶数 。
数学模型 是系统的本质特征的数学表达式，即用数学公式来 描述所研究的系统的某一方面的规律
静态模型 :一般形式是代数方程、逻辑表达关系式。 工程动力学
系统动力学
动态模型 :
确定性模型
集中参数 :常微分、状态 方程 热传导 分布参数 :偏微分方程
连续
系统
动 态 模 型
离散 系统
随机模型
计算机采样系统
温度 给定值 比较器 调节器 喷油量 加热炉 温度
温度器
1.2、系统-举例
输入信号 汽车位置 眼睛 大脑 转向盘 输出量 汽车位置
系统实例-闭环转向系统
订单
眼睛
生产管理部门
系统实例-工厂经济管理系统
原料 采购部门 制造车间 装配车间 运输车间
成品
1.3、系统-特点 系统是实体的集合 组成系统的实体具有一定的属性。属性指组成系 统的每一个实体所具有的全部有效特征（如状态 和参数等）。
2、最新发展 （1）仿真实验任务的扩展 （2）仿真技术的发展动向 向广阔时空发展 向快速、高效与海量信息通道发展 向规模化模型校核，验证、确认技术发展 向虚拟现实技术发展 向高水平的一体化，智能化仿真环境发展 向广阔的应用领域扩展与其它学科融合 虚拟样机应用，动态联盟的建立
二、传统的产品开发流程
• 使用ADAMS/car，工程师可以建立整车的虚拟样机，修改各 种参数并快速观察车辆的运转状态、动态显示仿真数据结果
四、虚拟样机的开发与分析软件
90年代，在Chace的ADAMS计算程序的基础上，美 国 MDI(Mechanical Dynamics Inc.) 公司开发了机械 系 统 运 动 学 与 动 力 学 仿 真 软 件 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) 在 Haug 的 DADS 计算程序的基础上，比利时 LMS 公 司开发了机械系统运动学与动力学仿真软件 DADS(Dynamic Analysis and Design System)
四、虚拟样机的开发与分析软件
ADAMS软件也是一个虚拟样机的开发平台： 其开放性的程序结构和多种接口，可以成为不同专业领域用 户进行特定专业类型虚拟样机分析的二次开发平台 例 如 ， 在 ADAMS 核 心 模 块 基 础 上 开 发 的 专 业 轿 车 模 块 ADAMS/car，就是一个专业的虚拟样机生成工具
三、虚拟样机技术(Virtual Prototype)
利用CAD中的三维几何造型技术，在计算机中建立产品的几 何模型 采用计算机仿真技术在几何模型之上附加其它的功能特性， 使之成为产品的数字样机（虚拟样机）