论文总字数：16622字

摘 要

利用计算机软件进行多刚体车辆模型的虚拟仿真分析，以获得车辆在不同工况下行驶时的稳定性变化。使用CATIA软件创建车辆三维模型，并导入SimWise4D软件中进行车辆模型的道路仿真试验，通过改变如车速等仿真参数来获得车辆的不同应答数据，最后进行对比分析。结果显示，行驶速度的提升、障碍物高度的增加和路面坡度的增大均会在一定程度上降低车辆行驶稳定性。采用计算机仿真模拟的手段降低了传统车辆设计方法的复杂性，并减少了产品开发过程中的危险性。

关键词：多刚体车辆；虚拟仿真；车辆稳定性

Virtual analysis of vehicle stability based on multi-rigid-body model

Abstract

Using the computer software perform virtual simulation analysis of the multi-rigid vehicle model to obtain the stability change of the vehicle under different operating conditions. Using CATIA to create a 3D model of the vehicle and import it into SimWise4D to test the road simulation of the model.By changing the simulation parameters such as vehicle speed to obtain different response data of the vehicle, and finally make a comparative analysis. The results show that the increase in driving speed, the increase in the height of obstacles and the increase in the slope of the road all reduce the driving stability of the vehicle to a certain extent. The use of computer simulations reduces the complexity of traditional vehicle design methods and reduces the risk during product development.

Key Words: Multi-rigid vehicle；virtual simulate；vehicle stability

目 录

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摘要 I

Abstract II

第1章： 引言 1

1.1 车辆多刚体模型建模及动态仿真技术国内外现状 1

1.2 车辆多刚体模型建模及动态仿真技术的目的和意义 1

1.3 研究思路和技术方法 2

第2章： 车辆多刚体模型建模及动态仿真技术概述 3

2.1 车辆多刚体模型建模及动态仿真理论基础 3

2.2 基于计算机的车辆动力学仿真研究 3

2.2.1 车辆动力学仿真研究软件 3

2.2.3 坐标系统 4

2.2.4 物体/刚体 5

2.2.5 刚体之间的几何约束 5

2.2.6 刚体之间的力元素传递 6

2.2.7 动力学仿真控制命令 6

2.3.1 刚体几何模型建模 7

2.3.2 可变形物体几何模型建模 7

2.4 动力学模型建模 8

2.4.1 刚体动力学模型 8

2.4.2 拉压变形物体动力学模型建模 9

2.4.3 弯扭变形物体动力学模型建模 11

F 11

第3章： 车辆多刚体模型建模 12

3.1 车辆性能结构描述 12

3.1.1 车辆性能描述 12

3.1.2 车辆结构描述 12

3.1.3 车辆多刚体模型描述 12

3.2 车体几何模型建模 13

3.3 车轴几何模型建模 13

3.4 车轮多刚体模型建模 13

3.4.1 车轮几何模型建模 13

3.4.2 车轮动力学模型建模 13

3.4.3 车轮动力学模型参数确定 15

3.5 车辆多刚体动力学模型建模 17

3.5.1 车辆多刚体动力学模型 17

3.5.2 车辆多刚体动力学模型参数确定 19

第4章： 路面模型建模 22

4.1 刚体路面模型 22

4.2 变形路面模型 22

第5章： 车辆行驶稳定性虚拟分析 23

5.1 车辆行驶稳定性 23

5.2 车辆行驶稳定性理论、试验分析研究 23

5.3 车辆行驶稳定性虚拟分析 24

5.3.1 车速30km/h驶过H=250 mm的障碍物 25

5.3.2 车速50km/h驶过H=250 mm的障碍物 27

5.3.3 车速30km/h驶过H=200mm的障碍物 28

5.3.4 车速50km/h驶过H=200 mm的障碍物 30

5.3.5 车速30km/h在坡道(α=10°)上驶过H=200 mm的障碍物 31

5.3.6 模拟结果分析 34

第6章： 结语 36

第7章： 参考文献 37

第8章： 致谢 39

引言

自21世纪以来，计算机技术的飞速发展使得许多复杂的问题求解变得更简单。其中，实现复杂机械系统的动力学分析也已不再是一个难题。现如今，研究人员在软件和硬件方面取得的进步使计算机进行数据分析变得更加容易，因此，一般的工程技术人员也可以进行复杂机械的动力学分析。

车辆多刚体模型建模及动态仿真技术国内外现状

计算机动态仿真技术最初应用于军事，但随着该项技术逐渐引入其他国家，反而在其他行业里得到更快的发展。早在20世纪50年代，计算机虚拟仿真技术便被应用于导弹研制等方面。而在不到二十年的时间里，虚拟仿真技术便已经在民用工程科学领域内发光发热，由此，虚拟仿真技术开始进入了一个崭新的时代，计算机动态仿真技术开始大规模地应用于仪器制造、产品设计、仿真训练等方面。^[1]

我国的计算机仿真技术首先应用于自动控制领域，随着飞机、坦克等模型在我国独立研发成功，民用领域的汽车、机车、火电机等模型的研发也有了突破。自90年代以来，以计算机仿真技术为基础，我国新建了众多以国防设备为主的仿真系统。进入21世纪后，国内也开始对一些先进的仿真技术及其应用进行了研究，其中较为热门的有交互式仿真和虚拟现实等。^[2][3]

车辆多刚体模型的研究工作在我国开展得较晚，但是在近些年众多学者的努力研究之下，如今也有了极大的发展。使用仿真软件帮助车辆设计对产品进行设计与验证的方法，已经在实际应用中取得了不错的效果。^[4]

车辆多刚体模型建模及动态仿真技术的目的和意义

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