摘 要

汽车日渐成为人们出行的必需工具，但是随着汽车的发展及其数量的增加，生活中发生事故的情况也越来越多，车辆的很多性能参数都会影响汽车的安全性。本文侧重对车辆的纵向稳定性进行研究，即车辆抵抗前翻或者后翻的能力。

本文首先介绍了多刚体建模及动态仿真的国内外现状和本次研究的目的意义以及研究的思路和方法，并且详细介绍了多刚体建模及仿真技术的基础和动力学仿真软件，其中包括车辆动力学仿真研究、几何模型建模和动力学模型建模。然后介绍了本次建模中车体、车轴、车轮的几何建模和动力学建模的过程，最后再对车辆的纵向稳定性进行分析，得到影响车辆纵向稳定性的因素，并对其进行优化设计，使车辆能够具有更好的安全性。

关键词：多刚体建模 纵向稳定性 多体动力学 多体系统动力学 仿真分析 优化设计

Abstract

Cars are increasingly becoming a necessary tool for people to travel, but with the development of cars and their number, there are more and more accidents in life, and many performance parameters of vehicles will affect the safety of cars. This paper focuses on the study of the longitudinal stability of the vehicle, that is, the ability of the vehicle to resist forward or backward.

This paper first introduces the status quo of multi-rigid body modeling and dynamic simulation at home and abroad, the purpose of this research and the ideas and methods of the research, and introduces the basic and dynamic simulation software of multi-rigid body modeling and simulation technology, including Vehicle dynamics simulation research, geometric model modeling and dynamic model modeling. Then the process of geometric modeling and dynamics modeling of the car body, axle and wheel in this model is introduced. Finally, the longitudinal stability of the vehicle is analyzed, and the factors affecting the longitudinal stability of the vehicle are obtained. Optimized design for better safety.

Key Words: Multi-rigid modeling longitudinal stability multi-body dynamics multi-body system dynamics simulation analysis optimal design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1. 车辆多体模型建模及动态仿真技术国内外现状 1

1.2. 车辆多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

第二章 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 4

2.2.2. WM (MORKINGMODEL)动力学仿真软件 4

2.3. 几何模型建摸 9

2.3.1. 刚体几何模型建摸 9

2.3.2. 可变形物体几何模型建摸 10

2.4. 动力学模型建摸 11

2.4.1. 刚体动力学模型 11

2.4.2. 拉压变形物体动力学模型建摸 11

2.4.3. 弯扭变形物体动力学模型建摸 13

第三章 车辆多刚体模型建模 14

3.1. 车辆性能结构描述 14

3.1.1. 车辆性能描述 14

3.1.2. 车辆结构描述 14

3.1.3. 车辆多刚体模型描述 14

3.2. 车体几何模型建模 14

3.3. 车轴几何模型建模 15

3.4. 车轮多刚体模型建模 16

3.4.1. 车轮几何模型建模 16

3.4.2. 车轮动力学模型建模 16

3.4.3. 车轮动力学模型参数确定 19

3.5. 车辆多刚体动力学模型建模 21

3.5.1. 车辆多刚体动力学模型 21

3.5.2. 车辆多刚体动力学模型参数确定 23

第四章 路面模型建模 27

4.1. 刚体路面模型 27

4.2. 变形路面模型 27

第五章 车辆纵向行驶稳定性虚拟分析 29

5.1. 车辆纵向行驶稳定性 29

5.2. 车辆行驶稳定性理论、试验分析研究 30

5.3. 车辆纵向行驶稳定性虚拟分析 30

5.3.1. 车辆以30km/h速度行驶越过障碍物(高 100 mm) 31

5.3.2. 车辆以50km/h速度行驶越过障碍物(高 100 mm) 32

5.3.3. 车辆以50km/h速度行驶越过障碍物(高150 mm) 33

5.3.4. 车辆以50km/h速度行驶越过障碍物各时刻/各位置``姿态`` 34

5.4. 模拟结果分析 35

5.5. 经济性分析 35

结语 36

参考文献 37

致谢 38

引言

随着计算机技术的高速发展，借助计算机来处理一些复杂机械系统的动力学问题已日益成为可能。特别是今天人们在计算机软、硬件技术所取得的成就, 不仅使之成为可能, 且变得易于操作。复杂机械系统的动力学问题解决不再是完全依赖专家、教授, 普通工程技术人员经过培训也能很好地应对。作为三大典型复杂机械系统之一的车辆系统, 正是得益于此实现了＂开得更快，行得更稳＂。

车辆多体模型建模及动态仿真技术国内外现状

1989年，吉林工业大学林毅教授用R-W方法建立了汽车独立悬架单横臂和单摆悬架空间运动分析的通用计算程序^[1]。1992年，清华大学张海军将牛顿 - 欧拉方法应用于多刚性力学，建立了汽车列车74度自由度的非线性数学模型，包括各种轮胎模型、悬架系统模型和转向系统模型，已经对汽车列车的转向稳定性和制动性能进行了深入研究^[2]。1997年，清华大学张跃进博士建立了具有柔性部件的80自由度车辆多体系统模型，并利用该模型对车辆动力学进行了全面的仿真分析和优化^[3]。

Segel在1993年ImechE会议上发表的题为“车辆行驶和转向稳定性”的论文提供了1990年以前汽车动力学发展的更全面的总结^[4]。线性二自由度模型简化了汽车的运动，该模型忽略了转向和悬架系统等细节，并将轮胎的横向偏转特性简化为线性特性，这在车辆动力学的定性研究中起着关键作用^[5]。

车辆多体模型建模及动态仿真技术的目的和意义

利用多体动力学仿真软件建立了汽车多体动力学模型，对车辆性能影响最大的悬架系统进行了仿真和优化，以提高车辆的运行稳定性和平稳性^[6]。

研究思路和技术方法

运用三维建模软件建立车辆整车三维几何模型。然后基于车辆三维几何模型并结合需分析研究车辆动力学的内容建立车辆整车动力学模型。最终借助该动力学模型虚拟仿真、模拟车辆的各种动力学过程，以研究、评价车辆的经济性、舒适性和安全性等各种特征。

车辆多刚体模型建模及动态仿真技术概述

车辆多刚体模型建模及动态仿真理论基础

此前，我学过proe、cad、catia等绘图软件，同时我们也在网络上了解过sw、犀牛等绘图软件，我在这次建模中选择了proe，因为proe对之后的仿真分析更加方便。

基于计算机的车辆动力学仿真研究

车辆动力学主要研究车辆在各种力的作用下的动态特性，并讨论这些动态特性及其对车辆使用性能的影响，最早的有关车辆行驶振动分析的理论可追溯到 1900 年^[7]。特别是自20世纪90年代以来，汽车仿真技术一直受到国内外许多汽车公司的青睐。因为利用车辆仿真模型进行汽车系统动力学的研究，能够减少对实车的损耗，从而节约了很多昂贵的费用。随着车辆仿真技术的发展，汽车行业的发展会更为迅速。

车辆动力学仿真研究软件

随着多刚体系统动力学分析和仿真技术的诞生和发展，车辆建模方法出现了新的改变，由于对车辆模型的精确度要求越来越高，因而一批系统动力学商业仿真软件如（ADAMS、MORKINGMODEL等）逐渐被应用^[8]。

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