摘 要

车辆多刚体建模及动力学虚拟分析因为其可以在软件内改变任意影响因素，模拟高效方便，在造车企业对新车的开发设计中被广泛应用。

本文首先介绍了车辆多刚体建模以及动力学分析的研究现状，接着详细介绍了自己三维建模时对车身、车轮和地面建模的详细过程。最后运用WORKINGMODEL软件对车辆进行行驶平顺性的动力学分析。

影响车辆行驶平顺性的因素有很多，本文主要是通过改变车辆的车速、弹簧的弹性系数，悬架的刚度以及路面的平坦程度，通过车辆质心位置垂直方向的加速度与时间和位移的关系图像，判断上述因素对于行驶平顺性的影响。

关键词： 多刚体建模 车辆动力学 行驶平顺性 仿真

Mercedes-Benz V-type multi-rigid body model modeling and driving smoothness dynamics virtual analysis

Abstract

Vehicle multi-rigid body modeling and dynamics virtual analysis are widely used in the development and design of new cars in the car manufacturers because they can change any influencing factors in the software, and the simulation is efficient and convenient.

This paper first introduces the research status of multi-rigid body modeling and dynamic analysis of vehicles, and then details the detailed process of modeling the body, wheel and ground in 3D modeling. Finally, the WORKINGMODEL software is used to analyze the dynamics of the vehicle ride comfort.

There are many factors that affect the ride comfort of the vehicle. This paper mainly changes the vehicle's speed, the spring's elastic coefficient, the stiffness of the suspension and the flatness of the road. The relationship between the acceleration of the vertical direction of the vehicle's centroid position and the time and displacement is obtained. Determine the impact of the above factors on ride comfort.

Key words: Multi-rigid modeling; Vehicle dynamics;Ride comfort;simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 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 2

1.3. 研究思路和技术方法 2

第二章 车辆多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 4

2.2.1. 车辆动力学仿真研究软件 4

2.2.2. WM (WORKINGMODEL)动力学仿真软件 5

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 12

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 15

3.1. 车辆性能结构描述 15

3.1.1. 车辆性能描述 15

3.1.2. 车辆结构描述 15

3.1.3. 车辆多刚体模型描述 15

3.2. 车体几何模型建模 15

3.3. 车轴几何模型建模 16

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 20

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 25

4.1 刚体路面模型 25

4.2 变形路面模型 25

第五章 车辆平顺性虚拟分析 26

5.1. 车辆行驶平顺性 26

5.2. 车辆平顺性理论、试验分折研究 27

5.3. 车辆平顺性虚拟分析 27

5.3.1. 在工况Ⅰ车辆平顺性性能仿真 28

5.3.2. 在工况Ⅱ车辆平顺性性能仿真 30

5.3.3. 在工况Ⅲ车辆平顺性性能仿真 31

5.3.4. 在工况Ⅳ车辆平顺性性能仿真 32

5.3.5. 车辆不同路面行驶平顺性性能比较 34

5.3.6. 模拟结果分析 34

第六章 总结 36

参考文献 37

致 谢 38

第一章 绪论

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己日益成为可能。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

总体而言，目前国外对于车辆多体模型建模及动态仿真技术还是远远优于国内的。现今，“数字化虚拟样车”的建立已经成为绝大部分国外先进的汽车公司在产品的开发和研究中的一项十分成熟的技术，这项技术可以应用在车辆的整车和大量的零部件的开发制作之中。而且“数字化虚拟样车”随着近几年的发展，已经可以完成大量的车辆的平顺性、纵向稳定性制动性能等许多性能的建模与仿真分析。在车辆设计与开发的前期，这一技术已经替代实车试验，成为对产品进行优化的重要方法之一，不仅仅缩短了1-2年的设计开发的时间，而且大大地降低了开发的成本。由于国外车企对于这项技术的研发较早，例如日本的丰田公司，德国的奔驰公司、大众公司及美国的通用公司、克莱斯勒公司等，都已投入巨资进行自己的高度自动化的虚拟仿真系统的建设，并已经拥有二次开发仿真系统ADAMS/Car并用于自家产品的能力。本次研究的奔驰V型车，是一款汽油中大型MPV，所属厂商为福建奔驰，属于合资车。他的研发公司德国奔驰公司，在车辆多体模型建模及动态仿真技术方面就是目前行业的领先者。

而国内方面，随着中国成为世界第一大汽车生产和销售大国，国内的许多整车厂与国内高校一起构建自己的虚拟仿真系统。从二十世纪八十年代开始，国内开始了应用运动学对车辆悬架的研究，以此来优化车辆的行驶平顺性、制动稳定性等等各种性能。全国高校中，清华大学、吉林大学等一流高校走在了技术研发的前列^[1]。1989年，吉林工业大学的林逸教授利用R-W方法，建立了对汽车独立悬架中的单横臂及摆柱式悬架进行空间运动分析的通用计算程序^[2]。1992年，清华大学的张海岑采用多刚体力学中的牛顿一欧拉方法，建立了汽车列车74个自由度的非线性数学模型，其中包括多种轮胎模型、悬架系统模型、转向系统模型

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