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虚拟实验室软件及其在轮式车辆动力学仿真分析中的应用 2006 LMS 首届用户大会论文集
虚拟实验室软件及其在轮式车辆动力学仿真分析中的应用

王军、兰小平、万晓峰

中国北方车辆研究所总体技术部仿真中心
LMS 北京办事处

摘要:介绍了 软件的车辆建模和分析过程。仿真表明,利用 软件技术,可对车辆进行动力学
仿真,达到缩短试验检测周期的目的。

车辆是一个复杂的多体系统,外界载荷的作用更加复杂多变,“人—车—路”三位一体的相互作用使车辆动
力学模型的建立、分析、求解始终是一个难题. 随着数字技术的快速发展,虚拟样机技术随之产生,目前已在国
内外产品开发中得到广泛的应用,它不仅大大缩短了产品开发时间,还节省了高昂的制作大型物理模型的费用,
是虚拟样机技术在机械系统动力学仿真分析应用中的杰出代表,它
以多体系统动力学理论为基础,为车辆的动力学分析提供了强有力的工具.

1 多体系统动力学及其在汽车动力学分析中的应用

1. 1 多体系统动力学简介

多体系统动力学,包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学,
系统一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成,其结构和连接方式多种多样,因而动力学方程式一般都是
高阶非线性方程,特别是多柔体系统动力学的动力学方程是强耦合、强非线性方程,这种方程目前只能通过计算
,目前应用于多刚体系统动力学的方法主要有以下几种: 牛顿—
欧拉法(Newton - Euler)、拉格朗日方程法、图论(R - W) 法、凯恩方法、变分方法、旋量方法等. 应用于多柔
体系统动力学的方法可以分为三类:第一类为牛顿—欧拉(Newton - Euler) 向量力学法,第二类为拉格朗日
(Lagrange) 方程为代表的分析力学法,第三类为基于高斯原理等具有极小值性质的极值原理法.

1. 2 多体系统动力学在轮式车辆动力学分析中的应用

由于轮式车辆的工作情况、使用环境的复杂多变,其动力学研究中的建模、分析和求解一直困扰着研发人
,为轮式车辆动力学的研究提供了一个方便快捷的手段. 由此,轮式车辆动力学研究
的力学模型逐渐由线性模型发展到非线性系统模型;模型的自由度由二自由度发展到数十个自由度,甚至到数
百上千个自由度. 模拟计算也由稳态响应特性的计算发展到瞬态响应特性和转弯制动特性的计算.
为多体系统动力学分析软件,并与有限元分析、模态分析、优化设计等软件一起形成了一个
虚拟实验室系统,,一般有以下
几个步骤: ①实际系统的多体模型简化; ②自动生成动力学方程; ③,多体系统动
力学方法求解轮式车辆系统动力学问题是一种高效率、高精度的分析方法,然而在解决实际问题时如果处理不
当,将使工作量大大增加,得不到满意的结果,应用中要根据具体情况和所研究的问题性质选择最有效的分