汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第15章节车辆动力学计算方法与软件.pptVIP

尚辅网 / 第十五章 车辆动力学计算方法与软件 第一节 概述 第二节 面向目标设计的车辆动力学仿真软件 第三节 多体系统动力学分析软件 第四节 程序工具箱 □ □ □ □ □ 第五节 各类方法的比较 第一节 概述 概述 计算机仿真分析的传统方法是通过数值积分求解描述车辆性能的系统运动微分方程, 可对线性化的车辆模型进行稳定性分析及频率响应分析。 多体动力学理论及相应计算机软件的逐渐发展、日渐成熟,大型的商用虚拟仿真软件为复杂模型的求解提供了可能性,使车辆动力学模型能够建立得更加准确。 图15-1　车辆动力学研究常用软件的基本原理 第一节 概述 计算机仿真分析的分类 按照计算方法的不同,尽管多体理论及仿真软件发展迅速,车辆动力学研究中常用的软件基本上分为以下几类: 1) 面向目标设计的车辆仿真软件。 2) 产生数值型仿真结果的多体软件。 3) 产生代数方程的多体软件。 4) 由用户提供固体模型的软件包。 上述四类基本原理概括在图15-1中,其中2)与3)的核心均是多体程序,其区别主要在于方程组求解时是采用数值方法还是代数方法,因此也可归纳为一类。更详细地描述将在以下几节中分别介绍。 第二节 面向目标设计的车辆动力学仿真软件 仿真软件 早期的车辆动力学分析中,大多采用的是面向目标设计的仿真软件。该类仿真软件是基于特定的车辆模型推导出一组运动方程编写而成,可对多组不同参数值进行反复运算,并可获得时域下的仿真结果。 公路车辆的仿真模型程序HVOSM(Highway Vehicle Object Simulation Model) 货车与拖挂车机组进行简单操纵性能分析的BHATTG(Basic Handling Analysis for Truck and Trailers Group) 轻型车辆动力学仿真软件包LVDS(Light Vehicle Dynamics Simulation Package） LVDS软件的是基于一个三维的、非线性的操纵模型的PC版本的软件,并结合了多种悬架、转向系统和驱动桥类型,还有动画输出功能。但是由于模型的不可变性,用户还是仅局限于得到仿真结果。 HVOSM软件除用于车辆行驶、操纵动力学建模分析外,还可用于模拟碰撞分析。但却不能根据不同结构的车辆进一步开发、修改或更新模型,因而限制了该软件的使用范围。 第三节 多体系统动力学分析软件 近三十年来,由于计算机硬件和建模软件解算能力得到实质性改变,对车辆这样复杂的系统进行高精度仿真的能力大大提高。因此,利用计算机解决复杂系统的设计、分析和优化问题成为近年来力学和机构设计等领域的一个重要的研究方向,并且取得迅速的发展,因而也使多体系统动力学分析软件应运而生。多体动力学软件的建模原则是尽可能地建立与真实系统本身接近的动力学模型。 在车辆系统动力学分析中,比较流行的多体分析软件主要有：MSC.ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System,机械系统动力学分析软件)、DADS(Dynamic Analysis and Design System,动力学分析和设计系统软件) 、SIMPACK(SImulation of Multi-body systems PACKage,多体系统仿真软件包)、AUTOSIM(AUTOmatic SIMulation,包括CarSim和TruckSim)等。 第三节 多体系统动力学分析软件 为建立描述系统的运动方程,这类软件需要用户提供的详细信息包括以下几个方面: 1) 坐标系(相对参考坐标系和绝对参考坐标系); 2) 质量参数(质量、转动惯量); 3) 几何定位参数; 4) 约束类型(球铰、平面铰等); 5) 力元(弹簧、阻尼、作动器等); 6) 外力(轮胎力、空气阻力、驾驶人输入等)。 在多体系统动力学软件中,又根据是否内置有数学求解器而划分为两类。第一类是软件可自行产生数值型方程;第二类则是只产生符号形式的代数型方程。下面分别予以介绍。 一、数值型方程 在数值型多体动力学软件中,其数值型方程直接通过嵌入软件包中的数值积分程序求解,并可获得时域仿真输出。通常,这些输出可与计算机辅助设计软件或实体模型信息连接起来,以产生系统运动的直观动画效果,从而方便设计者观看系统的运动过程。对于数值型多体动力学软件来说,若某一参数发生变化,整个系统的方程组必须重新生成,整个过程完成之后,仿真程序才可再次运行。ADAMS和DADS是这类多体动力学软件中的两个最典型的例子。 第三节 多体系统动力学分析软件 二、代数型方程 第三节 多体系统动力学分析软件 与数值型多体系统动力学软件相比,代数型多体动力学软