（机械制造及其自动化专业论文）非公路铰接式自卸车平顺性建模、仿真与优化研究.pdf

摘要 非公路铰接式自卸车平顺性建模、仿真与优化研究 摘要 乍辆半顺性是下辆的重要性能指标之一，k ! j 以米国内外者住研究1 ：辆甲顺性时人都采川地 面是刚性的假设条件。但是，当北公路币辆行驶在软路面上时，地面变形将会对7 f 辆的动力学特性 产生较人影响，在这种情况卜必须考虑地面力学特性与下辆的交互作h j 。本文以一款新型铰接式白 卸车为研究对象，在国家自然基金项目“基于变形地面的重型：l ：程车辆悬架系统优化机理研究”及 江苏省自然科学基金项目“用丁软路面车辆动力学仿真的轮胎接地模型的研究”的支持下，综合运 用乍辆地面力学理论、多体动力学理论、有限元方法以及虚拟样机技术建立轮胎一地面接触模型、 轮胎动态子结构模型和铰接式白卸车虚拟样机整车模型，在a d a m s s i m u l i n k 联合仿真环境下，集 成轮胎一地面一整车模型，建立车辆一地面耦合仿真系统。利川该仿真系统深入研究非公路地面特 性与车辆参数对乍辆平顺性的影响，最后通过对悬架系统的参数优化，提高了铰接式白卸车的行驶 平顺性。全文包括以卜内容： 1 利川有限元方法，建立二维十壤弹塑性模型、轮胎模型及轮胎土壤一接触模型，计算和分析 各种i ：况卜轮胎与十壤的接触过程，得剑轮胎与十壤接触的初步规律，为整下与1 卜公路地面相互作 川及其平顺性的研究打+ 卜基础。 2 分析目前车辆地面力学研究中有关十壤建模的各种方法以及采h j ? 卜经验法建立的各种承压和 剪切模型及各1 3 适川范围，提出本文采用y 经验法建立 十壤模璎。利h j 轮胎强度脱圈试验机完成轮 胎的径向载荷一变形试验，获得轮胎径向变形、接地印迹、接地压力和径向刚度与径向载荷、充气压 力之间的关系，为建立轮胎一地面接触模型提供必要的参数和依据。根据轮胎地面接地实际情况， 作出合理假设，建立基于不平非公路地面的刚性轮模型和b e k k e r 弹性轮模型。通过该模型，可以获 得地面反力、土壤沉陷量和轮胎接地平均压力。 3 以轮胎模态试验获取的模态参数及参数化轮胎有限元模型为基础，通过优化方法，使有限元 模型的计算模态参数与试验模态参数一致，获得动力学等效的轮胎模型，将该模型视作连接午辆与 地面的子结构，基丁修正的c r a i g b a m p t o n 方法和轮胎接地界面特性，得剑轮胎子结构的主模态集 利约束模态集，建立适合在a d a m s 环境中刚于车辆平顺性仿真的轮胎动态子结构模型。 4 在分析铰接式白卸乍拓扑构型的基础上，对车辆行驶过程中相对变形较人的悬架杆1 ：，| ：进行柔 性化建模，对实车的关键柔性连接件进行了相关测试试验，获得了柔性连接副的各种参数，建立了 符合：r = 程实际的铰接式自卸车虚拟样机模型。通过s c h e n c k 整币道路模拟试验台实施了铰接式白 卸车整车台架振动试验。通过对多种上况下模型的数值仿真和实验对比，验证了模型的正确性。 5 利用a d a m s s i m u l i n k 联合仿真技术将轮胎地面接触模型、轮胎动态子结构模型以及 a d 2 5 0 整车虚拟样机模型进行集成，并考虑地面不平度、左右路谱相关性以及多通过问题建立车 辆一地面耦合系统仿真模型。利用该系统进行了满载下的多1 ：况仿真，在符合悬架动挠度和轮胎动 载荷要求的：l ：况中，选出在特定士壤类型上具有最佳牵引效率的下速和胎压的组合作为合理一i ：况， 摘要 从而确定铰接式白卸车悬架系统参数优化的目标1 ：况。 6 选取对车辆平顺性影响人的前后悬架弹簧刚度、液压阻尼器和后悬架弹簧阻尼作为设计变量， 以驾驶室座椅下地板的垂向加速度均方根值为目标函数，以悬架动挠度和轮胎动载荷为约束条件， 利川遗传优化算法获得住每种十壤类型卜，对丁g bd 、g be 和g bf 级地面具有最佳平顺性的悬 架参数最优值，可用于指导a d 2 5 0 的现有悬架系统改进，或者是对a d 2 5 0 的i 卜主动、主动悬架的 研制提供参考。 7 总结全文j l ：作，指出本文值得进一步研究和需要完善的地方。对非公路下辆在松软地面上行驶 特性的研究i ：作作出展望。 关键词：车辆地面力学，车辆地面耦合，联合仿真，平顺性，铰接式白卸车 a b s t r a c t m o d e l l i n g ，s i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o no fr i d ec o m f o r tf o ro f f r o a da r t i c u l a t e dd u m pt r u c a b s t r a c t r i d ec o m f o r ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp e r f o r m a n c e so fv e h i c l e f o ral o n gp e r i o d ，t h eg r o u n dh a s b e e na s s u m e dt ob er i g i db yd o m e s t i ca n df o r e i g ns c h o l a r si nt h es t u d yo fr i d ec o m f o r to fv e h i c l e h o w e v e r ， w h e nt h eo f f - r o a dv e h i c l er u n so ns o f tt e r r a i n ，t h ed e f o r m a t i o no fg r o u n dw i l lh a v eg r e a ti n f l u e n c eo nt h e v e h i c l ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s i nt h i ss i t u a t i o n ，t h et e r r a i nm e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dt h ei n t e r a c t i o n b e t w e e nt e r r a i na n dv e h i c l em u s tb ec o n s i d e r e di n t ot h es t u d yo fr i d ec o m f o r to fo f f r o a dv e h i c l e t h i sr e s e a r c hi sc o m p o s e do ft w os u bi s s u e sw h i c ha r er e s p e c t i v e l y “t h eo p t i m i z a t i o nm e c h a n i s m r e s e a r c ho fh e a v yc o n s t r u c t i o nt r u c ks u s p e n s i o ns y s t e mb a s e do nd e f o r m a b l eg r o u n d s p o n s o r e db yt h e n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n aa n d “n er e s e a r c ho fg r o u n d t i r ec o n t a c tm o d e lf o rd y n a m i c s i m u l a t i o no fo f f - r o a dv e h i c l e s ”s p o n s o r e db yt h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fj i a n g s up r o v i n c e v e h i c l e t e r r a i nm e c h a n i c st h e o r y , m u l t i - b o d yd y n a m i c st h e o r y , f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，v i r t u a lp r o t o t y p et e c h n i q u e a r ea p p l i e di nt h er e s e a r c h t h r e es u bm o d e l sa r ee s t a b l i s h e d t h ef i r s ti st h es o f tg r o u n dm e c h a n i c sm o d e l t h es e c o n di st h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h eh e a v yl o a do f fr o a dt r u c k t h e s et w om o d e l sa r ec o u p l e d t h r o u g ht h et h i r dc o n t a c tm o d e lw h i c hi su s e dt oc a l c u l a t et h ec o n t a c tf o r c eb e t w e e nt h et r u c ka n dt h es o f t g r o u n d w i t ht h ea b o v et h r e em o d e l s o f fr o a dr i d i n gc o m f o r to fh e a v yi o a dt r u c ki ss t u d i e da n dt h e p a r a m e t e r so ft h es u s p e n s i o na r eo p t i m i z e dt om a x i m i z et h er i d i n gc o m f o r t t h em a i nc o n t e n t so ft h e d i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1t w o d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tm o d e l so fs o f tt e r r a i na n dr u b b e rt i r ea r ee s t a b l i s h e d t h ec o n t a c t f o r c e sb e t w e e nt h es o i la n dt h et i r eu n d e rd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o na r ef i g u r e do u tt h r o u g hs i m u l a t i o n s o m ei n i t i a lc o n c l u s i o n sa r ed r a w nw h i c hs e tt h eb a s ef o rf u r t h e rs t u d y 2s e v e r a lm e t h o d sf o rs t u d y i n ga n dm o d e l i n gt h es o f tt e r r a i np r e v a i l i n gi nl i t e r a t u r ea r er e v i e w e da n d e l u c i d a t e d 1 1 l e nas e m i - e x p e r i e n c e dm e t h o di su s e di nt h i sr e s e a r c ht om o d e ls o f tt e r r a i n c o n s t r a i n sf o r a p p l y i n gd i f f e r e n ts e m i e x p e r i e n c em e t h o d so np r e s s u r es u s t a i n o rs h e a rs u s t a i no b j e c t i v e sa r ea l s o d e p i c t e d e x p e r i m e n ti sc o n d u c t e dt oo b t a i nt h er e l a t i o n s h i p sa m o n gt i r er a d i a ld e f l e c t i o n ，c o n t a c tt r a c e ， c o n t a c tp r e s s u r e ，t i r er a d i a ls t i f f n e s sa n dt i r ei n t e r n a lp r e s s u r el e v e l s o m er e a s o n a b l ea s s u m p t i o n sa r e m a d ed u r i n gt h ee s t a b l i s h m e n to fh a r dt i r em o d e la n db e k k e re l a s t i ct i r em o d e l t h et w om o d e l sc a nh e l p t og e tg r o u n dr e a c t i o nf o r c e ，s o i ld e f l e c t i o na n da v e r a g ec o n t a c tp r e s s u r eb e t w e e nt h et i r ea n dt h es o i l 3t i r em o d a le x p e r i m e n ti sc o n d u c t e d t h ee x p e r i m e n td a t ai su s e dt ov a l i d a t et h ee q u i v a l e n t d y n a m i cf i n i t ee l e m e n tm o d e jo ft h e t i r e r e s u l ts h o w st h a tt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lc o u l dp r e d i c tt h e d y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h et i r ew e l l b a s e do nt h em o d i f i e dc r a i g b a m p t o nm e t h o da n dt i r eg r o u n d c o n t a c tc h a r a c t e r i s t i c s ，t i r ef r e em o d e sa n dc o n s t r a i n e dm o d e sa r eo b t a i n e dt h r o u g hf i n i t ee l e m e n tm e t h o d a n du s e dt oe s t a b l i s ht h et i r es u b s t r u c t u r ei na d a m s 4b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo ft h eh e a v yl o a dt r u c k ，ae l a s t i cm o d e lo ft h e m a j o rp a r to ft h es u s p e n s i o ni sc r e a t e d v i b r a t i o nt e s to ft h eo b j e c t i v et r u c kt h r o u g hs c h e n c kr o a d e x c i t a t i o ns i m u l a t i o np l a t f o r mi sd o n et oc o l l e c ti m p o r tp a r a m e t e r so ft h es y s t e ma n dv a l i d a t et h em o d e l 5a d a m s s i m u l i n ka r ec o m b i n e dt os i m u l a t et h ee n t i r et r u c kg r o u n ds y s t e me s p e c i a l l yt h ec o n t a c t b e t w e e nt i r ea n dt h eg r o u n da n dt og e tt h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h er e s e a r c ho b j e c t i v e d i f f e r e n tg r o u n d i i i a b s i r a c l r o u g h n e s s c o r r e l a t i o nb e t w e e nl e f t a n dr i g h tr o a de x c i t a t i o n sa n dm u l t i p a s sa r ec o n s i d e r e d s e v e r a l d i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n su n d e rm a x i m u mw o r k i n gl o a da r es i m u l a t e d o n eo ft h ew o r k i n gc o n d i t i o n s a b o v eu n d e rw h i c hp a r a m e t e r so ft h et r u c ka r eo p t i m i z e di sp i c k e do u tf o rf u r t h e rs t u d y 6s e l e c t i n g s p r i n gs t i f f n e s sa n dd a m p i n gr a t i oo f t h et r u c ks u s p e n s i o na sd e s i g nv a r i a b l e s ， m l n i m i z i n gt h em e a ns q u a r er o o to ft h ea c c e l e r a t i o nu n d e rt h ed r i v e r sc h a i rw h i c hr e p r e s e n t sr i d ec o m f o r t a sd e s i g ng o a l ，s u b j e c tt ot h ec o n s t r a i n st h a ts u s p e n s i o nd e f l e c t i o na n dv e h i c l ed y n a m i cl o a dm u s tb el o w e r t h a ns o m ea l l o w a b l ev a l u e ，t h es y s t e mi so p t i m i z e db yu s i n gg e n e t i co p t i m i z a t i o na l g o r i t h m o p t i m a l d e s i g np a r a m e t e r sa r eo b t a i n e df o rg b d g b ea n dg b f l e v e lg r o u n d t l l l er e s u l ti si n s t r u c t i v ef o ri h e d e s i g na n di m p r o v e m e n t o fa d 2 5 0s u s p e n s i o n 7i ns u m al o to fm e a n i n g f u lw o r kh a sb e e nd o n e ，h o w e v e r , t h e r ei ss t i l ls p a c ef o ri m p r o v e m e n t a n e x p e c t a t i o ni sg i v e no nt h es t u d yo fo f fr o a dv e h i c l ed e s i g nc o n s i d e r i n g s o f tg r o u n de f f e c t k e y w o r d ：v e h i c l e t e r r a m e c h a n i c s ，v e h i c l e t e r r a i nc o u p l i n g ，c o s i m u l a t i o n ，r i d ec o m f o r t ，a r t i c u l a t e dd u m p t r u c k s i v 1 3 2 轮胎一松软地面接触模璎8 1 4 汽车动力学仿真国内外研究现状1 0 1 4 1 多体系统动力学发展及其在汽车中动力学中的应用1 1 1 4 2 虚拟样机技术及其在汽乍动力学研究中的应用1 1 1 5 论文的研究内容及其技术路线1 3 第二章轮胎一地面相互作川有限元分析1 3 2 1 概i ! 盎1 3 2 2 十壤本构模型及其有限元模型的建立1 3 2 2 1 车辆行驶士与十+ r ：十的区别1 3 2 2 2 车辆行驶十本构模型的条件和分类1 4 2 2 3 弹塑性本构模犁的一股公式1 4 2 2 4d r u c k e r - - p r a g e r 等向强化屈服准则1 5 2 2 5 十壤有限元模型1 6 2 3 二维有限元轮胎模型1 7 2 3 1 轮胎模碰的简化及依据1 7 2 3 2 材料参数的确定1 7 2 4 轮胎与十壤接触设置及仿真i ：况的选定2 0 2 4 1 轮胎与土壤接触设置2 0 2 4 2 轮胎一土壤接触仿真jr 况2 1 2 5 轮胎一十壤接触仿真结果与分析2 2 2 5 1 十壤沉陷量2 2 2 5 2 轮胎径向变形量2 4 2 5 3 平均接地压力2 5 2 5 4 轮胎滑移率2 6 2 5 5 轮胎的接近角、离去角2 8 2 6 ，j 、结2 9 第三章基于半经验法的轮胎一地面接触模型研究。3 1 3 1 弓i 言3l v 日录 3 2 地面力学特性3 1 3 2 1 _ 十壤承压特性3 1 3 2 2 十壤剪切特性3 2 3 3 轮胎力学特性3 4 3 3 1 轮胎载荷一变形特性3 4 3 3 2 轮胎刚度特性3 6 3 3 3 轮胎接地特性3 6 3 4 轮胎一地面接触模型4 6 3 4 1 临界充气压力4 7 3 4 2 模型的输入输出量4 9 3 4 3 刚性轮模型5 0 3 4 4b e k k e r 弹性轮模魁5 3 3 5 小结5 7 第四章轮胎动态子结构模型研究5 9 4 1 ：；l 言! ；9 4 2 模态分析技术5 9 4 2 1 计算模态分析基本理论6 0 4 2 2 子结构模态综合法6 0 4 2 3 实验模态分析方法6 2 4 3 轮胎模态试验6 3 4 3 1 试验设备6 4 3 3 2 试验方法6 4 3 3 3 试验内容与结果6 5 4 4 动力学等效轮胎模型。6 6 4 4 1 建模思想6 6 4 4 2 建模过程6 7 4 4 3 模型与试验结果的比较6 8 4 5 轮胎动态子结构模型6 9 4 5 1 界面点设置6 9 4 5 2 轮胎动态子结构模型的求解步骤7 0 4 5 3 轮胎动态子结构模型计算结果7 0 4 6 ，j 、l g ；7 1 第五章铰接式臼卸车动力学建模与分析7 3 5 1i ；i 言7 3 5 2 整车拓扑结构分析与几何建模7 3 5 2 1 铰接式白卸车拓扑构型7 4 5 2 2 刚体构件几何建模及参数确定7 5 5 2 - 3 整7 f 虚拟振动试验台7 7 5 3 柔性连接件的参数确定。7 7 5 3 1 柔性连接件结构与参数7 7 5 3 2 前悬架液压减振器阻尼参数的确定7 9 5 3 3 橡胶缓冲器的力学特性8 0 5 3 4 橡胶弹簧力学特性8 1 5 4 悬架构件的柔性化8 2 5 4 1 悬架构件柔性化的原冈和方法8 2 5 4 2 各构件柔性化结果8 3 i ：1 录 5 5 整乍道路模拟实验与模型验证8 4 5 5 1 整乍道路模拟试验台8 4 5 5 2 试验目的和1 ：况规划8 5 5 5 3 测点布置8 6 5 5 4 试验结果与整乍模型仿真结果比较与分析8 6 5 6 ，j 、结9 0 第八章午辆一地面耦合系统的建模、仿真与优化9 3 6 1j ；i 言9 3 6 2 下辆一地而耦合系统建模9 3 6 2 1 联合仿真系统的建模9 4 6 2 2 地面反力模块。9 5 6 2 3 时域地面不平度函数的生成9 7 6 2 4 地面不平度相关性和前后轮的多通过性问题9 8 6 3 多i ：况平顺性仿真1 0 0 6 3 1 多i ：况仿真方案一1 0 0 6 3 2 平顺性评价指标1 0 1 6 3 3 通过性评价指标1 0 2 6 3 4 仿真结果与分析1 0 2 6 4 悬架参数的优化1 0 4 6 4 1 多等级地面不平度函数的生成1 0 4 6 4 2 目标自娄l ( 1 0 4 6 4 3 设计变量。1 0 4 6 4 4 约求条什1 0 6 6 4 5 优化算法的选择1 0 6 6 4 6 优化过程及结果1 0 7 6 5 j 、结11 0 第七章总结与展望1 1 1 7 1 全文总结1 1 1 7 2ji ：作展望11 2 致谢1 1 3 附录一建立参数化有限元轮胎模型a p d l 程序1 1 4 参考文献1 1 8 科研成果1 2 4 v l i 录 v m 第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 第一章绪论 铰接式臼卸车( a r t i c u l a t e dd u m pt r u c k s ，简称a d t ) 是驾驶室和币体之间具有铰接点及 摆动环的白卸汽车。它起源丁2 0 世纪6 0 年代末期的欧洲，是一种适官在恶劣大气及空间限制的i ： 作条件卜，j ：作的1 ：程汽车。铰接式 j 卸车具有良好的机动性剃j 。泛的适戍性，其川途由最初的修路 逐渐发展应川剑采矿业、水电i ：程、铁路：程和机场等不同行业的l ：稃项目中。铰接结构可使前后 乍架左右转向4 5 。，与刚性白卸下相比，转弯半径小，在空间狭窄、道路泥泞的i ：况下均能l ：作自 如。同时铰接式白卸车便于装载，其装载能力与白重的比率比其它同类设备人，且燃油消耗率低， 对j l ：地路况要求低，在运输成本和故障率低的同时，还可1 ，约施一l ：便道的投入，使整体运营成本最 小。其环保的性能在隧道施jr = 和地l - x ：程中体现的尤其明显。 目前世界上铰接式白卸乍有5 入主要生产厂家，分别是：c a t e r p i l l a r 、m o x y 、v o l v o 、 t e r e x h 和b e l l ，主要型号的载重量为1 2 4 0 吨。五人a d t 生产厂家各自采用不同的设计理念， 各产品既有先进的性能特点，也有不足之处。为此各公司在a d t 的研究与创新上不遗余力。例如， m o x y 首家推出真止的6 轮驱动的铰接式白卸车；c a t e r p i l l a r 首次采用全圆形悬挂并将下厢举 升油缸殴计在午架两侧；v o l v o 则是首家开始批量生产的厂家等。综合比较，国外产品无论从技 术上，还是品种和规格上发展已经相当的成熟，产品均采州了当代最新的汽车技术、控制技术和计 算机技术等最新成果，设计全部采川计算机辅助设计、计算机仿真、有限元分析和可靠性分析及试 验等新技术、新方法，使新设计的产品更加实川、先进。不论是动力性能、经济性能，还是运输生 产率和效率都有较大的提高，能很好地满足各种非公路的运输要求。而国内铰接式臼卸车的研究和 生产处于初级发展阶段，主要依靠技术引进平合作生产，还未能实现臼主研发，主要零部f t - 女l 发动 机、液压系统等都依赖于进口。实现国产化的一些结构部件，如乍架、铰接体、悬架结构什则未能 很好的把握技术要领，导致装配后整下的动态性能远远不及进口车辆。 相比其他类型车辆而言，铰接式白卸印的 ：作环境更为恶劣，矿山、建筑。r 地等具有较大的路 面不平度，为了保证车辆的行驶平顺性和安全性，对该类：乍辆的悬架系统具有更高要求。然而，由 于地面存在较大的沉陷和滑移变形，使得下辆的振动现象更为复杂，冈此对该类车辆的理论研究的 难度更大。目前绝大部分有关车辆行驶平顺性的研究一l j 作还是基丁路面是刚性的假设条件，在此假 设条件下建立轮胎与地面点接触的车辆模犁，进而进行动力学分析及优化：i ：作，这对于在路面上行 驶的轻型车辆是适j j 的。然而对于铰接式白卸乍这类非公路重载i ：程乍辆而言，地面的非线性变形 对：乍辆的振动的影响十分显著，轮胎与地面的接触不再是单点，而是随着地面与轮胎的变形而变化 的接触区域，显然在对车辆动力学特性的研究中，如果忽略地面变形作h j ，必然不能反映乍辆的实 际状况，所得结果在实际应用中也将是不可靠的。因此必须基于地面变形建立包含轮胎与地面接触 的新模型，以此新模型为基础对悬架系统的动特性及其优化机理进行研究，从而使该类j i j 程车辆能 够在复杂而恶劣的地面状况下保持良好的使i 手i 性能。目前对于这类车辆与地面耦合作用的问题在国 际上还未得剑较好的解决，本文将致力_ 1 0 吝方面的研究。 本文围绕某款非公路铰接式自卸车，深入研究变形地面对铰接式自卸车平顺性的影响，为非公 1 第一章绪论 路i ：样车辆悬架系统的选型、参数调整和恳架参数优化提供理论基础，也为非公路车辆的主动和? 卜 主动悬架的设计和应川提供重要的理论和模型参考。本课题得剑国家臼然科学基金项目“基丁变形 地面的重型l = 程车辆悬架系统优化机理研究”( 5 0 5 7 5 0 4 0 ) 及江苏省自然科学基金项目“用于软路面 车辆动力学仿真的轮胎接地模型的研究”( b l 2 0 0 7 1 1 2 ) 的资助。 1 2 车辆地面力学国内外研究现状 布辆地面力学是研究乍辆与地面、地形之间的关系，以改进下辆没计，提高其通过性的一门边 缘学科。在这一学科里，“车辆”通常指越野下辆，即可在啦人一l 铺设道路上行驶的7 i 辆，包括各种 军川车、农川乍、水利和矿山川车、地质勘探和彳i 油开采川车以及森林防护用车等；“地面”系指为 上述车辆提供支承能力和附着能力的岩士及由其构成的儿何障碍。 1 2 1 车辆地面力学的发展概况 地面力学( t e r r a m e c h a n i c s ) 是j i ：程力学的一个分支，这一名词最甲- 出现在贝克( m g ；b e k k e r ) 1 9 6 0 年出版的越野行驶( o f f - r o a dl o c o m o t i o n ) 中【l l ，它是研究机器( 越野车辆和十壤作业机械) 与地面之间的关系的一门学科，若仅研究车辆与地面之间的关系，通常称为车辆地面力学。 早在1 9 世纪初叶，由于驿车的人量使用，人们开始关注车轮在变形路面上滚动时的阻力问题。 捷克的g e r s t n e r 在1 8 1 3 年就提山车轮尺寸、载荷、轮辙深度与行驶阻力间的关系。2 0 世纪初叶， 由于轮式拖拉机的出现和广泛应用，车轮在松软地面的行驶阻力及其农机具的j i ：作阻力问题雨次受 到有关研究人员的重视。1 9 1 3 年德国的b e m s t e i n 提出了乍轮的。卜陷深度与接地压力之间的关系式， 后经一些学者修正为至今仍在应用的指数方程【2 】。英国的m i c k l e i h w a i t ey - 1 9 4 4 年提出应川经典十 力学中的剪切应力一应变关系米计算和预估履带行走机构的最人推进力p j 。 印辆地面力学被j “泛深入研究是在第二二次世界人战后期，为了保证战乍具有良好的越野通行能 力，以美国为首的i ：业发达国家相继成立了依附丁军队的研究机构来进行乍辆地面力学的研究，如 美军水道试验站( u s a r m yc o r p so fe n g i n e e r sw a t e r w a y se x p e r i m e n t a ls t a t i o n ，简称w e s ) 提出了 应用锥头贯入计探测某作战地段的土壤的参数( 圆锥指数) ，然后以此为依据判断战车的通过能力。 这一时期的研究人员以贝克为代表，1 9 5 4 1 9 6 0 年期间，贝克受命建立陆地行驶实验室( l a n d l o c o m o t i o nl a b o r a t o r y ，简称u 上) ，集中致力于十壤应力应变关系的实验验证，并发展了设计评定 算法和众多车辆、任务和环境的性能参数，他还运用概率论研究了越野车辆对地面粗糙度的动力响 应，1 9 5 6 年他出版了有关地面车辆力学的第一本专著陆刚车辆行驶原理1 4 ，被公认为这一学科 的创立者。这本书以及他后来出版的越野行驶、地面车辆系统导论系统全面地总结了2 0 世 纪6 0 年代以前地面车辆系统的研究成果，他的研究成果和论著影响着地面车辆系统的几代_ 1 ：作者 和研究者，并为这门新的边缘学科的成立奠定了基础。 随着二战的结束，民用技术和空间探索的需求驱使：乍辆地面力学进一步向前发展。2 0 世纪5 0 年代后期，农业土壤压实和越野车辆及机具对环境的破坏和影响成为众多学者研究的土要内容。英 国学者瑞斯( a r r e e c e ) 和加拿人黄祖永( j y w o n g ) 合作，对刚性车轮下土壤的流动和破坏现象 进行了试验观测研刭5 叫。2 0 世纪6 0 年代期间，阿波罗登月计划所使用的月球漫游车( l u n a rr o v i n g v e h i c l e )