车辆仿真技术：第1章 概论

1、车辆仿真技术第一章 绪论引例 车辆行驶过程动力学仿真3引例 车辆行驶过程动力学仿真4一、车辆仿真技术的问世1.实车经验设计法20世纪60年代以前图纸物理样机物理试验和设计修改以物理样机为核心5对于低速汽车，经过几个轮次的改进，整车性能基本可以得到控制；根据力学原理和经典控制理论，通过分析获得车辆转向、制动和驱动等控制系统的设计参数。多次重复迭代1.实车经验设计法6主要缺点：基本上是开环设计，在设计阶段很难有效控制车辆的性能；开发周期长，成本高，风险大；场地试验受到天气影响。1.实车经验设计法7出现原因：试验周期长，且某些试验具有危险性，甚至无法进行试验；实物样机研制周期长，研发费用过高；实际系

2、统建立前，预测性能的需要。2.车辆仿真技术车辆仿真技术20世纪80年代中期开始应用83DCAD车辆数字样机模型车辆虚拟样机模型车辆仿真2.车辆仿真技术整车性能预测系统性能优化控制策略设计结构刚强度分析9优点：经济、安全、灵活、可重复使用。虚拟发动机虚拟底盘虚拟传动系.1）车辆虚拟样机10底盘&悬架安全性动力传动总成车辆动力学耐久性振动噪声控制物理试验&标定1）车辆虚拟样机11发动机底盘传动系.2）车辆数字样机模型12少数几次迭代2.车辆仿真技术基于仿真技术的产品设计过程13系统仿真是以数学理论、控制理论、相似理论、计算技术、信息技术及有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用

3、系统模型对实际的或设想的系统进行实验研究的一门综合性技术。 1.系统仿真二、仿真的基本概念仿真技术是一种间接实验技术142.系统仿真三要素：系统、模型和计算机系统模型计算机二、仿真的基本概念153. 系统分类连续时间系统系统的输入与状态在所有时间点上有值 离散时间系统系统的输入与状态只在某些时间点上有值1)状态状态tt状态状态tt二、仿真的基本概念连 续 时间系 统离 散 时间系 统163. 系统分类线性系统组成系统的元件皆为线性元件或元素非线性系统系统中有非线性元件或元素2)二、仿真的基本概念线性系统非线性系统例如：173. 系统分类定常系统系统模型参数不随时间变化时变系统系统模型参数随时间

4、变化3)二、仿真的基本概念时变系统18定常系统3. 系统分类集总参数系统组成系统的元件皆为集总参数元件分布参数系统系统中有分布参数元件4)二、仿真的基本概念集总质量系统分布质量系统194.模型及分类模型是系统、过程或现象的物理的、数学的或其他逻辑的表达。二、仿真的基本概念物理模型（几何相似）数学模型（理论公式或经验公式)描述模型（自然语言或程序语言逻辑表达）分类：201. 计算机仿真运用性能相似，将物理系统全部用数学模型加以描述，并把数学模型变成仿真模型，利用计算机进行实验研究。也称为数字仿真。三、车辆仿真的分类优点：1）可以反复进行实验；2）投资小,运行费用低。缺点：1）不能主观评价；2）不

5、能实现闭环设计。21仿真模型配置报告关键指标分析Database结果管理分类决策仿真准备数据谱系Database仿真实施数据保存建模与仿真仿真规划仿真结果验证和确认1. 计算机仿真22可仿真：与驾驶员和乘客的感觉无关或不太相关的性能具有较为完善的客观评价指标的性能例如，汽车的强度与可靠性、汽车的结构振动与噪声、汽车的运动学空间校核、汽车的燃油经济性、汽车总成及其部件的设计，等等。1. 计算机仿真23具有很好的实用基础：理论基础发展成熟：振动分析、有限元、多体力学、自动控制、气液压理论、测试与数据处理方法等；通用软件发展达到了实用阶段：ANSYS, NASTRAN, ADAMS, DADS, E

6、ASY5, UniGraph, AutoSim, MatLab/Simulink；专用商用软件或模块，CarSim, TruckSim, ADAMS的Car模块等。1.计算机仿真24硬件方面：多CPU并行处理技术，使得计算时间缩短，也使得实时性得到加强；多学科分布式数字仿真系统；软件：高效能、专用数字仿真软件、专家系统、智能化技术等深入应用；虚拟现实技术不断完善。1.计算机仿真252.半实物仿真回路中含有部分实物的仿真。控制器硬件在环或快速控制原型。实时性是半实物仿真基本要求。26优点：1）可在早期进行控制器设计；2）早期进行软硬件全面测试；3）汽车控制系统的重要开发手段。缺点：若模型太复杂则

7、不能实时仿真。2.半实物仿真27驾驶模拟器原理3.人在回路仿真图像监视器参数设定安全监控系统通讯系统车辆参数场景参数环境参数视景系统声响系统触感系统液压系统实时计算机视景计算机车辆动力学连接系统运动控制系统投影仪模拟舱基础283.人在回路仿真优点：1）主观评价；2）闭环设计。缺点：1）系统复杂；2）成本高。29美国先进驾驶模拟器（NADS）3.人在回路仿真304. 物理仿真运用几何相似、环境相似条件，构造物理模型进行仿真。优点：直观、形象缺点：模型改变困难，实验限制多，投资较大。31分析车辆的纵向动力学特性，包括动力性、燃油经济性、换挡性能、制动性能等。ABS防抱死制动系统四、车辆仿真的研究内

8、容1.纵向动力学性能仿真循环工况加速过程主轴输出转矩32研究车辆转向、车身侧倾、悬架运动等稳定性因素。2.操稳性仿真33建立行驶动力学模型，研究车辆的行驶平顺性和乘员的乘坐舒适性。3.平顺性仿真34基于空气动力学理论，研究不同车身的形状阻力、内循环阻力、诱导阻力和摩擦阻力。4.空气动力学仿真355.碰撞特性仿真366.动力学载荷特性仿真研究内部构件动态受力情况，获取动态载荷等动力学响应特性。37福特汽车车架分析与优化7.车辆零部件刚、强度仿真变速箱模态振型388.运动仿真、虚拟装配、干涉检查391.课程内容仿真的基本概念和基础理论仿真相关数学模型数值仿真方算法车辆典型系统的建模与仿真2.考核及成绩评定成绩评定为百分制，考试成绩占70，平时成绩占30；平时成绩的组成：考勤、课堂表现、作业。讲授和仿真实践相结合40本课程内容3.参考书张晓华系统建模与仿真清华大学出版社，2010喻凡，林逸汽车系统动力学机械工业出版社，20114.软件版本：Matlab2010a考试时间：17周周1（2015年12月