汽車動力學仿真基礎課件

車輛動力學基礎車輛動力學基礎11、描述車輛的動力學性能。為什么要研究車輛動力學？研究車輛動力學，為車輛設計、控制服務：2、預測車輛性能并由此產(chǎn)生一個最佳設計方案。3、解釋現(xiàn)有設計中存在的問題，并找出解決方案。1、描述車輛的動力學性能。為什么要研究車輛動力學？研究車輛動2研究內(nèi)容與評價指標1、縱向動力學

3、橫向(操縱)動力學

2、垂向(行駛)動力學

研究內(nèi)容與評價指標1、縱向動力學3研究內(nèi)容與評價指標動力性、燃油經(jīng)濟性安全性：制動、驅動、操縱穩(wěn)定性、被動安全性舒適性：平順性、NVH機動性：通過能力可靠性、耐久性研究內(nèi)容與評價指標動力性、安全性：制動、驅動、舒適性：機動性4以多學科為基礎輪胎力學空氣動力學一般力學體系以多學科為基礎輪胎力學空氣動力學一般力學5車輛動力學的建模方法及基礎理論一、牛頓矢量力學體系：式中：m-----質(zhì)點系總質(zhì)量；

rc-----質(zhì)心位移；

Fi-----外力。式(1)式中：I-----剛體繞某軸的轉動慣量矩陣；

ω-----剛體的角速度投影矩陣；

M0-----外力對于O點的主矩。式(2)牛頓第二定律

歐拉方程

車輛動力學的建模方法及基礎理論一、牛頓矢量力學體系：式中：m6車輛動力學的建模方法及基礎理論二、分析力學體系：式中：ET、Ev、ED-----系統(tǒng)總動能、總勢能、總耗散能；

qi-----描述系統(tǒng)的廣義坐標(主變量)；

Qi-----作用于系統(tǒng)的廣義力(力或力矩)；

n-----系統(tǒng)方程階數(shù)。式(3)拉格朗日方程

虛功率原理

高斯原理

非完整系統(tǒng)動力學車輛動力學的建模方法及基礎理論二、分析力學體系：式中：ET7車輛動力學的建模方法及基礎理論三、多體系統(tǒng)動力學1、以經(jīng)典力學為基礎。3、由計算機建立動力學方程并進行求解。2、多剛體、柔體的運動；采用分布參數(shù)體系。4、ADAMS、SIMAPCK等。車輛動力學的建模方法及基礎理論三、多體系統(tǒng)動力學1、以經(jīng)典力8輪胎的基本功能決定一輛汽車如何轉向、制動和加速的關鍵控制力產(chǎn)生于四塊不大于人手掌大小的接觸區(qū)。1、支撐垂直載荷。3、提供加速和制動所需的縱向力。4、提供轉向所需的側向力。2、緩沖路面引起的振動、沖擊。輪胎的基本功能決定一輛汽車如何轉向、制動和加速9相關書籍推薦余志生主編《汽車理論》第5版（美）ThomasD.Gillespie著.車輛動力學基礎.趙六奇，金達鋒，譯.清華大學出版社吳光強主編.汽車理論.人民交通出版社傅立敏著.汽車空氣動力學.機械工業(yè)出版社喻凡，林逸編著.汽車系統(tǒng)動力學.機械工業(yè)出版社相關書籍推薦余志生主編《汽車理論》第5版101.1、系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互制約、相互依存的若干部分結合在一起而形成的具有特定功能和運動規(guī)律的有機整體。(主傳動系統(tǒng)、施工圖、教學大綱、培養(yǎng)方案、系統(tǒng)框圖）系統(tǒng)的特點：第一，系統(tǒng)的整體性；第二，系統(tǒng)的相關性；第三，系統(tǒng)具有等級結構性；

仿真基礎知識1.1、系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)的特點：仿真基礎知識111.2、系統(tǒng)-定義系統(tǒng)實例-加熱爐溫度控制系統(tǒng)1.2、系統(tǒng)-定義系統(tǒng)實例-加熱爐溫度控制系統(tǒng)121.2、系統(tǒng)-舉例

系統(tǒng)實例-閉環(huán)轉向系統(tǒng)系統(tǒng)實例-工廠經(jīng)濟管理系統(tǒng)1.2、系統(tǒng)-舉例系統(tǒng)實例-閉環(huán)轉向系統(tǒng)系統(tǒng)實例-工廠經(jīng)濟管131.3、系統(tǒng)-特點系統(tǒng)是實體的集合組成系統(tǒng)的實體具有一定的屬性。屬性指組成系統(tǒng)的每一個實體所具有的全部有效特征（如狀態(tài)和參數(shù)等）。系統(tǒng)處于活動之中?；顒邮侵笇嶓w隨時間推移而發(fā)生的屬性變化。

1.3、系統(tǒng)-特點141.3、系統(tǒng)-三要素

性能狀態(tài)

系統(tǒng)狀態(tài)

研究系統(tǒng)，就是研究系統(tǒng)狀態(tài)的變化，即研究系統(tǒng)的動態(tài)特性和運動規(guī)律.

1.3、系統(tǒng)-三要素性能狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)研究系統(tǒng)，就是研究系151.4、系統(tǒng)-分類

描述特性

物理結構和數(shù)學性質(zhì)

可以用有限個變量描述的系統(tǒng)，稱為集中參數(shù)系統(tǒng)(用質(zhì)心描述物體的運動)

需考慮剛體內(nèi)部運動時(物體的扭轉，場)1.4、系統(tǒng)-分類描述特性物理結構和數(shù)學性質(zhì)可以用有限個161.5、機械系統(tǒng)的組成及特點定義：是能夠完成機械功或轉化機械能的機構或機構的組合

特點：機械系統(tǒng)的構件間存在著相對運動相對運動的形式由聯(lián)接各構件的運動副決定

機構：是一種用來傳遞運動和力或改變運動形式的機械裝置。任一機構都是由兩個以上的構件組合而成的1.5、機械系統(tǒng)的組成及特點定義：是能夠完成機械功或轉化機172.1、模型

建?？偸呛头抡嬉黄鹛岢鰜?，他通常是仿真的第一步

實際系統(tǒng)模型計算機建模仿真2.1、模型實際系統(tǒng)模型計算機建模仿真182.2模型的概念模型：是對系統(tǒng)的簡化和抽象。

模型可以描述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，通過對模型進行分析和研究，以達到了解原系統(tǒng)的目的；物理模型根據(jù)相似性理論制造的按一定比例縮小或放大的實物；數(shù)學模型

是系統(tǒng)的本質(zhì)特征的數(shù)學表達式，即用數(shù)學公式來描述所研究的系統(tǒng)的某一方面的規(guī)律

2.2模型的概念模型：是對系統(tǒng)的簡化和抽象。19靜態(tài)模型:一般形式是代數(shù)方程、邏輯表達關系式。動態(tài)模型:動態(tài)模型連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)

確定性模型隨機模型時間離散采樣控制系統(tǒng)：差分、離散狀態(tài)方程、脈沖傳遞函數(shù)離散事件概率型描述（輸出不完全由輸入作用產(chǎn)生）集中參數(shù):常微分、狀態(tài)方程分布參數(shù):偏微分方程

工程動力學系統(tǒng)動力學熱傳導計算機采樣系統(tǒng)交通系統(tǒng)、市場系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、計算機分時系統(tǒng)靜態(tài)模型:一般形式是代數(shù)方程、邏輯表達關系式。動態(tài)模型:20汽車動力學模型分類集中質(zhì)量模型：車輛由眾多零部件構成。在不同工況、不同研究目的中，對這些零部件有不同的處理方法。例如，在制動過程中，車輛作為整體減速，可以假設整車是一個集中質(zhì)量塊，這個質(zhì)量塊的質(zhì)心位置與整車質(zhì)心位置重合，這個質(zhì)量塊擁有與整車相同的質(zhì)量和慣性特性。實際上，加速、制動和大多數(shù)轉向分析，把整車作為一個集中質(zhì)量來研究都可以滿足要求。但在乘坐舒適性研究中，我們不能忽視彈性元件的作用，而必須把整車質(zhì)量分為“懸掛質(zhì)量”和“非懸掛質(zhì)量”。集中參數(shù)仿真模型計算時間短、效率高，所需輸入?yún)?shù)較少，但不能全面地得到系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的運動及其相互的耦合作用，且需要建模者對汽車進行離散化并推導汽車的運動學方程。多體動力學模型：需要建模者給定各部件的詳細特征、運動學約束和系統(tǒng)的拓撲結構，然后由相應軟件工具如：基于Kane方法的SD/FAST，AUTOSIM，SYMBA；基于Euler方法的SD/FAST，AUTOSIM，NASTRAN，SIMPACK；基于Lagrange方法的ADAMS，DADS，MEDYNA，MADYMD等自動建立運動學方程。多體模型包含部件較多，有些參數(shù)難以從試驗中測量得到，因而不能從整體上保證系統(tǒng)的準確性；另外，復雜的模型在計算機上求解時花費時間較長，而且一旦模型出錯，很難準確查找。汽車動力學模型分類集中質(zhì)量模型：車輛由眾多零部件構成。在21集中質(zhì)量平順性研究模型集中質(zhì)量平順性研究模型222.3、模型-建模建模的三個層次：

1)復制有效：建模者將實際系統(tǒng)看成一個黑箱,僅從輸入輸出行為水平上認識系統(tǒng)。

2)預測有效：建模者對實際系統(tǒng)的內(nèi)部運行情況了解清楚,可預測系統(tǒng)將來的狀態(tài)和行為變化,但對內(nèi)部分解結構尚不明了。

3)結構有效：建模者了解系統(tǒng)內(nèi)部運行情況，也了解分解結構。2.3、模型-建模233.1、仿真

直觀上：仿真就是模仿真實的物理世界

---簡單的三維重現(xiàn)(靜態(tài))：Pro/ESolidEdgeSolidWorkUG3DMax

---加入動畫元素(動態(tài))：MayaADAMS

3.1、仿真243.1、仿真

加入各種物理量進行分析（對機械系統(tǒng)而言）

---運動學、動力學分析：ADAMS(位移、速度、加速度分析)MATLAB-SIMULINK

---有限元分析：ANSYSALGORMSC.Nastran，F(xiàn)atigueSAP

3.1、仿真253.1、仿真

其它形式的仿真

---物流系統(tǒng)仿真：ArenaFlexsim

---控制系統(tǒng)仿真：MATLAB

---三維電磁場仿真：ANSoft

3.1、仿真263.2、仿真

系統(tǒng)仿真的結構組成規(guī)律的有機整體。

3.2、仿真273.3、仿真-作用實際系統(tǒng)未建立前，對方案進行論證和修改。（有限元，波音777）2)實際系統(tǒng)建立后，對系統(tǒng)進行改進，尋求最佳參數(shù)。（有限元）3)在系統(tǒng)理論中，可檢驗理論推導。（最優(yōu)控制、大系統(tǒng)分解）4)人員訓練（飛行員，潛艇，核電站）3.3、仿真-作用283.4系統(tǒng)仿真三要素:活動規(guī)則:系統(tǒng)實物模型或數(shù)學模型計算機抽象仿真實驗指以計算機為工具，用模型來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)來進行實驗和研究的一門綜合性技術。3.4系統(tǒng)仿真三要素:活動規(guī)則:系統(tǒng)實物模型或數(shù)學模型計算機293.5系統(tǒng)仿真的分類

（1）根據(jù)系統(tǒng)的特征連續(xù)系統(tǒng)仿真：狀態(tài)是隨時間連續(xù)變化離散事件系統(tǒng)仿真：系統(tǒng)狀態(tài)是在一些時間點上由于某種隨機事件的驅動而發(fā)生變化的系統(tǒng)進行仿真。（2）按仿真實驗中所取的時間標尺τ（模型時間）與自然標尺T之間的比例τ/T=1,實時仿真τ/T≠1,非實時仿真（3）按參與仿真的模型的種類物理仿真數(shù)學仿真半實物仿真3.5系統(tǒng)仿真的分類（1）根據(jù)系統(tǒng)的特征（2）按仿真實302、最新發(fā)展（1）仿真實驗任務的擴展（2）仿真技術的發(fā)展動向向廣闊時空發(fā)展向快速、高效與海量信息通道發(fā)展向規(guī)?；Ｐ托：?，驗證、確認技術發(fā)展向虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展向高水平的一體化，智能化仿真環(huán)境發(fā)展向廣闊的應用領域擴展與其它學科融合虛擬樣機應用，動態(tài)聯(lián)盟的建立2、最新發(fā)展31二、傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程概念設計詳細設計制造物理樣機物理樣機測試產(chǎn)品定型生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問題，修改設計并重新制造樣機傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程實際上是基于實物或半實物模型(樣機)的仿真實驗過程傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程，是一個周而復始的設計－實驗－設計過程，對于結構復雜的系統(tǒng)，這一過程是冗長的，需要耗費大量的時間和資金；

縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本并對市場做出靈活反應成為生產(chǎn)商所追求的目標；

二、傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程概念設計詳細設計制造物理樣機物理樣機測32三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)利用CAD中的三維幾何造型技術，在計算機中建立產(chǎn)品的幾何模型采用計算機仿真技術在幾何模型之上附加其它的功能特性，使之成為產(chǎn)品的數(shù)字樣機（虛擬樣機）再利用虛擬現(xiàn)實技術構建虛擬實驗場，用虛擬模型代替實物模型進行虛擬實驗，實現(xiàn)對設計的驗證

虛擬樣機技術實現(xiàn)了數(shù)字樣機與試驗環(huán)境的集成，是計算機仿真技術的深化和擴展。概念設計詳細設計產(chǎn)品定型生產(chǎn)虛擬樣機測試三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)利用C33波音777飛機的研制采用了全數(shù)字化的虛擬樣機技術整機外形、結構件和各飛行系統(tǒng)100%采用三維數(shù)字化定義，100%應用數(shù)字化預裝配整個設計制造過程沒有完整的模型樣機，一次定型生產(chǎn)成功波音777成本降低了25%，出錯返工率減少了75％，制造周期縮短了50%

虛擬樣機技術的成功應用范例：波音777飛機的研制：三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)波音777飛機的研制采用了全數(shù)字化的虛擬樣機技術虛擬樣34四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件90年代，在Chace的ADAMS計算程序的基礎上，美國MDI(MechanicalDynamicsInc.)公司開發(fā)了機械系統(tǒng)運動學與動力學仿真軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)

在Haug的DADS計算程序的基礎上，比利時LMS公司開發(fā)了機械系統(tǒng)運動學與動力學仿真軟件DADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)

四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件90年代，在Chace的ADAM35它使用交互式的圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)動力學模型可對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析后處理程序可輸出各構件的位移、速度、加速度和反作用力曲線及動畫仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷；計算構件的約束反力作為有限元分析的輸入載荷等ADAMS軟件首先是一個虛擬樣機仿真分析軟件：四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件它使用交互式的圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化36其開放性的程序結構和多種接口，可以成為不同專業(yè)領域用戶進行特定專業(yè)類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)平臺例如，在ADAMS核心模塊基礎上開發(fā)的專業(yè)轎車模塊ADAMS/car，就是一個專業(yè)的虛擬樣機生成工具使用ADAMS/car，工程師可以建立整車的虛擬樣機，修改各種參數(shù)并快速觀察車輛的運轉狀態(tài)、動態(tài)顯示仿真數(shù)據(jù)結果用戶只要在模板中輸入必要的數(shù)據(jù)，ADAMS/car就可以自動建立子系統(tǒng)和整車裝配模型ADAMS軟件也是一個虛擬樣機的開發(fā)平臺：四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件其開放性的程序結構和多種接口，可以成為不同專業(yè)領域用戶進行特37五、虛擬樣機技術應用軟件ADAMS的核心基礎理論

計算多剛體系統(tǒng)動力學：采用程式化的方法，利用計算機來解決復雜機械系統(tǒng)的運動學與動力學的自動建模與數(shù)值分析。1.1687年，牛頓建立了牛頓方程，解決了質(zhì)點的運動學和動力學問題2.歐拉于1725年提出剛體的概念，采用反作用力的概念隔離剛體以描述鉸鏈等約束五、虛擬樣機技術應用軟件ADAMS的核心基礎理論計算多剛體383.1743年，達朗貝爾研究了約束剛體系統(tǒng)，區(qū)分了作用力和反作用力，提出達朗貝爾原理和虛位移原理。這兩個基本定律構成了理論力學中分析動力學問題的基本方法。在理想約束的條件下，即不考慮摩擦或摩擦力不做功，根據(jù)虛功原理，有：上述方程表明：在理想約束的條件下，質(zhì)點系的各個質(zhì)點在任一瞬時所受的主動力和慣性力在虛位移上所作的虛功的和等于零。上述方程稱為動力學普遍方程。六、虛擬樣機技術應用軟件ADAMS的核心基礎理論

3.1743年，達朗貝爾研究了約束剛體系統(tǒng)，區(qū)分了作用力和反39上圖的雙輪滾動系統(tǒng)，兩個均質(zhì)輪子的半徑皆為r，中心用連桿相連，在傾角為α的斜面上作純滾動。設輪子的重量皆為P，對輪心的轉動慣量皆為I，連桿重為Q，求連桿運動的加速度a。上圖的雙輪滾動系統(tǒng)，兩個均質(zhì)輪子的半徑皆為r，中心用連桿相連40

汽車動力學仿真基礎課件414.1788年，拉格朗日發(fā)表了《分析力學》，系統(tǒng)地考慮了約束，提出了廣義坐標的概念，利用變分原理考慮系統(tǒng)的動能和勢能，得出了拉格朗日方程為質(zhì)點系的動能質(zhì)點系由n個質(zhì)點組成，系統(tǒng)具有s個完整約束，并且都是理想約束，因此它是具有(3n-s)個自由度的系統(tǒng)表示系統(tǒng)的廣義坐標，設系統(tǒng)中第i個質(zhì)點的質(zhì)量為mi

4.1788年，拉格朗日發(fā)表了《分析力學》，系統(tǒng)地考慮了約束425.隨著計算機數(shù)值計算方法的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使得利用計算機自動建立復雜機械系統(tǒng)運動學和動力學數(shù)學模型，并自動求解稱為可能1984年Chace和Haug選取每個剛體質(zhì)心在慣性系中的三個直角坐標和確定剛體方位的三個歐拉坐標作為笛卡兒廣義坐標。得到了由剛性微分－代數(shù)方程組表示的多剛體動力學模型。該模型非常適合與計算機自動建模。1989年，Chace進一步應用Gear的剛性積分算法并且采用稀疏矩陣技術提高了計算效率，編制了計算機程序ADAMS，Haug編制了計算機程序DADS。5.隨著計算機數(shù)值計算方法的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使得利用計算43示例：如圖所示的曲柄搖桿機構，已知各桿的長度為l1=120mm，l2=250mm，l3=260mm，l4=300mm，曲柄1均速轉動的角速度為ω1=1rad/s。試分析搖桿3的運動示例：如圖所示的曲柄搖桿機構，已知各桿的長度為l1=120m44車輛動力學基礎車輛動力學基礎451、描述車輛的動力學性能。為什么要研究車輛動力學？研究車輛動力學，為車輛設計、控制服務：2、預測車輛性能并由此產(chǎn)生一個最佳設計方案。3、解釋現(xiàn)有設計中存在的問題，并找出解決方案。1、描述車輛的動力學性能。為什么要研究車輛動力學？研究車輛動46研究內(nèi)容與評價指標1、縱向動力學

3、橫向(操縱)動力學

2、垂向(行駛)動力學

研究內(nèi)容與評價指標1、縱向動力學47研究內(nèi)容與評價指標動力性、燃油經(jīng)濟性安全性：制動、驅動、操縱穩(wěn)定性、被動安全性舒適性：平順性、NVH機動性：通過能力可靠性、耐久性研究內(nèi)容與評價指標動力性、安全性：制動、驅動、舒適性：機動性48以多學科為基礎輪胎力學空氣動力學一般力學體系以多學科為基礎輪胎力學空氣動力學一般力學49車輛動力學的建模方法及基礎理論一、牛頓矢量力學體系：式中：m-----質(zhì)點系總質(zhì)量；

rc-----質(zhì)心位移；

Fi-----外力。式(1)式中：I-----剛體繞某軸的轉動慣量矩陣；

ω-----剛體的角速度投影矩陣；

M0-----外力對于O點的主矩。式(2)牛頓第二定律

歐拉方程

車輛動力學的建模方法及基礎理論一、牛頓矢量力學體系：式中：m50車輛動力學的建模方法及基礎理論二、分析力學體系：式中：ET、Ev、ED-----系統(tǒng)總動能、總勢能、總耗散能；

qi-----描述系統(tǒng)的廣義坐標(主變量)；

Qi-----作用于系統(tǒng)的廣義力(力或力矩)；

n-----系統(tǒng)方程階數(shù)。式(3)拉格朗日方程

虛功率原理

高斯原理

非完整系統(tǒng)動力學車輛動力學的建模方法及基礎理論二、分析力學體系：式中：ET51車輛動力學的建模方法及基礎理論三、多體系統(tǒng)動力學1、以經(jīng)典力學為基礎。3、由計算機建立動力學方程并進行求解。2、多剛體、柔體的運動；采用分布參數(shù)體系。4、ADAMS、SIMAPCK等。車輛動力學的建模方法及基礎理論三、多體系統(tǒng)動力學1、以經(jīng)典力52輪胎的基本功能決定一輛汽車如何轉向、制動和加速的關鍵控制力產(chǎn)生于四塊不大于人手掌大小的接觸區(qū)。1、支撐垂直載荷。3、提供加速和制動所需的縱向力。4、提供轉向所需的側向力。2、緩沖路面引起的振動、沖擊。輪胎的基本功能決定一輛汽車如何轉向、制動和加速53相關書籍推薦余志生主編《汽車理論》第5版（美）ThomasD.Gillespie著.車輛動力學基礎.趙六奇，金達鋒，譯.清華大學出版社吳光強主編.汽車理論.人民交通出版社傅立敏著.汽車空氣動力學.機械工業(yè)出版社喻凡，林逸編著.汽車系統(tǒng)動力學.機械工業(yè)出版社相關書籍推薦余志生主編《汽車理論》第5版541.1、系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互制約、相互依存的若干部分結合在一起而形成的具有特定功能和運動規(guī)律的有機整體。(主傳動系統(tǒng)、施工圖、教學大綱、培養(yǎng)方案、系統(tǒng)框圖）系統(tǒng)的特點：第一，系統(tǒng)的整體性；第二，系統(tǒng)的相關性；第三，系統(tǒng)具有等級結構性；

仿真基礎知識1.1、系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)的特點：仿真基礎知識551.2、系統(tǒng)-定義系統(tǒng)實例-加熱爐溫度控制系統(tǒng)1.2、系統(tǒng)-定義系統(tǒng)實例-加熱爐溫度控制系統(tǒng)561.2、系統(tǒng)-舉例

系統(tǒng)實例-閉環(huán)轉向系統(tǒng)系統(tǒng)實例-工廠經(jīng)濟管理系統(tǒng)1.2、系統(tǒng)-舉例系統(tǒng)實例-閉環(huán)轉向系統(tǒng)系統(tǒng)實例-工廠經(jīng)濟管571.3、系統(tǒng)-特點系統(tǒng)是實體的集合組成系統(tǒng)的實體具有一定的屬性。屬性指組成系統(tǒng)的每一個實體所具有的全部有效特征（如狀態(tài)和參數(shù)等）。系統(tǒng)處于活動之中?；顒邮侵笇嶓w隨時間推移而發(fā)生的屬性變化。

1.3、系統(tǒng)-特點581.3、系統(tǒng)-三要素

性能狀態(tài)

系統(tǒng)狀態(tài)

研究系統(tǒng)，就是研究系統(tǒng)狀態(tài)的變化，即研究系統(tǒng)的動態(tài)特性和運動規(guī)律.

1.3、系統(tǒng)-三要素性能狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)研究系統(tǒng)，就是研究系591.4、系統(tǒng)-分類

描述特性

物理結構和數(shù)學性質(zhì)

可以用有限個變量描述的系統(tǒng)，稱為集中參數(shù)系統(tǒng)(用質(zhì)心描述物體的運動)

需考慮剛體內(nèi)部運動時(物體的扭轉，場)1.4、系統(tǒng)-分類描述特性物理結構和數(shù)學性質(zhì)可以用有限個601.5、機械系統(tǒng)的組成及特點定義：是能夠完成機械功或轉化機械能的機構或機構的組合

特點：機械系統(tǒng)的構件間存在著相對運動相對運動的形式由聯(lián)接各構件的運動副決定

機構：是一種用來傳遞運動和力或改變運動形式的機械裝置。任一機構都是由兩個以上的構件組合而成的1.5、機械系統(tǒng)的組成及特點定義：是能夠完成機械功或轉化機612.1、模型

建?？偸呛头抡嬉黄鹛岢鰜?，他通常是仿真的第一步

實際系統(tǒng)模型計算機建模仿真2.1、模型實際系統(tǒng)模型計算機建模仿真622.2模型的概念模型：是對系統(tǒng)的簡化和抽象。

模型可以描述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，通過對模型進行分析和研究，以達到了解原系統(tǒng)的目的；物理模型根據(jù)相似性理論制造的按一定比例縮小或放大的實物；數(shù)學模型

是系統(tǒng)的本質(zhì)特征的數(shù)學表達式，即用數(shù)學公式來描述所研究的系統(tǒng)的某一方面的規(guī)律

2.2模型的概念模型：是對系統(tǒng)的簡化和抽象。63靜態(tài)模型:一般形式是代數(shù)方程、邏輯表達關系式。動態(tài)模型:動態(tài)模型連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)

確定性模型隨機模型時間離散采樣控制系統(tǒng)：差分、離散狀態(tài)方程、脈沖傳遞函數(shù)離散事件概率型描述（輸出不完全由輸入作用產(chǎn)生）集中參數(shù):常微分、狀態(tài)方程分布參數(shù):偏微分方程

工程動力學系統(tǒng)動力學熱傳導計算機采樣系統(tǒng)交通系統(tǒng)、市場系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、計算機分時系統(tǒng)靜態(tài)模型:一般形式是代數(shù)方程、邏輯表達關系式。動態(tài)模型:64汽車動力學模型分類集中質(zhì)量模型：車輛由眾多零部件構成。在不同工況、不同研究目的中，對這些零部件有不同的處理方法。例如，在制動過程中，車輛作為整體減速，可以假設整車是一個集中質(zhì)量塊，這個質(zhì)量塊的質(zhì)心位置與整車質(zhì)心位置重合，這個質(zhì)量塊擁有與整車相同的質(zhì)量和慣性特性。實際上，加速、制動和大多數(shù)轉向分析，把整車作為一個集中質(zhì)量來研究都可以滿足要求。但在乘坐舒適性研究中，我們不能忽視彈性元件的作用，而必須把整車質(zhì)量分為“懸掛質(zhì)量”和“非懸掛質(zhì)量”。集中參數(shù)仿真模型計算時間短、效率高，所需輸入?yún)?shù)較少，但不能全面地得到系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的運動及其相互的耦合作用，且需要建模者對汽車進行離散化并推導汽車的運動學方程。多體動力學模型：需要建模者給定各部件的詳細特征、運動學約束和系統(tǒng)的拓撲結構，然后由相應軟件工具如：基于Kane方法的SD/FAST，AUTOSIM，SYMBA；基于Euler方法的SD/FAST，AUTOSIM，NASTRAN，SIMPACK；基于Lagrange方法的ADAMS，DADS，MEDYNA，MADYMD等自動建立運動學方程。多體模型包含部件較多，有些參數(shù)難以從試驗中測量得到，因而不能從整體上保證系統(tǒng)的準確性；另外，復雜的模型在計算機上求解時花費時間較長，而且一旦模型出錯，很難準確查找。汽車動力學模型分類集中質(zhì)量模型：車輛由眾多零部件構成。在65集中質(zhì)量平順性研究模型集中質(zhì)量平順性研究模型662.3、模型-建模建模的三個層次：

1)復制有效：建模者將實際系統(tǒng)看成一個黑箱,僅從輸入輸出行為水平上認識系統(tǒng)。

2)預測有效：建模者對實際系統(tǒng)的內(nèi)部運行情況了解清楚,可預測系統(tǒng)將來的狀態(tài)和行為變化,但對內(nèi)部分解結構尚不明了。

3)結構有效：建模者了解系統(tǒng)內(nèi)部運行情況，也了解分解結構。2.3、模型-建模673.1、仿真

直觀上：仿真就是模仿真實的物理世界

---簡單的三維重現(xiàn)(靜態(tài))：Pro/ESolidEdgeSolidWorkUG3DMax

---加入動畫元素(動態(tài))：MayaADAMS

3.1、仿真683.1、仿真

加入各種物理量進行分析（對機械系統(tǒng)而言）

---運動學、動力學分析：ADAMS(位移、速度、加速度分析)MATLAB-SIMULINK

---有限元分析：ANSYSALGORMSC.Nastran，F(xiàn)atigueSAP

3.1、仿真693.1、仿真

其它形式的仿真

---物流系統(tǒng)仿真：ArenaFlexsim

---控制系統(tǒng)仿真：MATLAB

---三維電磁場仿真：ANSoft

3.1、仿真703.2、仿真

系統(tǒng)仿真的結構組成規(guī)律的有機整體。

3.2、仿真713.3、仿真-作用實際系統(tǒng)未建立前，對方案進行論證和修改。（有限元，波音777）2)實際系統(tǒng)建立后，對系統(tǒng)進行改進，尋求最佳參數(shù)。（有限元）3)在系統(tǒng)理論中，可檢驗理論推導。（最優(yōu)控制、大系統(tǒng)分解）4)人員訓練（飛行員，潛艇，核電站）3.3、仿真-作用723.4系統(tǒng)仿真三要素:活動規(guī)則:系統(tǒng)實物模型或數(shù)學模型計算機抽象仿真實驗指以計算機為工具，用模型來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)來進行實驗和研究的一門綜合性技術。3.4系統(tǒng)仿真三要素:活動規(guī)則:系統(tǒng)實物模型或數(shù)學模型計算機733.5系統(tǒng)仿真的分類

（1）根據(jù)系統(tǒng)的特征連續(xù)系統(tǒng)仿真：狀態(tài)是隨時間連續(xù)變化離散事件系統(tǒng)仿真：系統(tǒng)狀態(tài)是在一些時間點上由于某種隨機事件的驅動而發(fā)生變化的系統(tǒng)進行仿真。（2）按仿真實驗中所取的時間標尺τ（模型時間）與自然標尺T之間的比例τ/T=1,實時仿真τ/T≠1,非實時仿真（3）按參與仿真的模型的種類物理仿真數(shù)學仿真半實物仿真3.5系統(tǒng)仿真的分類（1）根據(jù)系統(tǒng)的特征（2）按仿真實742、最新發(fā)展（1）仿真實驗任務的擴展（2）仿真技術的發(fā)展動向向廣闊時空發(fā)展向快速、高效與海量信息通道發(fā)展向規(guī)?；Ｐ托：?，驗證、確認技術發(fā)展向虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展向高水平的一體化，智能化仿真環(huán)境發(fā)展向廣闊的應用領域擴展與其它學科融合虛擬樣機應用，動態(tài)聯(lián)盟的建立2、最新發(fā)展75二、傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程概念設計詳細設計制造物理樣機物理樣機測試產(chǎn)品定型生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問題，修改設計并重新制造樣機傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程實際上是基于實物或半實物模型(樣機)的仿真實驗過程傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程，是一個周而復始的設計－實驗－設計過程，對于結構復雜的系統(tǒng)，這一過程是冗長的，需要耗費大量的時間和資金；

縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本并對市場做出靈活反應成為生產(chǎn)商所追求的目標；

二、傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程概念設計詳細設計制造物理樣機物理樣機測76三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)利用CAD中的三維幾何造型技術，在計算機中建立產(chǎn)品的幾何模型采用計算機仿真技術在幾何模型之上附加其它的功能特性，使之成為產(chǎn)品的數(shù)字樣機（虛擬樣機）再利用虛擬現(xiàn)實技術構建虛擬實驗場，用虛擬模型代替實物模型進行虛擬實驗，實現(xiàn)對設計的驗證

虛擬樣機技術實現(xiàn)了數(shù)字樣機與試驗環(huán)境的集成，是計算機仿真技術的深化和擴展。概念設計詳細設計產(chǎn)品定型生產(chǎn)虛擬樣機測試三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)利用C77波音777飛機的研制采用了全數(shù)字化的虛擬樣機技術整機外形、結構件和各飛行系統(tǒng)100%采用三維數(shù)字化定義，100%應用數(shù)字化預裝配整個設計制造過程沒有完整的模型樣機，一次定型生產(chǎn)成功波音777成本降低了25%，出錯返工率減少了75％，制造周期縮短了50%

虛擬樣機技術的成功應用范例：波音777飛機的研制：三、虛擬樣機技術(VirtualPrototype)波音777飛機的研制采用了全數(shù)字化的虛擬樣機技術虛擬樣78四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件90年代，在Chace的ADAMS計算程序的基礎上，美國MDI(MechanicalDynamicsInc.)公司開發(fā)了機械系統(tǒng)運動學與動力學仿真軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)

在Haug的DADS計算程序的基礎上，比利時LMS公司開發(fā)了機械系統(tǒng)運動學與動力學仿真軟件DADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)

四、虛擬樣機的開發(fā)與分析軟件90年代，在Chace的ADAM79它使用交互式的圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)動力學模型可對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和