車輛地面力學
關注創建者：葛俊 創建時間：2016-12-02
車輛地面力學的實例教程
背景及需求
通過性能也稱為越野性能，是車輛重要的性能之一，指在一定車載質量下，車輛能以足夠高的平均車速通過各種壞路及無路地帶和克服各種障礙的能力。其中的壞路或無路地帶指松軟土壤、沙漠、礫石、雪地等松軟地面及坎坷不平地段；各種障礙是指陡坡、側坡、壕溝等。根據車輛理論，許多因素都影響著車輛的通過性。概括起來主要有：動力來源方面，即發動機性能的好壞及驅動方式；車輛構造方面，包括驅動橋形式、車架形式；外形方面，如整車的流線型以及整體布局；與輪胎有關方面，如輪胎構型、材料等。行駛在地面上的車輛，輪胎是其與地面之間唯一的接觸部件，除空氣動力的作用和重力外，所有來自地面的作用力和力矩都由輪胎來傳遞或承擔。因此，探究地面—輪胎—整車相互作用，建立更接近地面—輪胎—整車系統實際工作狀況的模型是研究探尋車輛通過性和牽引特性的有效途徑，而這也是地面車輛力學中的重要內容。
圖1 越野車輛
本方案基于離散元仿真，結合車輛仿真標準方法—多體動力學方法，形成顆粒力學-多體動力學耦合仿真平臺，在保證從細觀角度考察地面土壤的動態行為及輪胎與地面土壤接觸受力同時，能夠充分考察車輛的轉向性能、越障性能、牽引性能、行駛平順性、操縱穩定性等，為設計軍用/民用越野車輛、軍用裝甲車輛、農業機械、礦山機械及深空探測車輛等提供指導，對國防建設和國民經濟發展都具有重大意義。
展開 Challenge
在與美國陸軍(TARDEC)合作后，GLSV正在尋找一種方法來開發一種有效的主動噪聲消除(ANC)系統，以減少進氣和排氣噪聲，并降低軍用地面車輛和發電機組中的風機和鼓風機所使用的高性能風扇的噪聲。
Benefits
使用ESI集團VA One, GLSV能夠在開發周期的各個階段中對排氣和風扇噪聲的有源噪聲控制(ANC)系統進行設計、分析和驗證。最大的收益是縮短了產品開發周期。
“VA One不僅引導我們采用高效，優化的振動聲學解決方案，而且還引領了評估有源噪聲控制策略的方法?！?—— Greg Kangas
Engineering Project Leader Great Lakes Sound& Vibration
Story
Great Lakes Sound＆Vibration（GLSV）成立于1996年，致力于解決聲學，沖擊和振動問題。如今，GLSV具有綜合解決工程問題的能力，在國防，海運，汽車，越野和休閑車市場擁有強大的背景。他們的優勢在于解決挑戰性問題時的多樣性和能力，這需要廣泛的知識和綜合的能力。GLSV與美國陸軍坦克汽車研究，開發和工程中心（TARDEC）合作時，目標是開發有源噪聲消除（ANC）系統，減少在軍用地面車輛和發電機中使用的風扇和鼓風機的進、排氣以及高性能風扇的噪聲。
由于之前的仿真經驗, GLSV知道VA ONE將是這項工作的最佳工具。在開發周期的各個階段，GLSV利用VA One設計、分析和驗證了有源消聲(ANC)系統的開發，以消除排氣和風扇噪聲。他們開發用于低頻(低于300hz) 進、排氣噪聲，以及中頻(低于1400 Hz)風扇噪聲的ANC系統。
展開 對各種車輛測試事件中收集到的數據進行對比，以驗證模型的準確性。
通過對比與車輛行為、動力學及乘坐品質有關的指標對模型進行驗證。
用 Adams 模型預測車輛性能
隨后采用經過驗證的 Adams 模型來仿真各種車輛事件，用以評估車輛的性能和機動性。
這些事件包括模擬真實戰場場景的道路及越野行駛。
對典型的軍事道路評估事件進行了仿真，例如雙車道變道可展示極限操控性能、半圓形道路可展示乘坐品質、爬階梯可展示障礙物通行能力，這些仿真與測試結果非常吻合。
由于在實現某些任務目標時，有可能需要在毫無準備的地形上進行操作，因此對越野性能的評估至關重要。
越野建模中最重要的一點就是地面力學的表述；
土壤性質以及輪胎與土壤表面之間的相互作用。
本方案中采用了簡單模型和精細模型來描述地面力學。
簡單地面力學模型采用基于實驗測量的經驗關系來預測可變形地形對車輛操作的響應。
該方法計算效率高，可依據定義明確的牽引和爬坡分析來評估車輛性能。
而且該方法還能用于各種掃描過的地形形態，以便進行更廣泛的越野性能分析。
另外，由于該方法計算效率高，能支持隨機分析方法，在仿真時可以從統計的角度將因模型和地形輸入的變化而引起的不確定性考慮在內。
展開 六軸寬軌12自由度車輛--地面不平順耦合模型 條件:剛性路面 車輛特點:12自由度 車橋耦合動力學數值模擬分析
來源 | 同濟智能車研究所
編者按：近年來，隨著汽車智能化技術的飛速發展，軌跡跟蹤控制作為智能車輛的重點研究問題，成為國內外學者廣泛關注的熱點。四輪轉向車輛可控自由度高，能有效改善車輛行駛的操縱性、穩定性及安全性，是汽車未來發展的重要方向之一。目前大多數的軌跡跟蹤控制的研究集中于前輪轉向的車輛上，而對四輪轉向車輛的軌跡跟蹤控制的關注較少。這篇文章提出了一種基于四輪轉向自主地面車輛的路徑跟蹤控制方法，具有前瞻性的研究意義。
摘要：在本研究中，提出了一種新型四輪轉向電動汽車作為自主地面車輛。本文的目的是研究四輪轉向自主地面車輛智能駕駛的路徑跟蹤控制算法。在單軌模型的基礎上，建立了用于軌跡跟蹤控制器設計的軌跡跟蹤模型。接著建立了線性變參數系統模型，使路徑跟蹤控制器能夠適應不同的縱向速度和路面摩擦系數。再者，設計了一種用于路徑跟蹤的線性二次型調節器控制器，并進行了穩定性分析。為了消除干擾引起的誤差，將前饋控制與線性二次型調節器控制器相結合。
為了驗證所設計控制器的路徑跟蹤性能，基于在CarSim中建立的高保真整車模型進行了數值仿真。此外，還進行了實際道路試驗。仿真和實驗結果表明，所設計的控制器具有良好的路徑跟蹤性能。另外，路徑跟蹤控制器對不同的縱向速度和路面摩擦系數具有良好的魯棒性。
關鍵詞：四輪轉向，自主地面車輛，路徑跟蹤，線性變參數系統
1 引言
近年來，隨著各種交通問題（包括擁堵和事故）的增加，自主地面車輛（AGV）已成為研究的熱點。
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六軸寬軌12自由度車輛--地面不平順耦合模型 條件:剛性路面 車輛特點:12自由度 車橋耦合動力學數值模擬分析
來源 | 同濟智能車研究所
編者按：近年來，隨著汽車智能化技術的飛速發展，軌跡跟蹤控制作為智能車輛的重點研究問題，成為國內外學者廣泛關注的熱點。四輪轉向車輛可控自由度高，能有效改善車輛行駛的操縱性、穩定性及安全性，是汽車未來發展的重要方向之一。目前大多數的軌跡跟蹤控制的研究集中于前輪轉向的車輛上，而對四輪轉向車輛的軌跡跟蹤控制的關注較少。這篇文章提出了一種基于四輪轉向自主地面車輛的路徑跟蹤控制方法
一、計算任務：并基于ABAQUS軟件對輪胎和路面的耦合模型進行有限元仿真分析，并賦予輪胎不同的載荷，不同的初始速度，不同的減速度，不同的輪胎胎壓以及不同滑移率還有不同的路面摩擦系數等參數進行耦合模型的分析，以此得到路面在制動工況下的法向位移和Mises應力以及水平剪切應力的變化規律。
二、仿真計算采用的設備基本情況：6個CPU，32G
三、仿真模型的處理技術：
①進行載荷步定義的時候，
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在戰場上，地面車輛的機動性堪稱任務成功與否的分水嶺。當今的國防環境需要打造一種可快速部署、高機動性的車輛平臺，能夠在各種地形和道路類型之間可靠地操作。近年來，針對不同的環境條件和操作場景進行性能評估的車輛仿真能力已大幅提升。
為了支持下一代北約參考機動性模型（NG-NRMM）
Challenge
在與美國陸軍(TARDEC)合作后，GLSV正在尋找一種方法來開發一種有效的主動噪聲消除(ANC)系統，以減少進氣和排氣噪聲，并降低軍用地面車輛和發電機組中的風機和鼓風機所使用的高性能風扇的噪聲。
Benefits
使用ESI集團VA One, GLSV能夠在開發周期的各個階段中對排氣和風扇噪聲的有源噪聲控制(ANC)系統進行設計、分析和驗證。最大的收益是縮短了產品開發周期
因此，探究地面—輪胎—整車相互作用，建立更接近地面—輪胎—整車系統實際工作狀況的模型是研究探尋車輛通過性和牽引特性的有效途徑，而這也是地面車輛力學中的重要內容。
因此，探究地面—輪胎—整車相互作用，建立更接近地面—輪胎—整車系統實際工作狀況的模型是研究探尋車輛通過性和牽引特性的有效途徑，而這也是地面車輛力學中的重要內容。
尊敬的女士/先生：
當前 ，CFD技術已貫穿于汽車開發的整個設計流程中，發揮了顯著的經濟效益。作為致力于工程研發和創新服務的新型企業，?；萍级嗄陙碓谄嚬こ填I域中不斷探索積累，形成了獨特的1 D + 3 D CFD綜合解決方案，并積累了大量使用經驗。為促進業內專業人士的交流、將已有成果加以分享、時刻跟進汽車領域的新發展并在未知領域與客戶共同求索，海基科技將于2016年7月13日在沈陽舉辦“車輛領域計算流體力學應用技術沙龍
