请问有哪些比较稳定的多体动力学仿真软件? - 知乎25被浏览4040分享邀请回答24 条评论分享收藏感谢收起&多体动力学
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京网文[0号 京ICP证100780号&p&首先，所有控制系统，不论是搭建单纯的仿真系统还是可以用作SiL或者HiL测试的系统，都是有三块组成的：&/p&&ul&&li&一部分是你的控制软件，也是策略，后期会生成软件刷写到控制器的部分，这个是所有控制模型的核心部分。
&/li&&li&第二部分是高层控制信号输入，比如驾驶员的加速踏板和刹车位置信号；以及环境参数，比如是不是上坡，是不是湿滑路面，环境温度是多少等等。
&/li&&li&第三部分就是你问到的，控制对象的仿真模拟，可以是整车（整车又可以分为XYZ三个轴动力特性的仿真），或者是动力总成（比如混动动力总成包括电机，发动机，变速箱，电池等等），又或者是一个单独的零部件（比如单独的发动机模拟）。这一切叫做Plant，根据你设计的控制系统不同需要选择对应的控制对象来做仿真。
&/li&&/ul&&img src=&/v2-ea556a86d7_b.png& data-rawwidth=&998& data-rawheight=&418& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&998& data-original=&/v2-ea556a86d7_r.png&&&br&&p&说到基于模型的设计，需要考虑很多关于工具链，软件结构，代码效率，是浮点运算还是整型运算等等问题的只是针对上面说到的“控制软件”部分。我们并不会对剩下两部分“高层控制信号”以及“控制对象(Plant)”生成控制代码，他们只是用来仿真而已，所以并不需要过多考虑MBD的问题。&/p&&br&&br&&p&其次，你问到如何搭建整车模型，这其实是一个如何搭建仿真“控制对象Plant”的问题。搭建Plant的时候你先要明确你未来用于仿真的控制软件是什么？是整车级别的控制软件VCU，ESP？还是动力总成级别的控制软件HCU？亦或是发动机控制软件EMS？变速箱控制软件TCU？&/p&&p&你不可能搭建一个“面面俱到”的仿真控制对象，这个复杂程度不仅仅是你研究生博士生能不能搭建出来的问题，有可能你的PC和Matlab根本就没有资源和能力来运行如此复杂的控制系统。&/p&&p&所以这里你先要明确的是你的最终仿真需要服务的“控制软件”对象是谁？
如果只是用在一般动力总成方面仿真的整车纵向动力特性，也是用的最多的整车模型的话，那你的建模对象就是一个无比简化的整车质量块，整车都可以被当作一个整体来处理，需要考虑质量，风阻系数，滑动滚动摩擦系数，轮胎尺寸等等，前面已经有很多人说到了 。&/p&&p&如果你要服务的是ESP，ABS或者悬架控制系统，则需要把整车底盘的簧上质量和簧下质量分开分析，将悬架进行弹性和阻尼系数建模，对轮胎的独立受力进行分析。&/p&&p&脱开具体控制软件谈搭建“控制对象”都是耍流氓。&/p&&p&======================================&/p&&p&&b&相关Live：&/b&&/p&&p&控制策略在 Simulink 中的实现: &a href=&/lives/399872& class=&internal&&知乎 Live - 全新的实时问答&/a&&/p&&p&汽车电控软件工程师面试问与答：&a href=&/lives/659712& class=&internal&&知乎 Live - 全新的实时问答&/a&&/p&&p&车载控制软件设计，从需求到量产：&a href=&/lives/770496& class=&internal&&知乎 Live - 全新的实时问答&/a&&/p&&p&&b&相关回答：&/b&&/p&&p&&a href=&/question//answer/& class=&internal&&什么是自动代码生成技术？这种技术有什么优点？ - 一个kebab 的回答 - 知乎&/a&&/p&&p&&a href=&/question//answer/& class=&internal&&请明白人通俗的解释一下什么叫硬件在环？ - 一个kebab 的回答 - 知乎&/a&&/p&&p&&a href=&/question//answer/& class=&internal&&汽车开发中的快速原型和基于模型设计的区别 dspace 有什么作用？&/a&&/p&
首先，所有控制系统，不论是搭建单纯的仿真系统还是可以用作SiL或者HiL测试的系统，都是有三块组成的：一部分是你的控制软件，也是策略，后期会生成软件刷写到控制器的部分，这个是所有控制模型的核心部分。
第二部分是高层控制信号输入，比如驾驶员的加速…
&p&&b&主要推荐国外几位大牛的书:&/b&
1. 计算多体系统动力学奠基人 E.J Haug 的 &b&&i&Computer-Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems&/i&&/b&.
有译本&b&《机械系统的计算机辅助运动学和动力学》&/b&(绝版, 不过应该可以百度到PDF). 这本书提出了多刚体系统建模的笛卡尔绝对坐标方法, 内容很全: 矢量代数、数值分析等的基础知识和编程技巧都有涉及.&/p&&p&2.
Parviz E. Nikravesh
&i&&b&Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems&/b&&/i&.
个人感觉这本书是所有多体动力学教材里讲解最浅显易懂的, 不过因为出版的比较早(1988), 书中程序用的是 Fortran, 参考下就好了, 不要跳 Fortran 的坑.
(2) &i&&b&Planar Multibody Dynamics：Formulation，Programing, and Application&/b&&/i&.
内容只包含平面多体动力学部分, 但讲解深入浅出, 公式和原理都很简单, 也容易推广到空间多体动力学的的情况; 书中有几个机构实例详细的 Matlab 代码. &/p&&p&3. A. A Shabana
(1) 如果对多柔体系统动力学感兴趣的话, 推荐 &i&&b&Dynamics of Multibody Dynamics&/b&. &/i&
(2) 也有多刚体动力学的著作 &i&&b&Computational Dynamics&/b&&/i&.
Shabana 教授是 &i&Absolute Nodal Coordinate Formulation&/i& (绝对节点坐标方法) 的提出者, ANCF也是目前多体动力学领域的研究热点.&/p&&p&4. Wittenburg 的 &i&&b&Dynamics of Multibody Dynamics&/b&.&/i&
是多体动力学领域的第一本教材, 将图论方法引入到多体动力学中, 奠定了相对坐标方法的基础. &/p&&p&5. Garcia de Jalon 的 &b&&i&Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody Systems: The Real-Time Challenge&/i&&/b&.
这本书提出了自然坐标方法, 这种方法相较于绝对坐标方法具有质量矩阵为常值、铰约束方程的雅可比矩阵为线性代数式、未知变量数适中等独特优点.&/p&&p&=====================================================================
以上不用都看, 如果有需要, 挑一本读仔细读透彻, 自己跟着教材多推推公式、多写写代码就好~~~
=====================================================================&/p&&p&国内的：
1. 上海交大刘延柱的&b&《多体系统动力学 第二版》&/b&, 对多体系统动力学的发展史做了归纳, 内容涵盖了基本的动力学方程、数值方法，多体动力学领域的几大流派：绝对坐标方法、相对坐标方法、Kane方法、旋量方法、变分方法等，以及多柔体系统动力学中的浮动坐标方法、绝对节点坐标方法等等. 内容很全，缺点就是讲解得都不详细, 适合当手册, 不适合用来入门.&/p&&p&2. 上海交大洪嘉振的&b&《计算多体系统动力学》&/b&, 主要内容就是两大流派：相对坐标方法和笛卡尔绝对坐标方法两大部分. 我个人的感觉是符号系统比较恶心, 笛卡尔绝对坐标方法部分的内容和 Haug 的书比较类似.&/p&&p&3. 华科陈立平/张云清的&b&《机械系统动力学及 ADAMS 应用》&/b&. 个人感觉还不错, 不过理论内容相对较少 (基本是照搬 Haug 的书), 另外, 还有多体动力学商业软件 MSC.Adams 的应用. 值得一提, 第2章对多体动力学的发展史及各大流派做的总结不错, 有助于建立对这门学科的总体认识和知识框架.&/p&&p&====================================================================&/p&&p&还有其他的, 不过感觉以上这些书已经够好了，我自己乱七八糟的书看得比较杂. 有兴趣或者研究方向相近的童鞋, 可以留言交流学习啊~~~~~~&/p&
主要推荐国外几位大牛的书:
1. 计算多体系统动力学奠基人 E.J Haug 的 Computer-Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical Systems.
有译本《机械系统的计算机辅助运动学和动力学》(绝版, 不过应该可以百度到PDF). 这本书提出了多刚体系统建模的笛卡尔…
&p&有空正式来答题。本回答分两部分，第一部分针对题主的需求谈建模的方法，第二部分谈通用化的汽车动力学模型建立过程。&br&&/p&&ol&&li&第一部分&br&&/li&&/ol&&p&看了题主在不同回答下的回复，将题主的要求总结如下：&/p&&p&1. 题主有MicroAutoBox，希望搭建的车辆动力学模型能在其中实时运行，&/p&&p&2. “模型应能满足车辆的动力性能分析、转向差速协调分析、各种路面条件下的直行稳定性分析（混合动力源，轮边电机驱动），可以进行半实物仿真验证”&/p&&p&3. 完全使用simulink搭建整车动力学模型，并考虑后续基于模型的代码生成MBD及验证&br&&/p&&p&说句心里话，对于这些要求并不是十分理解，引用一下自己的回复：&/p&&blockquote&把控制器和被控对象打包在一起，离线仿真和实时仿真的结果基本不会有区别（MABXII运行Simulink模型肯定不能算是半实物仿真，也不算硬件在环，也不算快速控制原型，顶多算个实时仿真，也就能验证一下控制器+被控对象的复杂度满足实时性要求）。&br&如果控制闭环由人的参与，这种方式是合理的，人操作方向盘、踏板等，实时系统采集，计算，并通过图像显示在屏幕上，人再通过图像决定输入&br&如果算法和被控对象运行在两个独立的实时系统上也是合理的，可以用来纠正总线传输与控制时序带来的问题&br&但你说把两者绑在一起，还不需要别的因素介入，我是觉得没有必要，离线仿真就可以了&/blockquote&&p&去掉不好理解的部分，我对题主需求的总结是：建立一个用于多轮独立驱动控制方法开发的车辆动力学模型，这个独立驱动控制算法要满足动力性要求、稳定性要求（差速的话所有车轮使用转矩控制就可以了，暂且不提，详情分析可见《电动轮驱动汽车电子差速控制策略及仿真_靳立强》）&/p&&p&根据需求，车辆动力学模型最少包含七个动力学自由度（车体的纵向、侧向、横摆运动，四个车轮的旋转运动），车轮多于四个的话自由度依次增加，如果需要考虑悬架的影响，每个车轮还需要增加垂直跳动的自由度。轮胎模型如果不做非线性区的稳定性控制，基本的查表模型就可以；否则就要用能较好反映纵侧向耦合特性的解析模型，比较推荐郭老的轮胎模型，MF在纵侧向都到极限时有些问题。在基本模型以外，还需要根据具体需要建立其它系统的模型，比如电机模型、电池模型、DCDC模型、发动机模型（可以查表）、变速箱模型等等。&/p&&p&个人认为自己搭建的模型问题还是不少，如果是为了理解汽车动力学模型，可以自己做，但如果是为了项目服务，还是得到广泛使用的模型比较好，比如CarSim，去淘宝看看会有惊喜。&/p&&p&2 第二部分：汽车动力学建模过程&/p&&p&现在使用Simulink或C进行车辆动力学建模的理论依据应该是递推动力学，给定模型状态的初始值，通过数值积分不断迭代。所谓模型的动力学自由度，指模型中包含微分方程的个数。模型的计算过程可分为三个阶段：运动学、静力学、动力学，以下进行说明。&/p&&p&运动学指从一些状态量推算另一些状态量的过程。车辆动力学建模中常用的坐标系包括：惯性坐标系、车体坐标系、车轮坐标系、轮胎坐标系，同一个物理矢量需要在不同的坐标系中进行变换。比如通过车体纵向、侧向、垂向、侧倾、俯仰、横摆计算悬架上支点速度，再加上车轮垂直跳动速度计算轮心速度，再加上车轮旋转速度计算接地印迹中心速度。&/p&&p&静力学指由状态计算力的过程。比如通过轮胎模型计算车轮运动产生的轮胎力，通过悬架上下支点的相对运动计算弹簧力、阻尼力，通过速度计算空气阻力等等。&/p&&p&动力学指由力计算运动的过程，就是牛顿方程。然后通过数值积分获得下一个时刻的状态。&/p&&p&每个时刻需要计算这三步，然后不断重复，直至到预定的仿真时间。&/p&&p&分模块来说的话，通过包括车体、车轮、轮胎、悬架、转向、动力传动、空气动力学等等，只要划分好模块间的接口，很容易进行替换。具体的建模过程可以看这篇论文&a href=&///?target=http%3A//papers.sae.org/7/& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&14 Degree-of-Freedom Vehicle Model for Roll Dynamics Study&i class=&icon-external&&&/i&&/a&，讲的很不错。&/p&&p&其实自由度满足需求就好，不用追求太高，下图是当时写作业建的七自由度模型和CarSim的对比，主要的特性已经有了。CarSim也不过是十四自由度的车体、车轮模型，但是加了很多的修正，在北美得到了广泛应用。&/p&&img src=&/v2-905b43a5e8a3c35404eedf_b.png& data-rawwidth=&302& data-rawheight=&227& class=&content_image& width=&302&&
有空正式来答题。本回答分两部分，第一部分针对题主的需求谈建模的方法，第二部分谈通用化的汽车动力学模型建立过程。 第一部分 看了题主在不同回答下的回复，将题主的要求总结如下：1. 题主有MicroAutoBox，希望搭建的车辆动力学模型能在其中实时运行，2. …
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