第一篇：化學動力學的研究與應用

化學動力學的研究及其應用

1110712 胡景皓

摘要: 化學動力學研究的對象包括化學反應進行的條件（溫度、壓強、濃度、介質）對化學過程速率的影響，反應的歷程（反應機理），物質的結構與化學反應能力之間的關系。

關鍵詞：放射性測定，蛻變速率，半衰期，放射性同位素

1.化學動力學的研究領域

化學動力學作為物理化學學科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學反應的機理與速率的科學?；瘜W動力學的發展經歷了從現象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學動力學和微觀反應動力學,后者又稱分子反應動力學。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反應的機理,相繼建立了多維勢能面來研究反應的進程,被譽為微觀反應動力學誕生的里程碑。七十年代以來,分子束和激光技術的發展并在動力學研究中廣泛應用,促使反應動力學的研究得到長足進步。1986年諾貝爾化等獎授予這個領域的三位著名化學家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,標志著化學反應動力學的重要性,以及目前已經取得的進展和達到的水平。

2.化學動力學的研究方法

2.1.唯象動力學研究方法

也稱經典化學動力學研究方法，它是從化學動力學的原始實驗數據──濃度c與時間t的關系──出發，經過分析獲得某些反應動力學參數──反應速率常2 數 k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數可以表征反應體系的速率特征，常用的關系式有：

式中r為反應速率；A、B、C、D為各物質的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質A、B、C、D的級數；R為氣體常數；T 為熱力學溫度。

化學動力學參數是探討反應機理的有效數據。20世紀前半葉，大量的研究工作都是對這些參數的測定、理論分析以及利用參數來研究反應機理。但是，反應機理的確認主要依賴于檢出和分析反應中間物的能力。20世紀后期，自由基鏈式反應動力學研究的普遍開展，給化學動力學帶來兩個發展趨向：一是對元反應動力學的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學、激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。對暫態活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變為皮秒級。

2．1.1分子反應動力學研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學反應是具有一定量子態的反應物分子間的互相碰撞，進行原子重排，產生一定量子態的產物分子以至互相分離的單次反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，它是在反應體系的超勢能面上一個代表體系的質點越過反應勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確的勢能面，并應用力學定律計算具有代表性的點在其上的運動軌跡，就能計算反應速率和化學動力學的參數。3

分子勢能面

但是，除了少數很簡單的化學反應以外，量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論(如雙分子反應碰撞理論、過渡態理論)仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用于非?？斓姆磻?。盡管對平衡假設的適用性研究已經很多，但完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。

在60年代，對化學反應進行分子水平的實驗研究還難以做到。經典的化學動力學實驗方法不能制備單一量子態的反應物，也不能檢測由單次反應碰撞所產生的初生態產物。分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對研究化學元反應動力學的應用，使在實驗上研究單次反應碰撞成為可能。分子束實驗已經獲得了許多經典化學動力學無法取得的關于化學元反應的微觀信息，分子反應動力學是現代化學動力學的一個前沿陣地。4 它應用現代物理化學的先進分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態下和不同分子體系中單分子的基元化學反應的動態結構，反應過程和反應機理。它從分子的微觀層次出發研究基元反應過程的速率和機理，著重于從分子的內部運動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學基元過程的動態學行為。中科院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室在這方面研究有突出的貢獻。

3.化學動力學的應用

化學動力學是一個應用非常廣泛的科學領域，如何較準確地測定考古挖掘物的年代，是考古學家們需要解決的重要課題。自20世紀中葉以來，科學家用先進技術解決了這一問題，即用放射性碳測定年代的技術。

碳的同位素主要是穩定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大氣永恒地承受著穿透能力極強的宇宙線照射。這些射線來自于外層空間，它是由電子、中子和原子核組成的。大氣與宇宙線間的重要反心之一是中子被大氣中的氮-14捕獲產生了放射性的碳-14和氫：

14711N?0n???146C?1H

放射性的碳原子最終生成了14CO2，它與普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的豐度占碳總量的98.89%）在空氣中混合。同位素碳-14蛻變放射出粒子（電子），其蛻變速率由每秒放射出的電子數來測定。蛻變為一級反應，其速率方程式為：v?kN

K為一級反應速率系數；N為所存在的14C核的數目。蛻變的半衰期為5.730.6933×103年 k=5.73?10a=1.21×10-4a-1

當植物進行光合作用吸收了CO2的時候，C同位素進入了生物圈。動物吃了植物，在新陳代謝中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而導致碳-14以多種形式參與了碳在自然界中的循環。因反射蛻變減少了的14C又不斷地被大氣中新產生的1

414C補充著。在蛻變補充的過程中，建立了動平衡。因此14C與12C的比例在生命

14體內保持恒定。當植物或動物死亡之后，其中的碳-14不再得到補充。由于C蛻變過程沒有終止，死亡了的生命中14C所占的比例將減少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也發生著同樣的變化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核與活著人們的體內14C與12C的比例隨著年代的增長成正比地減少。

1955年，W．P．Libby（美國化學家）提出，這一事實能用于估算某特定樣品在沒有補充14C的情況下，碳-14同位素已經蛻變的時間。

ln根據co(A)Nolnc(A)= k t，可以寫出N=kt

時所存在的14C核數；時所存在的14C核數。

因為蛻變速率正比存在的14C核數，上述方程可寫作：

1NolnN t=k1v1vnewln?ln?4?41.21?10av1.21?10avold ' t=若已知新（new）、舊（old）樣品的蛻變速率v，就能計算出t，即舊樣品的年齡。這種有獨創性的技術是以極簡單的概念為基礎的。W．F．Libby奠定了這一技術的基礎，為此他榮獲了1960年的Nobel化學獎。

“碳-14測定年代法”的成功與否，取決于能精確地測量蛻變速率。在活著（new）的生物體內14C／12C為1/1012,14C的量如此之少，所用儀器的檢測器對放射性蛻變要特別靈敏。對年代久遠的樣品來說，要達到較高的精確度就更加困難。盡管如此，這一技術已成為考古學中判斷古生物年齡的重要方法，可以用來判斷遠離現在（1000-50000）年之久的生物化石、繪畫和木乃伊等。

參考文獻：

國漢賢.《應用化工動力學》.北京.化學工業出版社.2003 《無機化學》第五版.大連理工大學無機化學教研室編.西南交通大學出版社，2004 文章《化學與文物考古》.梁宏斌.2005 《物理化學》南京大學化學化工學院（第五版）傅獻彩 沈文霞 姚天揚 侯文華編.高等教育出版社.2006

第二篇：化學動力學學習心得

化學動力學學習心得

姓名：xx

學號：xx 1 什么是化學動力學

人類的生產實踐離不開能量,幾千年來使用的主要是化學能,即通過化學變化取得能量。人類從發明鉆木取火就開始認識到化學能帶來的好處。火藥的發明使化學能與社會生活的關系更加密切欲取得化學能,必須使物質起化學變化,變化的速率越快獲得能量的效率就越高。十九世紀中葉由于蒸汽機的發展,對鋼鐵和煤的需求急劇上升,礦主們已不能滿足火藥的效變,天才的諾貝爾發明了炸藥。炸藥的反應速率之快超出人們的想像，所以人類社會的要求是與化學反應的速率問題不可分的。化學動力學正是研究化學反應的速度的科學?；瘜W動力學作為物理化學學科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學反應的機理與速率的科學。化學動力學的發展經歷了從現象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學動力學和微觀反應動力學,后者又稱分子反應動力學。

2化學動力學發展歷史

百年來化學動力學歷經的三大發展階段:宏觀反應動力學階段、元反應動力學階段和微觀反應動力學階段。這三大階段也體現了化學動力學研究領域和研究方法及技術手段的變化發展歷程。2.1宏觀反應動力學階段

化學動力學作為一門獨立的學科,它的發展歷史始于質量作用定律的建立。宏觀反應動力學階段是研究發展的初始階段,大體上是從19世紀后半葉到20世紀初,主要特點是改變宏觀條件,如溫度、壓力、濃度等來研究對總反應速率的影響,其間有3次諾貝爾化學獎頒給了與此相關的化學家。這一階段的主要標志是質量作用定律的確立和阿倫尼烏斯公式的提出。2.2元反應動力學階段

元反應動力學階段始于20世紀初至20世紀50年代前后,這是宏觀反應動力學向微觀反應動力學過渡的重要階段。其主要貢獻是反應速率理論的提出、鏈反應的發現、快速化學反應的研究、同位素示蹤法在化學動力學研究上的廣泛應用以及新研究方法和新實驗技術的形成,由此促使化學動力學的發展趨于成熟。在此階段有3次諾貝爾化學獎頒給了對化學動力學發展做出貢獻的化學家。2.3微觀反應動力學階段

微觀反應動力學階段是20世紀50年代以后化學動力學發展的又一新階段。這一階段最重要的特點是研究方法和技術手段的創新,特別是隨著分子束技術和激光技術在研究中的應用而開創了分子反應動力學研究新領域,帶來了眾多的新成果。尤其是20世紀80年代以來,僅從1986年到2002年的10多年間就有7次諾貝爾化學獎頒給了與此相關的化學家,可見其前沿性和創新性。

3化學動力學研究方法

3.1唯象動力學研究方法

也稱經典化學動力學研究方法，它是從化學動力學的原始實驗數據──濃度c與時間t的關系──出發，經過分析獲得某些反應動力學參數──反應速率常數 k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數可以表征反應體系的速率特征，常用的關系式有：

式中r為反應速率；A、B、C、D為各物質的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質A、B、C、D的級數；R為氣體常數；T 為熱力學溫度。

化學動力學參數是探討反應機理的有效數據。20世紀前半葉，大量的研究工作都是對這些參數的測定、理論分析以及利用參數來研究反應機理。但是，反應機理的確認主要依賴于檢出和分析反應中間物的能力。20世紀后期，自由基鏈式反應動力學研究的普遍開展，給化學動力學帶來兩個發展趨向：一是對元反應動力學的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學、激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。對暫態活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變為皮秒級。3.2分子反應動力學研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學反應是具有一定量子態的反應物分子間的互相碰撞，進行原子重排，產生一定量子態的產物分子以至互相分離的單次反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，它是在反應體系的超勢能面上一個代表體系的質點越過反應勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確的勢能面，并應用力學定律計算具有代表性的點在其上的運動軌跡，就能計算反應速率和化學動力學的參數。但是，除了少數很簡單的化學反應以外，量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論(如雙分子反應碰撞理論、過渡態理論)仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用于非常快的反應。盡管對平衡假設的適用性研究已經很多，但完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。在60年代，對化學反應進行分子水平的實驗研究還難以做到。它應用現代物理化學的先進分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態下和不同分子體系中單分子的基元化學反應的動態結構，反應過程和反應機理。它從分子的微觀層次出發研究基元反應過程的速率和機理，著重于從分子的內部運動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學基元過程的動態學行為。中科院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室在這方面研究有突出的貢獻。結語及啟發

近百年來,化學動力學進展的速度很快, 氫原子里德堡飛渡時間譜技術、改進的通用型分子束儀器以及理論化學動力學研究推動了有關基元化學反應過程的態-態動力學、多通道反應動力學以及反應動力學中的共振等研究，近年來,在近場光學技術基礎上發展起來的掃描近場光學顯微鏡,突破了光學顯微鏡半波長的極限限制,分辨率達到10nm,可以分辨單個大分子。這一方面應歸功于相鄰學科基礎理論和技術上的進展,另一方面也應歸功于實驗方法和檢測手段的快速發展。理論和實驗的緊密配合可以幫助科學家深入了解各種基元化學過程是如何發生的,而更精細的實驗結果與更精準的理論研究的互動則是這一研究領域得以繼續發展的強大動力。實踐再一次證明:理論與實踐的緊密結合是科學得以發展的必由之路。

第三篇：化學動力學與催化課程總結

化學動力學與催化課程總結

化學動力學與催化中的化學反應動力學部分是物理化學研究的領域之一。在《物理化學》這門課程的多個版本的教材中，都有對化學反應動力學或詳或略的介紹?；瘜W反應動力學研究化學反應進行的條件對化學反應過程速率的影響、化學反應的歷程和物質的結構與化學反應能力之間的關系這三個方面的內容。

化學反應動力學基礎包括經典反應動力學的基本定理，簡單級次反應，典型的復雜反應和反應動力學的實驗方法等方面的內容。

對于任意一個化學反應，我們描述其反應機理可用總包反應中的基元反應來表達。在基元反應動力學這部分中，我們分別學習了分子碰撞理論和過渡態理論這兩種不同的描述形式。通過學習，我們由這兩種形式得出共同共同的指數形式的結論。這說明，不論我們用哪種理論來描述基元反應過程，其最終的結果都是接近反應的真實形式，其間引入的條件不同，得到結論的接近程度也不相同。

由基元反應我們進一步學習了鏈反應這種在某種程度上可看似自發的連鎖反應。不同的條件下鏈反應的變現形式也不盡相同，在最基本的支鏈反應和支鏈反應為單元的骨架下，鏈反應可呈現多種多樣的形式。鏈反應給我的最初印象猶如核聚變或蝴蝶效應。但是在一個看似簡單的化學反應中，通過不同的自由基的確定，分化出若干個詳細的具體的化學反應，這個過程和結果還是十分有趣的。

由于參與化學反應的反應物和生成物的存在形式可能不同，在化學反應動力學中，又分為均相反應和非均相反應-即復相反應。均相反應分為氣相反應和液相反應。相對來說，氣相反應比較簡單，用碰撞理論和過渡態理論比較好解釋。液相反應比較復雜，對擴散的分析和動力學的分析用到了大量數學模型和假說。另外，液相離子反應相對液相分子反應考慮的物理因素更多，分析也更為繁瑣。

復相反應是化學工程工藝中接觸較多的反應類型，也即實際生活中用到較多的反應類型。人們把其中的固-氣界面反應和固-液界面反應稱為表面反應。為了研究表面反應，人們建立了以物理假說為基礎的數學模型，并通過數學模型建立了多個等溫式和研究機理。實驗表明，這些機理在某些條件下可很好的解釋并計算表面反應，為人們分析、計算并預測表面反應提供了便利條件。

在催化部分，我們學習了不同的催化形式。其中酸堿催化和酶的催化對于我們以后的學習、工作尤為重要。酶是生命進化史上的一大奇跡，它的出現，使很多在常溫常壓下不可能的化學反應成為可能。似乎在暗示我們，今后可以用仿生學原理，在化工材料的生產應用方面大有作為。

第四篇：系統動力學研究綜述

系統動力學研究綜述

摘要

本文首先對系統動力學進行簡要概述，并回顧其在國外和國內的發展歷程。其次通過對文獻綜述的方式，對系統動力學的研究領域進行梳理和羅列，并且介紹了系統動力學的研究成果和應用情況。本文的目的在于對系統動力學的發展和應用進行清洗明確的概括的，增進系統動力學的了解，并表述其目前的發展趨勢。

關鍵詞：系統動力學、綜述、應用現狀、研究成果

一、引言

系統動力學自創立以來，其理論、方法和工具不斷完善，應用范圍不斷拓展，在解決經濟、社會、環境、生態、能源、農業、工業、軍事等諸多領域的復雜問題中發揮了重要作用。隨著現代社會復雜性、動態性、多變性等問題的逐步加劇，更加需要類似系統動力學這樣的方法，綜合系統論、控制論、信息論等，并于經濟學、管理學交叉，使人們清晰認識和深入處理產生于現代社會的非線性和時變現象，做出長期的、動態的、戰略的分析和研究。這位系統動力學方法的進一步發展提供了廣闊的平臺，也為深入研究系統動力學的應用提供了機遇和挑戰。

為此，本文從系統動力學的研究與應用現狀著手，通過總結和分析當前系統動力學的應用情況，探尋系統動力學未來的應用前景和方向，希望能促進系統動力學方法在現代社會中的廣泛應用。

二、系統動力學概述

系統動力學（System Dynamics，簡稱SD）起源于控制論。自Wienes在40年代建立控制論以來，隨著現代工業與科學技術的日益發展，控制論的概念、領域和工具也得以拓展。五十年代初，中國把自動控制理論翻譯為“自動調節原理”。蘇聯的B.B.COJIOJIOBHNKOB教授，在研究有關隨即控制問題時，引入“系統動力學”的概念。錢學森先生結合龔恒問題，編著了《工程控制論》，也闡述了系統動力學的有關問題。蘇聯與后總共對系統動學的研究，是針對工程技術問題，限于自然科學領域。美國在50年代后期，在系統動力學方面取得了很大的突破。JW Forrester等發表了一系列關于SD方面的論文，使它的應用不限于工程技術，而是拓展到工業、經濟、管理、生態、醫藥等各個領域，并出現了五花八門的各種動力學。

系統動力學適用于處理長期性和周期性的問題，適用于研究數據不足的問題，適用于處理精度要求不高的復雜的社會經濟問題，強調有條件預測，對預測未來提供新的手段。系統動力學為解決復雜問題提供了新的方法，隨著其理論越來越成熟，系統動力學的應用從最初研究全球性的發展戰略的世界動力學模型，到研究國家政治、經濟、軍事以及對外關系的國家動力學模型，再到研究城市發展戰略的城市動力學模型，研究特定區域的發展戰略的區域動力學模型，研究工業企業發展戰略的工業動力學模型，研究疾病發生，發展及防治策略的醫療動力學模型等，到目前為止，系統動力學的系統論、控制論、信號論的基礎上，借助信息處理和計算機仿真技術在國內外研究復雜系統隨時間推移而產生的行為模式上得到了廣泛的應用。

三、系統動力學在國內外的發展

3.1系統動力學在國外的發展

1956年，美國麻省理工 Forrester教授創立了系統動力學（簡稱SD）方法，并于1958年在《哈弗商業評論》上發表了奠基之作。系統動力學在二十世紀七八十年代獲得迅猛發展，并且臻至成熟，九十年代至今是廣泛應用與傳播階段，系統動力學在一系列社會經濟系統問題的研究中取得了令人矚目的成果。

系統動力學在創立之初稱為“工業動力學”，主要應用于企業管理領域，解決如原材料供應、生產、庫存、銷售、市場等問題。1961年出版的《工業動力學》，是這一時期的經典代表作。20世紀60年代，系統動力學應用范圍逐步擴大，其中最著名的是Forrester教授應用系統動力學從宏觀層面研究城市的興衰問題，并于1969年出版了《城市動力學》。此后，城市動力學模型被Mass，Schroeder等，Alfeld等不斷擴展和完善。此外，系統動力學還應用與研究人、自然資源、生態資源、經濟、社會相互關系的模型中，如“捕食者和被捕者”關系模型、“吸毒和范圍”關系模型等。顯然，系統動力學的應用范圍已超越“工業動力學”的范疇，幾乎遍及各類系統，深入各個領域，因此更名為“系統動力學”。

1970年，以Mdadows教授為首的美國國家研究小組 使用系統動力學研究世 界模型，并于1972年發布了世界模型的研究結果《增長的極限》。它從人口、工業、污染、糧食生產和資源消耗等全球因素出發，建立了全球分析模型，其結論在世界范圍內引起了巨大震動，被西方一些媒體稱為“70年代的爆炸性杰作”。此后，系統動力學作為研究復雜系統的有效方法，被越來越多的研究人員所采用。

到了20世紀90年代，系統動力學開始在世界范圍內廣泛地傳播和應用，獲得了許多新的發展。系統動力學加強了與控制理論、系統科學、結構穩定性分析、靈敏度分析、參數估計、最優化技術應用等方面的聯系。

許多學者也紛紛采用系統動力學方法來研究社會問題，設計到項目管理、能源、交通、物流、生態、環境、醫療、財務、城市、人口等廣泛的領域。相應的研究至今依然層出不窮。3.2系統動力學在中國的發展 20世紀70年代末系統動力學引入我國。1986年我國成立系統動力學學會籌委會，1990年正式成立國際系統動力學學會中國分會，1993年正式成立中國系統工程學會系統動力學專業委員會。在30多年的時間里，系統動力學經過諸多學者的積極倡導和潛心研究，取得了飛躍發展。至今，國內系統動力學應用領域幾乎涉及人類社會與自然科學的所有領域。其中，水土資源/環境/農業/生態環境，宏觀/區域經濟/可持續發展/城市規劃領域，能源/礦藏及其安全領域，物流/供應鏈/庫存領域，企業/戰略/創新管理領域，金融/財務/保險/信用領域，交通/運輸/調度領域，公共安全/行政管理領域，教育/教學領域等，是系統動力學應用研究最熱門的領域。

四、國內外系統動力學研究現狀

4.1系統動力學理論研究現狀 基礎理論：反饋理論、控制理論、控制論、信息論、非線性系統理論、大系統理論和正在發展中的系統學。技術理論：（1）系統的結構與功能、行為的關系（包括系統的震蕩、非平衡、推按現象的內在機制、主回路判別等）；（2）SD的建模問題（包括模型的簡化、模型階數降階、模型參數估計、通用的模型基本單元、噪聲對模型的影響、不確定性分析、風險與可靠性分析、混合建模等）；（3）模型的檢驗與模型的新信度；（4）SD模型與行為優化問題（包括政策參數優化、系統結構優化。系統邊界優 化等）；（5）復雜網絡與SD的關系；（6）SD與系統的復雜性、復雜性科學的理論研究等。

4.2系統動力學方法研究現狀 SD的方法論是系統方法論，是將所研究對象置于系統的形式中加以考察。目前對于SD方法方面的研究基本集中在見面方法上，如因果與相互關系回路圖法、流圖法、圖解分析法流率基本入樹建模法、反饋環計算法等系統、分析、綜合與推理的方法。

4.3系統動力學應用研究現狀 社會、經濟、產業問題方面的應用：Chin-Huang Lin等（2006）考慮四個重要的工業競爭因素（人力資源、技術、資金、市場流動）建立了系統動力模型，分析了產業集群效應；徐久平等（2011）集成系統動力學與模糊多變規劃建立模型（SD-FMOP），采用遺傳算法求解，分析煤炭產業系統復雜相互作用，用以輔助政府部門決策；賀彩霞等（2009）利用系統動力學方法的因果反饋你，對區域社會經濟發展模式的特點與原來進行了系統分析，并解并結合現代社會及經濟發展的特點，建立了符合中國發展情況的區域社會經濟系統的系統動力學模型。區域與城市發展方面的應用：Moonseo Park等（2011）考慮服務設施、教育福利、企業結構、住宅、城市吸引力等五個因素，建立系統動力學模型，分析自給自足型城市發展政策的影響；Cheng Qi（2011）考慮氣候變化，經濟發展，人口的增長和遷移和消費者行為模式的相關因素等建立了城市市政用水預測系統動力學模型，以反映水的需求和宏觀經濟環境之間的內在關系，用樣本估計長期在一個快速發展的城市地區的市政供水需求預測?？沙掷m發展方面的應用：Wei Jin等（2009）建立了生態足跡（EF）系統動力學，發展動態的EF預測框架，并提供一個平臺，以支持改善城市可持續發展決策；Qiping Shen等（2009）建立了可持續的土地利用和香港城市發展的系統動力學模型，包括人口、經濟、住房、交通和城市開發的土地五個子系統，提供了一個模擬足夠長的時間來觀察和研究“限制增長”的模型，觀察對香港的發展潛力影響，模擬結果直接比較各項政策和決定所帶來的不同的動態結果，從而實現土地可持續利用的目標；宋學峰、劉耀斌（2006）根據城市化和生態環境耦合內涵，在ISM和SD方法的支持下，建立了江蘇省城市化與生態環境系統動力學模 型，并選取五種典型的耦合發展模式進行情境模擬，得出分階段和分地域的推進人口城市化發展模式和社會城市化發展模型，可以實現該省人口、經濟、城市化和生態環境協調發展的目的；侯劍（2010）分析了港口經濟可持續發展的動態機制，并建立了港口經濟可持續發展的系統動力學模型，分析模擬了結果；劉靜華、賈仁安等（2011）通過對德邦牧業實地發展進行深入分析，創建系統動力學三步定點賦權反饋圖的管理對策生成法。企業管理、項目管理方面的應用。P.E.D.love等（2002）介紹了如何更改（動態的昨天或效果）可能會影響項目管理系統，采用個案研究和系統動力學的方法，來觀察影響項目主要性能的因素。Sang Hyun Lee等（2006）介紹了系統的動態規劃和控制方法（DPM），提出一個新的建模框架，將系統動力學與基于網絡的工具結合，把系統動力學作為一個戰略項目管理和基于網絡的工具；胡斌、章德賓（2006）等從系統動力學角度研究企業生命周期變化中不同因素的影響，分析企業成長過程和主要影響之后，建立SD模型，有效模擬了企業生命周期的演化過程，為管理者進行企業組織管理提供決策支持；齊麗云（2008）引入系統動力學的相關概念和理論，對企業內部的知識傳播進行量化模型構建，提出三個量化模型，模擬得出企業可以通過適當調整一些因素得以所期望的知識接受者的知識勢能曲線；蔣春燕（2011）以系統動力學為基礎，提出突破這兩種陷阱的路徑：一是通過知識存量、企業特定的不確定性和績效差距動態結合探索式與利用式學習；二是系統的考察中國新興企業兩種重要的資源（社會資本和企業家精神）對探索式與利用式學習的動態關系產生的影響。

五、系統動力學研究成果

通過文獻回顧與總結發現，系統動力學的研究主要是加強同數學、系統學和控制學的聯系，包含應用其中的隨即理論、大攝動理論、狀態空間理論、系統辨識等內容。本文主要介紹幾點代表性的結果。

系統動力學學與馬爾科夫過程。近些年來，許多系統動力學模型都可以轉化為馬爾科夫過程模擬，由此，可以充分利用數學中對馬氏過程較為成熟的研究成果，應用到系統動力學模型上來。

使用計算機輔助設計來建立SD模型。SD方法的應用，愈來愈廣泛與復雜，特別是應用于經濟社會系統時，沒有一種系統化與規則化的建模方法，因此造成 許多困難。許多人研究在采用數學建模時，并采用計算機輔助設計，這樣便增加了建模的準確性，這方面工作著名的是JR Burns。他采用數學中的圖論的方法，結合計算機輔助設計，得以確定SD模型，并進行仿真。

穩定性和靈敏度分析。建立模型總希望它有良好的結構和滿意的參數。靈敏度分析是研究系統的行為模式如何以來于模型結構、初態選擇、參數變化等，對靈敏度研究多采用計算機仿真，基準軌跡線性化，Monte Carlo、圖論等方法。穩定性分析使用了分叉理論或大攝動理論，A Brasdhaw和D Daintith用狀態空間法討論穩定性，并且應用了線性多變量系統的理論進行分析。

參數辨識和控制。為了避免模型的不準確性或錯誤，建模過程常常要對系統中的參數進行估計，J A Sharp和C J Stewart提出用Kalman濾波和軌跡辨識兩種方法。

有關系統動力學的研究，還有對整個SD模型的評價問題，仿真的誤差分析，模型可靠性和價值等方面，這些研究有待進一步深入。

六、結語

為了促進系統動力學方法的深入研究和廣泛應用，本文綜述了系統動力學的主要研究成果，討論了系統動力學方法的應用方向。系統動力學作為一種系統的科學分析方法，實踐證明其在各種領域的應用研究效果顯著，在很多領域都具有很高的應用價值。所以要不停的探索和推動系統動力學在更廣泛領域的應用，使其在科學研究和人類社會的發展中發揮更大的作用。

文獻綜述： [1] Jack Kie Cheng、Razman Mat Tahar、Chooi-Leng Ang.Understanding the complexity of container terminal operation through the development of system dynamics model[J].International Journal of Shipping and Transport Logistics.2010,2(4):429-443 [2] 賀彩霞、冉茂盛、廖成林,基于系統動力學的區域社會經濟系統模型[J].管理世界.2009,(3):170-171 [3] 石宏華、高猛、丁德文等,系統動力學復雜性及其在海洋生態學中的研究進展[J].海洋環境科學.2007,26(6):594-600 [4] 王其潘,系統動力學[M].北京:清華大學出版社,1994 [5] 許光清、鄒驥,系統動力學方法：原理、特點與最新進展[J],哈爾濱工業大學學報（社會科學版）.2006,8(4):72-77 [6] 張力菠、方志耕.系統動力學及其應用研究中的幾個問題[J].南京航空航天大學學報（社會科學版）.2008,10(3):43-48 [7] 鐘永光、錢穎、于慶東等,系統動力學在國內外的發展歷程與未來發展方向[J],河南科技大學學報:自然科學版.2006,27(4):101-105

第五篇：車輛操縱與轉向動力學研究現狀

車輛操縱與轉向動力學

研究現狀

姓名：趙方 班級：研1002班

學號：2010020038 指導老師：林慕義

完成日期：2011年1月3日

目錄

一、國內外發展現狀.................................................................................................2

1、汽車操縱動力學的研究現狀..........................................................................2

2、車輛四輪轉向技術發展現狀..........................................................................4

二、車輛操縱與轉向動力學的新發展.........................................................................5

1、智能方法在車輛操縱穩定性中的應用研究.....................................................5

2、虛擬仿真在汽車操縱穩定性研究中的應用.....................................................6

3、ADAMS在四輪轉向車輛仿真研究中的應用..................................................7

三、存在的不足........................................................................................................8 前言.................................................................................................................................1 車輛操縱與轉向動力學研究現狀.......................................................................................2

四、努力的方向........................................................................................................9 總結...............................................................................................................................10 參考文獻.........................................................................................................................11

I

前言

汽車操縱動力學的研究已經有70多年的歷史。首先要研究的問題是具有怎樣運動規律和行駛性能的汽車容易為不同的人所駕駛，其次要研究優化設計方法來提高汽車的操縱動力學特性[2]。隨著汽車技術的飛速發展和道路條件的不斷改善，車輛行駛車速大幅度提高，汽車的安全性能倍受重視，與汽車主動安全性能密切相關的操縱穩定性的研究日漸重要。傳統的研究方法主要采用實車試驗法，不僅需要耗費巨大成本，而且有些試驗因其危險性而難以進行。近十多年來，由于計算機技術的飛速發展及對汽車動力學模型和輪胎模型的精確構建，以計算機仿真技術為手段來研究汽車的操縱穩定性成為必要和可能[4]。

電動助力轉向系統是一種新型的汽車轉向系統，具有以往任何助力轉向系統所不具備的車速感應能力，其核心部件—ECU(電控單元)能根據車速和方向盤操舵力矩的不同決定是否助力以及助力的大小。隨著現代汽車技術的迅猛發展，人們對汽車轉向操縱性能的要求也日益提高。為了保證車輛在任何工況下轉動方向盤時，都有較理想的操縱穩定性和轉向輕便性，即使在停車情況下轉動方向盤也能輕便靈敏，而高速行駛時又不會感到輕飄不穩，人們對轉向系統進行了不斷地改進。汽車轉向系統的發展經歷了簡單的純機械轉向系統到機械液壓動力轉向系統，到電控液壓動力轉向系統，直到更為節能、操縱性能更優的電子控制式電動助力轉向系統等幾個階段[1]。電動助力轉向系統(Electric Power Steering System，簡稱EPS)是汽車動力轉向的發展方向，是繼液壓動力轉向系統之后，汽車轉向技術的又一次飛躍。它具有體積小、重量輕、結構簡單、安裝和維修方便、節能環保的優點，更重要的是它具有優越的性能，如可隨車速變化調整轉向助力大小從而可獲得不同的轉向路感，可廣泛應用于轎車、貨車等眾多車型，國外已有多家汽車公司采用此種先進的轉向系統。我國汽車產業急需研究開發這種高新技術產品，因此對這種轉向系統進行研究和開發是十分必要的[10]。

車輛操縱與轉向動力學研究現狀

控制策略的好壞直接決定整個電動助力轉向系性能的優劣，為使轉向系獲得合適的助力矩，對電動機電流的控制是關鍵。近些年，國內外許多專家學者在汽車助力轉向控制方面做了大量的研究工作，采用了諸如常規PID控制、模糊控制、等控制策略，并進行了仿真。從仿真效果來看，當汽車側偏角較小時，仿真結果與試驗結果較吻合，而當側偏角較大時則出現較大偏差；并且這些控制方法的引入大多是針對轉向系的某一方面性能，如僅提高手感或輕便性，對轉向性能缺乏總體考慮。造成這一問題的重要原因是尚未建立起一個綜合考慮輪胎接地轉向特性和整車轉向特性的汽車轉向模型[1]。

一、國內外發展現狀

1、汽車操縱動力學的研究現狀

幾十年來，國內外對汽車操縱動力學做了大量研究。國內主要集中在長春汽車研究所、清華大學、吉林大學等單位。國外主要集中在美國、日本和歐洲等汽車工業發達的國家和地區?，F有的研究方法可以歸結為開環方法和閉環方法。開環方法僅以汽車為研究對象，不允許駕駛員對汽車運動做出任何操縱修正動作，是汽車的固有特性。閉環方法將駕駛員與汽車作為統一的整體，即人一汽車系統，而不能忽略駕駛員的分析、判斷和修正等操縱的反饋作用。

一般認為，1956年10月9日在英國倫敦機械工程師學會上所發表的5篇論文是公認的汽車操縱動力學領域的經典著作。其中的主要貢獻是，把航空工業的“系統工程法”作為技術轉移用于汽車操縱動力學。從 1956年以后到1969年的10余年間，盡管有關的基本理論有很大的發展，但基本特性并沒有改變。20世紀60年代以前，基本上都是開環方法，所應用的基礎是經典控制理論。20世紀70年代初，試驗安全車(ESV)研究計劃的實施，促使人們去研究實用的操縱動力學設計方法。各國研究人員依據大量試驗與理論分析，首先提出了穩態響應特性、瞬態響應特性、回正特性和側向滑移特性的安全容許極限，對操縱動力學特性進行客觀評價。70年代中期以后，開始利用駕駛員對汽車直線行駛性能、轉彎行駛性能和轉向輕便性等特性的感覺，進行主觀評價。然而，人們發現：對汽

車的瞬態響應等特性，客觀評價與主觀評價甚至不一致，難以有效設計汽車的操縱動力學特性。原因是客觀評價方法仍按照一般控制系統的要求提出，為開環方法。而主觀評價卻是駕駛人員按照一定的跟蹤要求操縱汽車時對操縱動作難易程度的感覺，這種感覺不完全取決于汽車本身的特性，還取決于人的行為特性，取決于道路跟蹤的要求。

20世紀80年代初，人們逐漸認識到在應用汽車模型中有一個基本的障礙，那就是對駕駛員的特性缺乏基本的認識。最早開始研究人一車閉環操縱系統的大概要算Mcruer等，他們作了不少飛行員一飛機閉環控制的研究，并推廣到汽車上。但是這些工作沒有考慮駕駛員的前視作用這個十分重要的因素。為此，MacAdam與McRuer等于1980 ,1981年相繼提出了不同的“最優預瞄控制模型”。1982年郭孔輝提出了“預瞄跟隨理論”和“預瞄最優曲率模型”，該模型仿真精度高、物理概念清晰、運算簡單，并可應用于非線性系統。另外，在試驗方面，考慮到駕駛員模型的進展程度不能滿足主動安全性閉環設計的要求，以及安全試驗設計方法只能在樣車試制后采用并受自然條件限制等缺陷，研制了開發駕駛模擬器。這種模擬器緩和了理論研究的發展程度與汽車主動安全性閉環設計要求之間的矛盾。

20世紀90年代初，郭孔輝提出了閉環系統主動安全性的綜合評價與優化設計方法，基于定常的駕駛員特性建立了以二個單項均方值指標為基礎的綜合性能指標，對汽車的主動安全性進行了較好的綜合評價。90年代后期，趙又群等從駕駛員汽車閉環系統的角度，進行了系統模型建立、閉環系統微分方程求解的高精度方法、駕駛員不確定性的閉環操縱系統主動安全性評價、具有演變隨機道路輸入的閉環操縱系統主動安全性評價、駕駛員汽車閉環系統主動安全性的優化設計等問題的系列研究，為駕駛員汽車閉環系統主動安全性的客觀評價與優化設計提供了一定的理論依據。1998年Crolla等給出了汽車操縱性的主客觀綜合評價方法。20世紀90年代以來，利用開發型駕駛模擬器進行駕駛員一汽車一環境閉環系統主動安全性研究，改善汽車操縱動力學特性，是國際上主要的發展方向之一。

對于汽車操縱動力學的閉環方法，理論研究和模擬試驗都是從與主觀評價指標相一致的易操縱性開始的。每個駕駛員作為個體，他的駕駛技能是千差萬別的。因此，駕駛員的建模問題，始終是駕駛員一汽車閉環系統操縱動力學研究趨于成熟和實用化的一個“瓶頸”問題。為了避開駕駛員建模的一些難以解決的問

題，美國學者Bernard等較系統地研究了汽車操縱逆動力學問題。2000年，英國的Casanova等研究了最速操縱問題，雖然沒有提出一般的解法，但也可歸結于汽車操縱動力學的“逆問題”。到目前為止，關于汽車操縱逆動力學問題的研究還處于初期階段[2]。

2、車輛四輪轉向技術發展現狀

隨著人們對四輪轉向這一領域研究的不斷進展，備公司在提高汽車穩定性方面所持的側重點也備不相同。在4WS客車的研究和開發方面主要是探索由于后輪參與轉向而帶來的車輛響應變化以及采用備種轉向控制策略而產生的差異。但到目前為止，4WS還是一種新興技術，人們對它的研究途徑很多，這些將會使4WS系統更加完善。

目前以日本的Nissan公司為代表的西方國家的各大汽車公司都開始致力于4WS的研究。Nissan公司為它的Nissan300ZX和Infiniti汽車設計了SUPER HICAS系統，可以根據車速和方向盤的轉向條件來控制后輪的轉向。Nissan公司的Fukunaga發表的論文研究了三種不同的控制方式下，汽車的動態響應特性t并試圖找出優化的控制方法。Mazda公司在他的新型豪華Sentia轎車上安裝了電控的四輪轉向系統，它可以根據前輪轉角和車速來轉動后輪。Mazda公司的Nakamoto，Masatome和Kanesllina提出了車輛橫擺中心的概念。美國California大學的John C，Whitehead采用轉向盤的轉動力矩作為系統的輸入而不是傳統的轉向角輸入，研究了4WS的穩定性結果。還說明了在縱列式駐車這樣的情形下，車輛的操縱靈話性不會得到顯著的改善，這是由于在有限的空間里轉彎時，雖然轉彎半徑減小，但4WS車尾部更易于撞到障礙物?，F在已投入的4WS汽車普遍受到各界的關注和認同，但并不完全一致。

國內對于4WS系統的研究主要集中在幾所大學里進行的，像北京理工大學、吉林工業大學、上海交通大學等高校，在國內的汽車行業中基本上還沒有展開4WS的研究和開發工作。高校由于條件的限制特別是試驗條件和試驗經費的限制，對于4WS的研究基本還處于初級階段，其研究的重點主要是4WS車輛的動力學響應和控制方法的研究。其中北京理工大學則在輕型卡車上安裝了4WS系統，并進行了一些試驗嘗試?？偟恼f來國內對4WS系統的研究基本還處在理論研究階段。目前，國內外已有至少6種不同的4WS系統在處于不同的投產和研制階段。這些系統的主要區別在于其驅動后輪轉向的控制器和控制策略的不同。以及采用的控制方式的差別。但是這些4WS系統的研究基本是基于一個簡單的兩自由度的車輛模型。這種模型在研究時忽略了諸如懸架運動、側向質量轉移和底盤轉動等很多重要因素的影響，因而不是非常精確的，對汽車4WS系統的進一步研究還有待于深化。目前隨著電子技術的發展，汽車也越來越廣泛地應用各種電子設備。而4WS作為改善汽車操縱穩定性的重要途徑，也不僅僅單獨應用在汽車上，它往往與4WD、ABS等共同應用，從而改善汽車的操縱穩定性、動力性、制動性等汽車的綜合性能來滿足人們對汽車越來越高的要求[5]。

二、車輛操縱與轉向動力學的新發展

1、智能方法在車輛操縱穩定性中的應用研究

汽車操縱穩定性的研究方法通常包括開環方法和閉環方法。開環方法：已知汽車模型、道路模型和駕駛員操縱輸入，來求得汽車的運動狀態(汽車響應)。閉環方法：已知駕駛員汽車閉環操縱系統模型和駕駛員所要跟隨的理想路徑，駕駛員不斷的觀察、判斷和修正操縱輸入，來求得汽車跟隨理想路徑的最佳運動狀態(汽車響應)。汽車操縱逆動力學的研究思路與“正問題”的不同。它是在已知汽車模型、汽車的運動狀態(汽車響應)的基礎上，反求得所允許的駕駛員的操縱輸入，進而分析什么樣的操縱，才是大多數駕駛員所容易接受的、行駛最安全的和最快速的等。

徑向基函數(Radial Basis Function，簡記為RBF)剛絡是前向神經網絡中的一類特殊的三層神經網絡。其隱含層單元的作用函數采用非線性的徑向基函數，以對輸入層的激勵產生局部化響應，即僅當輸入落在輸入空問某一規定的小范圍內時，隱單元才會做出有意義的非零響應，輸出節點則對隱節點的基函數輸出進行線性組合。其基本結構圖是一個三層前向神經網絡：輸入層、隱含層(中間層)、輸出層。徑向基剛絡能很好地擬合任意有限值函數，而且能通過快速的設計來取代漫長的訓練。

角階躍試驗是目前檢測汽車瞬態橫擺響應性能常用的試驗方法之一。根據公式以及轎車參數，進行汽車操縱穩定性“正問題”的仿真計算，其目的是為得到RBF神經網絡所需的輸入樣本和輸出樣本。以橫擺角速度仿真值為輸入樣本，方向盤轉角值為輸出樣本，建立RBF神經網絡模型。網絡訓練結束后，為檢驗RBF網絡模型的識別精度，另取一組“正問題”得到的橫擺角速度數據，代入已訓練

好的網絡中，識別汽車的方向盤轉角。

根據仿真試驗數據，由汽車的橫擺角速度響應識別出了方向盤的轉角輸入。識別結果表明，該方法便于操作，且精度較高、運算速度較快。因此，將人工神經網絡應用于汽車操縱動力學的研究是合適的。

[3]

2、虛擬仿真在汽車操縱穩定性研究中的應用

自1989年美國計算機科學家雅龍·拉尼爾提出后，虛擬現實技術發展十分迅速，被廣泛地應用到汽車的設計和開發中。德國幾乎所有的汽車制造公司都建成了自己的虛擬現實開發中心。Daimler-Benz汽車公司已成功地將虛擬試驗技術用于系列化高速轎車的產品開發中，設計者只要給出新車型、新部件的設計方案和參數，就可以通過汽車動態仿真器進行仿真試驗，從而準確地預測和評價新型汽車的動力學特性。通用汽車公司有一套被稱為“虛擬眼睛”(Virtual Eyes)的虛擬現實設計系統，該系統主要目的是評價車身內外飾的設計效果。福特汽車公司在新型汽車設計和開發中已經大量應用虛擬現實技術。寶馬公司能在7個系列的產品開發中都應用虛擬產品研發的解決方案。豐田公司實施了“前期裝載”的概念，進行早期的虛擬設計并配合相應的流程改進，使研發時間和成本降低了30％-40％。在1999年，美國的Zhang，Y等人應用虛擬現實技術研究車輛移線試驗，給出了動力學和操縱穩定性的試驗結果，這些結果包括輪胎的受力、轉向輪在轉向時壓力分布及長安大學碩士學位論文輪胎的壓痕的變化、轉向輪在轉向時傾斜的位置，這些試驗結果是用圖像實時顯示出來的。

與國外相比，我國采用虛擬現實技術來進行汽車性能的研究起步較晚，但近年來發展迅速，一些高等院校如長安大學、吉林大學、中國農業大學、合肥工業大學、昆明理工大學在這方面也取得了不少成果。長安大學汽車學院建立了人．車一路(環境)聯合運行虛擬仿真平臺，該平臺由RC(Reality Center)系統、模擬駕駛操縱臺和數據采集系統組成。駕駛人利用模擬駕駛操作臺結合顯示系統在虛擬場景中進行仿真試驗，研究人員根據仿真過程獲得的試驗數據進行相應的研究和評價。該系統可以進行人一車．路系統的協調性研究、道路安全性評價和車輛性能虛擬試驗。吉林大學動態模擬國家重點試驗室從人-車-環境系統的整體性能為出發點，能夠對汽車主動安全性能進行全工況的仿真研究。在動態仿真系統中，可以設定系統相關的各種參數，對人-車-環境進行全工況的仿真；能夠對駕駛員模型進行比較精確的模擬，克服了駕駛員行為模型難以用數學描述的困難，系統

[4]

具有汽車實車場地試驗所無法比擬的優勢。中國農業大學尹念東、王樹鳳等人設計了一套桌面虛擬現實系統(DesktopVR)。利用該系統開發了一種汽車操縱穩定性虛擬試驗平臺，并在平臺上進行了汽車雙移線的虛擬試驗。但建立的車輛仿真模型過于簡單、缺乏真實感，也沒有車內儀表部分，無法以駕駛員的角度來進行虛擬試驗。昆明理工大學熊堅、曾紀國等人研制了用于汽車操縱動力學仿真的虛擬場景自動生成軟件，結合汽車操縱動力學仿真數學模型和相關軟件，初步建立了一個具有真實視覺感的、實時的汽車操縱動態仿真系統。但是該系統在虛擬試驗時不能自行控制，不能進行人機交互，且試驗過程中無法實時地查看試驗數據。合肥工業大學汪文龍利用ADAMSNiew模塊建立了某轎車的整車模型，進行了穩態回轉試驗、轉向盤角階躍輸入、轉向盤角脈沖輸入等試驗，并建立了基于OpenGL的虛擬試驗場。浙江大學劉星星、楊緒劍等應用ADAMS軟件進行了轉向盤轉角脈沖輸入的汽車操縱穩定性分析試驗，利用虛擬仿真軟件WTK創建虛擬試驗系統，并應用ADAMS仿真分析結果驅動虛擬試驗系統的汽車模型，實現了整個虛擬試驗系統的動態仿真。這些方法由于采用ADAMS軟件作為基本軟件平臺，缺乏地形、道路、環境的三維建模功能，進行二次開發也較為困難[4]。

3、ADAMS在四輪轉向車輛仿真研究中的應用

虛擬樣機技術是一門綜合多學科的技術，這項技術以機械系統運動學、動力學以及控制理論為核心，加上成熟的三維計算機圖形技術和基于圖形的用戶界面技術，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，把虛擬技術與仿真方法相結合，為產品的研發提供了一個全新的設計方法，可以顯著提高設計質量，降低產品開發成本，極大地提高企業的創新能力、競爭能力和經濟效益。目前，市場上已有多種成熟的虛擬樣機技術的軟件，大都是國外機械動力學公司所開發。較有影響的有美國機械動力公司(MechanicalDynamics Inc．)的ADAMS，CADSI的DADS，德國航天局的SIMPACK，其它還有Working Model、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS、Pamcrash等等。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以使用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學，運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。

ADAMS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊及工具箱5類模塊組成，用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統進行仿真，而且可以采用

專用模塊針對特定工業應用領域的問題進行快速有效的建模與仿真分析?；镜腁DAMS配置方案包括交互式圖形環境ADAMS View和求解器ADAMS／Solver。ADAMS／View采用分層方式完成建模工作，它將一組構件通過機械運動副連結在一起，通過將運動激勵作用于運動副或構件形成機械系統。ADAMS／Solver則自動建立機械系統模型的動力學方程，并提供靜力學、運動學和動力學的解算結果。仿真結果采用形象直觀的方式描述系統的動力學性能，并將分析結果進行形象化輸出。ADAMS的設計流程，它包括以下5個方面：（1)創建模型，在創建機械系統模型時，首先要創建構成模型的機構，它們具有質量、轉動慣量等物理特性。使用ADAMS／View創建的物體有三種：剛體、點質量和彈性體。創建完物體后，可以使用約束庫建立兩個物體之間的約束副，這些約束副確定物體之間的連接情況以及物體之間是如何相對運動的。最后，通過施加力、力矩或者運動，以使模型按照設計要求進行運動仿真。（2)測試和驗證模型，創建完模型后，或者在創建模型的過程中，都可以對模型進行運動仿真，通過測試整個模型或者模型的一部分，以驗證模型的正確性。在進行仿真時，ADAMS／View可以通過測量曲線直觀地將顯示仿真的結果。（3)細化模型和迭代，通過初步地仿真分析，確定模型的基本運動后就可以在模型中增加更復雜的因素以細化模型。為了便于比較不同的設計方案，可以定義設計點和設計變量，將模型進行參數化，這樣就可以通過修改參數自動地修改整個模型。（4)優化設計ADAMS／View可以自動進行多次仿真，每次仿真改變模型的一個或多個設計變量，幫助找到機械系統設計的最優方案。（5)定制界面為了使ADAMS／View符合設計環境，可以定制用戶界面，將經常需要改動的設計參數制定成菜單或者便捷的對話窗，還可以使用宏命令執行復雜和重復的工作，提高工作速度。

[6]

三、存在的不足

盡管國內外研究者做了大量理論與應用研究，目前汽車操縱逆動力學的應用仍存在許多問題。頻域法雖可以用于穩態響應情況，但應用于瞬態響應情況有較大局限性。時域法尚不完善，因其對汽車運動的邊界條件和初值條件比較敏感，求解精度不甚理想，而且穩定性、魯棒性均有待提高。在求解精度方而，模態參數的確定和高階模態截斷會帶來模型或計算誤差。如果冪級數的收斂性、穩定性差，則級數展開法具有明顯的缺點。源于控制理論的逆系統的正問題解法，則由于逆系統存在的條件較苛刻，應用受到極大的限制。因為逆問題求解過程呈現著

強烈的非線性，本身十分復雜，再加入汽車非線性將使難度大幅度增加。目前的汽車操縱逆動力學的研究對象仍停留在以線性系統為主的水平上，這與工程實際中的需要相差較遠。另外，汽車操縱逆動力學問題的實驗驗證也是急需解決的問題[2]。

動力轉向系統不僅較好地解決了轉向輕便和轉向靈敏的矛盾，還能提高行駛安全性和舒適性，呈現出汽車的一大發展趨勢，比較成熟的是液壓動力轉向系統，但該系統無論是否轉向都需要消耗一定的能量，電動液壓助力轉向系統已經在部分車上采用，但液壓裝置的固有缺陷仍不能根除。

[10]

四、努力的方向

汽車電子化是當前汽車技術發展的必然趨勢。繼電子技術在發動機、變速器、制動器和懸架等系統得到廣泛應用之后，EPS在轎車和輕型汽車領域正逐步取代傳統液壓助力轉向系統并向更大型轎車和商用客車方向發展，它己成為世界汽車技術發展的研究熱點和前沿技術之一，具有廣泛的應用前景[1]。

汽車操縱逆動力學的研究，將會解決虛擬樣車設計階段中汽車行駛安全性、汽車最佳行駛性能的動態仿真與控制等關鍵問題，為汽車操縱動力學優化設計和汽車/賽車運動員訓練提供理論指導。今后一個時期，可以從方向盤力輸入下汽車操縱逆動力學的研究和計算智能在汽車操縱逆動力學上的應用研究進行嘗試，以期解決“最速問題”中汽車的可操縱性問題中駕駛員的負擔與速度的綜合評價問題、用汽車操縱逆動力學的結果來識別閉環方法中駕駛員模型參數問題、駕駛員的生理極限實驗驗證問題等[2]。

電動助力轉向系統較液壓動力轉向表現出很多優點，繼電子技術在發動機、變速箱、控制器和懸架等系統得到廣泛應用之后，國外汽車電動助力轉向已部分取代傳統液壓動力轉向，電動助力轉向已成為世界汽車技術發展的研究熱點。研究和開發電動助力轉向系統是與汽車發展巾的安全、環保、節能二大主題相吻合的，具有一定的現實和長遠意義。電動助力轉向系統研究已被我國列為高科技產業項目之一。我國汽車產量正以每年30%的速度遞增，2004年汽車產量已突破500萬輛，目前絕大部分采用機械轉向或液壓助力轉向，僅有少數采用電動助力轉向。按照發展趨勢，今后大部分微型車和轎車都將采用電動助力轉向，因此電動助力轉向的市場前景十分廣闊，對電動助力轉向系統的研究具有很重要的理論價值和實際意義[10]。

總結

隨著社會的不斷發展進步和人們生活水平的不斷提高，自20世紀80年代以來，國內、國際汽車市場的競爭變得空前激烈，用戶對操縱穩定性、轉向靈敏性的要求越來越高。然而，汽車本身是一個復雜的多體系統集合，外界載衙的作用復雜多變，人、車、環境三位一體的相互作用，致使汽車動力學模型的建立、分析、求解始終是一個難題?；趥鹘y的解決方法，需經過反復的樣車試制、道路模擬試驗和整車性能試驗。如此，不僅需花費大量的人力、物力、財力和漫長的時間，而且有些試驗由于存在危險性而難以進行。ADAMS軟件采用虛擬樣機模擬技術，為上述問題提供了一種較好的解決方案。虛擬樣機模擬技術可以用于指導和修正設計，按照并行工程的概念組織產品設計和生產，在真正意義上實現整車系統優化設計[9]。

EPS系統可以很容易地實現在全速范圍內的最佳助力控制，在低速行駛時保證汽車的轉向靈活輕便，同時兼具在高速行駛時保證汽車轉向穩定可靠。與傳統的轉向系統相比，EPS系統結構簡單、靈活性大，可以獲得理想的轉向操縱穩定性，能動態地適應汽車行駛狀況的變化，在操縱舒適性、安全性、節能等方面也充分顯示了其優越性。雖然目前應用還不很廣泛，但具有非常廣闊的市場前景。據專家預測，EPS的產量正以10%的速度增加，到2010年，全世界30%的轎車已基本都安裝EPS。與電控液壓助力轉向系統相比EPS用電能取代液壓能，減少了發動機的能量消耗，符合汽車發展中的安全、環保、節能二大主題，已成為世界汽車技術發展的研究熱點和前沿技術之一，具有廣泛的應用前景。

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