化学动力学的研究与应用

第一篇：化学动力学的研究与应用

化学动力学的研究及其应用

1110712 胡景皓

摘要: 化学动力学研究的对象包括化学反应进行的条件（温度、压强、浓度、介质）对化学过程速率的影响，反应的历程（反应机理），物质的结构与化学反应能力之间的关系。

关键词：放射性测定，蜕变速率，半衰期，放射性同位素

1.化学动力学的研究领域

化学动力学作为物理化学学科的一个分支已有很久的历史,并概括为研究化学反应的机理与速率的科学。化学动力学的发展经历了从现象的观察到理论的分析,从宏观的测量到微观的探索,因而它又分为宏观化学动力学和微观反应动力学,后者又称分子反应动力学。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反应的机理,相继建立了多维势能面来研究反应的进程,被誉为微观反应动力学诞生的里程碑。七十年代以来,分子束和激光技术的发展并在动力学研究中广泛应用,促使反应动力学的研究得到长足进步。1986年诺贝尔化等奖授予这个领域的三位著名化学家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,标志着化学反应动力学的重要性,以及目前已经取得的进展和达到的水平。

2.化学动力学的研究方法

2.1.唯象动力学研究方法

也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据──浓度c与时间t的关系──出发，经过分析获得某些反应动力学参数──反应速率常2 数 k、活化能Ea、指前因子A。用这些参数可以表征反应体系的速率特征，常用的关系式有：

式中r为反应速率；A、B、C、D为各物质的浓度；α、β、γ、δ称为相对于物质A、B、C、D的级数；R为气体常数；T 为热力学温度。

化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级变为皮秒级。

2．1.1分子反应动力学研究方法

从微观的分子水平来看，一个元化学反应是具有一定量子态的反应物分子间的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。3

分子势能面

但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的完整的势能面。因此，现行的反应速率理论(如双分子反应碰撞理论、过渡态理论)仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对平衡假设的适用性研究已经很多，但完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。

在60年代，对化学反应进行分子水平的实验研究还难以做到。经典的化学动力学实验方法不能制备单一量子态的反应物，也不能检测由单次反应碰撞所产生的初生态产物。分子束(即分子散射)，特别是交叉分子束方法对研究化学元反应动力学的应用，使在实验上研究单次反应碰撞成为可能。分子束实验已经获得了许多经典化学动力学无法取得的关于化学元反应的微观信息，分子反应动力学是现代化学动力学的一个前沿阵地。4 它应用现代物理化学的先进分析方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构，反应过程和反应机理。它从分子的微观层次出发研究基元反应过程的速率和机理，着重于从分子的内部运动和分子因碰撞而引起的相互作用来观察化学基元过程的动态学行为。中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室在这方面研究有突出的贡献。

3.化学动力学的应用

化学动力学是一个应用非常广泛的科学领域，如何较准确地测定考古挖掘物的年代，是考古学家们需要解决的重要课题。自20世纪中叶以来，科学家用先进技术解决了这一问题，即用放射性碳测定年代的技术。

碳的同位素主要是稳定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大气永恒地承受着穿透能力极强的宇宙线照射。这些射线来自于外层空间，它是由电子、中子和原子核组成的。大气与宇宙线间的重要反心之一是中子被大气中的氮-14捕获产生了放射性的碳-14和氢：

14711N0n146C1H

放射性的碳原子最终生成了14CO2，它与普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的丰度占碳总量的98.89%）在空气中混合。同位素碳-14蜕变放射出粒子（电子），其蜕变速率由每秒放射出的电子数来测定。蜕变为一级反应，其速率方程式为：vkN

K为一级反应速率系数；N为所存在的14C核的数目。蜕变的半衰期为5.730.6933×103年 k=5.7310a=1.21×10-4a-1

当植物进行光合作用吸收了CO2的时候，C同位素进入了生物圈。动物吃了植物，在新陈代谢中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而导致碳-14以多种形式参与了碳在自然界中的循环。因反射蜕变减少了的14C又不断地被大气中新产生的1

414C补充着。在蜕变补充的过程中，建立了动平衡。因此14C与12C的比例在生命

14体内保持恒定。当植物或动物死亡之后，其中的碳-14不再得到补充。由于C蜕变过程没有终止，死亡了的生命中14C所占的比例将减少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也发生着同样的变化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核与活着人们的体内14C与12C的比例随着年代的增长成正比地减少。

1955年，W．P．Libby（美国化学家）提出，这一事实能用于估算某特定样品在没有补充14C的情况下，碳-14同位素已经蜕变的时间。

ln根据co(A)Nolnc(A)= k t，可以写出N=kt

时所存在的14C核数；时所存在的14C核数。

因为蜕变速率正比存在的14C核数，上述方程可写作：

1NolnN t=k1v1vnewlnln441.2110av1.2110avold ' t=若已知新（new）、旧（old）样品的蜕变速率v，就能计算出t，即旧样品的年龄。这种有独创性的技术是以极简单的概念为基础的。W．F．Libby奠定了这一技术的基础，为此他荣获了1960年的Nobel化学奖。

“碳-14测定年代法”的成功与否，取决于能精确地测量蜕变速率。在活着（new）的生物体内14C／12C为1/1012,14C的量如此之少，所用仪器的检测器对放射性蜕变要特别灵敏。对年代久远的样品来说，要达到较高的精确度就更加困难。尽管如此，这一技术已成为考古学中判断古生物年龄的重要方法，可以用来判断远离现在（1000-50000）年之久的生物化石、绘画和木乃伊等。

参考文献：

国汉贤.《应用化工动力学》.北京.化学工业出版社.2003 《无机化学》第五版.大连理工大学无机化学教研室编.西南交通大学出版社，2004 文章《化学与文物考古》.梁宏斌.2005 《物理化学》南京大学化学化工学院（第五版）傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华编.高等教育出版社.2006

第二篇：化学动力学学习心得

化学动力学学习心得

姓名：xx

学号：xx 1 什么是化学动力学

人类的生产实践离不开能量,几千年来使用的主要是化学能,即通过化学变化取得能量。人类从发明钻木取火就开始认识到化学能带来的好处。火药的发明使化学能与社会生活的关系更加密切欲取得化学能,必须使物质起化学变化,变化的速率越快获得能量的效率就越高。十九世纪中叶由于蒸汽机的发展,对钢铁和煤的需求急剧上升,矿主们已不能满足火药的效变,天才的诺贝尔发明了炸药。炸药的反应速率之快超出人们的想像，所以人类社会的要求是与化学反应的速率问题不可分的。化学动力学正是研究化学反应的速度的科学。化学动力学作为物理化学学科的一个分支已有很久的历史,并概括为研究化学反应的机理与速率的科学。化学动力学的发展经历了从现象的观察到理论的分析,从宏观的测量到微观的探索,因而它又分为宏观化学动力学和微观反应动力学,后者又称分子反应动力学。

2化学动力学发展历史

百年来化学动力学历经的三大发展阶段:宏观反应动力学阶段、元反应动力学阶段和微观反应动力学阶段。这三大阶段也体现了化学动力学研究领域和研究方法及技术手段的变化发展历程。2.1宏观反应动力学阶段

化学动力学作为一门独立的学科,它的发展历史始于质量作用定律的建立。宏观反应动力学阶段是研究发展的初始阶段,大体上是从19世纪后半叶到20世纪初,主要特点是改变宏观条件,如温度、压力、浓度等来研究对总反应速率的影响,其间有3次诺贝尔化学奖颁给了与此相关的化学家。这一阶段的主要标志是质量作用定律的确立和阿伦尼乌斯公式的提出。2.2元反应动力学阶段

元反应动力学阶段始于20世纪初至20世纪50年代前后,这是宏观反应动力学向微观反应动力学过渡的重要阶段。其主要贡献是反应速率理论的提出、链反应的发现、快速化学反应的研究、同位素示踪法在化学动力学研究上的广泛应用以及新研究方法和新实验技术的形成,由此促使化学动力学的发展趋于成熟。在此阶段有3次诺贝尔化学奖颁给了对化学动力学发展做出贡献的化学家。2.3微观反应动力学阶段

微观反应动力学阶段是20世纪50年代以后化学动力学发展的又一新阶段。这一阶段最重要的特点是研究方法和技术手段的创新,特别是随着分子束技术和激光技术在研究中的应用而开创了分子反应动力学研究新领域,带来了众多的新成果。尤其是20世纪80年代以来,仅从1986年到2002年的10多年间就有7次诺贝尔化学奖颁给了与此相关的化学家,可见其前沿性和创新性。

3化学动力学研究方法

3.1唯象动力学研究方法

也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据──浓度c与时间t的关系──出发，经过分析获得某些反应动力学参数──反应速率常数 k、活化能Ea、指前因子A。用这些参数可以表征反应体系的速率特征，常用的关系式有：

式中r为反应速率；A、B、C、D为各物质的浓度；α、β、γ、δ称为相对于物质A、B、C、D的级数；R为气体常数；T 为热力学温度。

化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级变为皮秒级。3.2分子反应动力学研究方法

从微观的分子水平来看，一个元化学反应是具有一定量子态的反应物分子间的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的完整的势能面。因此，现行的反应速率理论(如双分子反应碰撞理论、过渡态理论)仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对平衡假设的适用性研究已经很多，但完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。在60年代，对化学反应进行分子水平的实验研究还难以做到。它应用现代物理化学的先进分析方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构，反应过程和反应机理。它从分子的微观层次出发研究基元反应过程的速率和机理，着重于从分子的内部运动和分子因碰撞而引起的相互作用来观察化学基元过程的动态学行为。中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室在这方面研究有突出的贡献。结语及启发

近百年来,化学动力学进展的速度很快, 氢原子里德堡飞渡时间谱技术、改进的通用型分子束仪器以及理论化学动力学研究推动了有关基元化学反应过程的态-态动力学、多通道反应动力学以及反应动力学中的共振等研究，近年来,在近场光学技术基础上发展起来的扫描近场光学显微镜,突破了光学显微镜半波长的极限限制,分辨率达到10nm,可以分辨单个大分子。这一方面应归功于相邻学科基础理论和技术上的进展,另一方面也应归功于实验方法和检测手段的快速发展。理论和实验的紧密配合可以帮助科学家深入了解各种基元化学过程是如何发生的,而更精细的实验结果与更精准的理论研究的互动则是这一研究领域得以继续发展的强大动力。实践再一次证明:理论与实践的紧密结合是科学得以发展的必由之路。

第三篇：化学动力学与催化课程总结

化学动力学与催化课程总结

化学动力学与催化中的化学反应动力学部分是物理化学研究的领域之一。在《物理化学》这门课程的多个版本的教材中，都有对化学反应动力学或详或略的介绍。化学反应动力学研究化学反应进行的条件对化学反应过程速率的影响、化学反应的历程和物质的结构与化学反应能力之间的关系这三个方面的内容。

化学反应动力学基础包括经典反应动力学的基本定理，简单级次反应，典型的复杂反应和反应动力学的实验方法等方面的内容。

对于任意一个化学反应，我们描述其反应机理可用总包反应中的基元反应来表达。在基元反应动力学这部分中，我们分别学习了分子碰撞理论和过渡态理论这两种不同的描述形式。通过学习，我们由这两种形式得出共同共同的指数形式的结论。这说明，不论我们用哪种理论来描述基元反应过程，其最终的结果都是接近反应的真实形式，其间引入的条件不同，得到结论的接近程度也不相同。

由基元反应我们进一步学习了链反应这种在某种程度上可看似自发的连锁反应。不同的条件下链反应的变现形式也不尽相同，在最基本的支链反应和支链反应为单元的骨架下，链反应可呈现多种多样的形式。链反应给我的最初印象犹如核聚变或蝴蝶效应。但是在一个看似简单的化学反应中，通过不同的自由基的确定，分化出若干个详细的具体的化学反应，这个过程和结果还是十分有趣的。

由于参与化学反应的反应物和生成物的存在形式可能不同，在化学反应动力学中，又分为均相反应和非均相反应-即复相反应。均相反应分为气相反应和液相反应。相对来说，气相反应比较简单，用碰撞理论和过渡态理论比较好解释。液相反应比较复杂，对扩散的分析和动力学的分析用到了大量数学模型和假说。另外，液相离子反应相对液相分子反应考虑的物理因素更多，分析也更为繁琐。

复相反应是化学工程工艺中接触较多的反应类型，也即实际生活中用到较多的反应类型。人们把其中的固-气界面反应和固-液界面反应称为表面反应。为了研究表面反应，人们建立了以物理假说为基础的数学模型，并通过数学模型建立了多个等温式和研究机理。实验表明，这些机理在某些条件下可很好的解释并计算表面反应，为人们分析、计算并预测表面反应提供了便利条件。

在催化部分，我们学习了不同的催化形式。其中酸碱催化和酶的催化对于我们以后的学习、工作尤为重要。酶是生命进化史上的一大奇迹，它的出现，使很多在常温常压下不可能的化学反应成为可能。似乎在暗示我们，今后可以用仿生学原理，在化工材料的生产应用方面大有作为。

第四篇：系统动力学研究综述

系统动力学研究综述

摘要

本文首先对系统动力学进行简要概述，并回顾其在国外和国内的发展历程。其次通过对文献综述的方式，对系统动力学的研究领域进行梳理和罗列，并且介绍了系统动力学的研究成果和应用情况。本文的目的在于对系统动力学的发展和应用进行清洗明确的概括的，增进系统动力学的了解，并表述其目前的发展趋势。

关键词：系统动力学、综述、应用现状、研究成果

一、引言

系统动力学自创立以来，其理论、方法和工具不断完善，应用范围不断拓展，在解决经济、社会、环境、生态、能源、农业、工业、军事等诸多领域的复杂问题中发挥了重要作用。随着现代社会复杂性、动态性、多变性等问题的逐步加剧，更加需要类似系统动力学这样的方法，综合系统论、控制论、信息论等，并于经济学、管理学交叉，使人们清晰认识和深入处理产生于现代社会的非线性和时变现象，做出长期的、动态的、战略的分析和研究。这位系统动力学方法的进一步发展提供了广阔的平台，也为深入研究系统动力学的应用提供了机遇和挑战。

为此，本文从系统动力学的研究与应用现状着手，通过总结和分析当前系统动力学的应用情况，探寻系统动力学未来的应用前景和方向，希望能促进系统动力学方法在现代社会中的广泛应用。

二、系统动力学概述

系统动力学（System Dynamics，简称SD）起源于控制论。自Wienes在40年代建立控制论以来，随着现代工业与科学技术的日益发展，控制论的概念、领域和工具也得以拓展。五十年代初，中国把自动控制理论翻译为“自动调节原理”。苏联的B.B.COJIOJIOBHNKOB教授，在研究有关随即控制问题时，引入“系统动力学”的概念。钱学森先生结合龚恒问题，编著了《工程控制论》，也阐述了系统动力学的有关问题。苏联与后总共对系统动学的研究，是针对工程技术问题，限于自然科学领域。美国在50年代后期，在系统动力学方面取得了很大的突破。JW Forrester等发表了一系列关于SD方面的论文，使它的应用不限于工程技术，而是拓展到工业、经济、管理、生态、医药等各个领域，并出现了五花八门的各种动力学。

系统动力学适用于处理长期性和周期性的问题，适用于研究数据不足的问题，适用于处理精度要求不高的复杂的社会经济问题，强调有条件预测，对预测未来提供新的手段。系统动力学为解决复杂问题提供了新的方法，随着其理论越来越成熟，系统动力学的应用从最初研究全球性的发展战略的世界动力学模型，到研究国家政治、经济、军事以及对外关系的国家动力学模型，再到研究城市发展战略的城市动力学模型，研究特定区域的发展战略的区域动力学模型，研究工业企业发展战略的工业动力学模型，研究疾病发生，发展及防治策略的医疗动力学模型等，到目前为止，系统动力学的系统论、控制论、信号论的基础上，借助信息处理和计算机仿真技术在国内外研究复杂系统随时间推移而产生的行为模式上得到了广泛的应用。

三、系统动力学在国内外的发展

3.1系统动力学在国外的发展

1956年，美国麻省理工 Forrester教授创立了系统动力学（简称SD）方法，并于1958年在《哈弗商业评论》上发表了奠基之作。系统动力学在二十世纪七八十年代获得迅猛发展，并且臻至成熟，九十年代至今是广泛应用与传播阶段，系统动力学在一系列社会经济系统问题的研究中取得了令人瞩目的成果。

系统动力学在创立之初称为“工业动力学”，主要应用于企业管理领域，解决如原材料供应、生产、库存、销售、市场等问题。1961年出版的《工业动力学》，是这一时期的经典代表作。20世纪60年代，系统动力学应用范围逐步扩大，其中最著名的是Forrester教授应用系统动力学从宏观层面研究城市的兴衰问题，并于1969年出版了《城市动力学》。此后，城市动力学模型被Mass，Schroeder等，Alfeld等不断扩展和完善。此外，系统动力学还应用与研究人、自然资源、生态资源、经济、社会相互关系的模型中，如“捕食者和被捕者”关系模型、“吸毒和范围”关系模型等。显然，系统动力学的应用范围已超越“工业动力学”的范畴，几乎遍及各类系统，深入各个领域，因此更名为“系统动力学”。

1970年，以Mdadows教授为首的美国国家研究小组 使用系统动力学研究世 界模型，并于1972年发布了世界模型的研究结果《增长的极限》。它从人口、工业、污染、粮食生产和资源消耗等全球因素出发，建立了全球分析模型，其结论在世界范围内引起了巨大震动，被西方一些媒体称为“70年代的爆炸性杰作”。此后，系统动力学作为研究复杂系统的有效方法，被越来越多的研究人员所采用。

到了20世纪90年代，系统动力学开始在世界范围内广泛地传播和应用，获得了许多新的发展。系统动力学加强了与控制理论、系统科学、结构稳定性分析、灵敏度分析、参数估计、最优化技术应用等方面的联系。

许多学者也纷纷采用系统动力学方法来研究社会问题，设计到项目管理、能源、交通、物流、生态、环境、医疗、财务、城市、人口等广泛的领域。相应的研究至今依然层出不穷。3.2系统动力学在中国的发展 20世纪70年代末系统动力学引入我国。1986年我国成立系统动力学学会筹委会，1990年正式成立国际系统动力学学会中国分会，1993年正式成立中国系统工程学会系统动力学专业委员会。在30多年的时间里，系统动力学经过诸多学者的积极倡导和潜心研究，取得了飞跃发展。至今，国内系统动力学应用领域几乎涉及人类社会与自然科学的所有领域。其中，水土资源/环境/农业/生态环境，宏观/区域经济/可持续发展/城市规划领域，能源/矿藏及其安全领域，物流/供应链/库存领域，企业/战略/创新管理领域，金融/财务/保险/信用领域，交通/运输/调度领域，公共安全/行政管理领域，教育/教学领域等，是系统动力学应用研究最热门的领域。

四、国内外系统动力学研究现状

4.1系统动力学理论研究现状 基础理论：反馈理论、控制理论、控制论、信息论、非线性系统理论、大系统理论和正在发展中的系统学。技术理论：（1）系统的结构与功能、行为的关系（包括系统的震荡、非平衡、推按现象的内在机制、主回路判别等）；（2）SD的建模问题（包括模型的简化、模型阶数降阶、模型参数估计、通用的模型基本单元、噪声对模型的影响、不确定性分析、风险与可靠性分析、混合建模等）；（3）模型的检验与模型的新信度；（4）SD模型与行为优化问题（包括政策参数优化、系统结构优化。系统边界优 化等）；（5）复杂网络与SD的关系；（6）SD与系统的复杂性、复杂性科学的理论研究等。

4.2系统动力学方法研究现状 SD的方法论是系统方法论，是将所研究对象置于系统的形式中加以考察。目前对于SD方法方面的研究基本集中在见面方法上，如因果与相互关系回路图法、流图法、图解分析法流率基本入树建模法、反馈环计算法等系统、分析、综合与推理的方法。

4.3系统动力学应用研究现状 社会、经济、产业问题方面的应用：Chin-Huang Lin等（2006）考虑四个重要的工业竞争因素（人力资源、技术、资金、市场流动）建立了系统动力模型，分析了产业集群效应；徐久平等（2011）集成系统动力学与模糊多变规划建立模型（SD-FMOP），采用遗传算法求解，分析煤炭产业系统复杂相互作用，用以辅助政府部门决策；贺彩霞等（2009）利用系统动力学方法的因果反馈你，对区域社会经济发展模式的特点与原来进行了系统分析，并解并结合现代社会及经济发展的特点，建立了符合中国发展情况的区域社会经济系统的系统动力学模型。区域与城市发展方面的应用：Moonseo Park等（2011）考虑服务设施、教育福利、企业结构、住宅、城市吸引力等五个因素，建立系统动力学模型，分析自给自足型城市发展政策的影响；Cheng Qi（2011）考虑气候变化，经济发展，人口的增长和迁移和消费者行为模式的相关因素等建立了城市市政用水预测系统动力学模型，以反映水的需求和宏观经济环境之间的内在关系，用样本估计长期在一个快速发展的城市地区的市政供水需求预测。可持续发展方面的应用：Wei Jin等（2009）建立了生态足迹（EF）系统动力学，发展动态的EF预测框架，并提供一个平台，以支持改善城市可持续发展决策；Qiping Shen等（2009）建立了可持续的土地利用和香港城市发展的系统动力学模型，包括人口、经济、住房、交通和城市开发的土地五个子系统，提供了一个模拟足够长的时间来观察和研究“限制增长”的模型，观察对香港的发展潜力影响，模拟结果直接比较各项政策和决定所带来的不同的动态结果，从而实现土地可持续利用的目标；宋学峰、刘耀斌（2006）根据城市化和生态环境耦合内涵，在ISM和SD方法的支持下，建立了江苏省城市化与生态环境系统动力学模 型，并选取五种典型的耦合发展模式进行情境模拟，得出分阶段和分地域的推进人口城市化发展模式和社会城市化发展模型，可以实现该省人口、经济、城市化和生态环境协调发展的目的；侯剑（2010）分析了港口经济可持续发展的动态机制，并建立了港口经济可持续发展的系统动力学模型，分析模拟了结果；刘静华、贾仁安等（2011）通过对德邦牧业实地发展进行深入分析，创建系统动力学三步定点赋权反馈图的管理对策生成法。企业管理、项目管理方面的应用。P.E.D.love等（2002）介绍了如何更改（动态的昨天或效果）可能会影响项目管理系统，采用个案研究和系统动力学的方法，来观察影响项目主要性能的因素。Sang Hyun Lee等（2006）介绍了系统的动态规划和控制方法（DPM），提出一个新的建模框架，将系统动力学与基于网络的工具结合，把系统动力学作为一个战略项目管理和基于网络的工具；胡斌、章德宾（2006）等从系统动力学角度研究企业生命周期变化中不同因素的影响，分析企业成长过程和主要影响之后，建立SD模型，有效模拟了企业生命周期的演化过程，为管理者进行企业组织管理提供决策支持；齐丽云（2008）引入系统动力学的相关概念和理论，对企业内部的知识传播进行量化模型构建，提出三个量化模型，模拟得出企业可以通过适当调整一些因素得以所期望的知识接受者的知识势能曲线；蒋春燕（2011）以系统动力学为基础，提出突破这两种陷阱的路径：一是通过知识存量、企业特定的不确定性和绩效差距动态结合探索式与利用式学习；二是系统的考察中国新兴企业两种重要的资源（社会资本和企业家精神）对探索式与利用式学习的动态关系产生的影响。

五、系统动力学研究成果

通过文献回顾与总结发现，系统动力学的研究主要是加强同数学、系统学和控制学的联系，包含应用其中的随即理论、大摄动理论、状态空间理论、系统辨识等内容。本文主要介绍几点代表性的结果。

系统动力学学与马尔科夫过程。近些年来，许多系统动力学模型都可以转化为马尔科夫过程模拟，由此，可以充分利用数学中对马氏过程较为成熟的研究成果，应用到系统动力学模型上来。

使用计算机辅助设计来建立SD模型。SD方法的应用，愈来愈广泛与复杂，特别是应用于经济社会系统时，没有一种系统化与规则化的建模方法，因此造成 许多困难。许多人研究在采用数学建模时，并采用计算机辅助设计，这样便增加了建模的准确性，这方面工作著名的是JR Burns。他采用数学中的图论的方法，结合计算机辅助设计，得以确定SD模型，并进行仿真。

稳定性和灵敏度分析。建立模型总希望它有良好的结构和满意的参数。灵敏度分析是研究系统的行为模式如何以来于模型结构、初态选择、参数变化等，对灵敏度研究多采用计算机仿真，基准轨迹线性化，Monte Carlo、图论等方法。稳定性分析使用了分叉理论或大摄动理论，A Brasdhaw和D Daintith用状态空间法讨论稳定性，并且应用了线性多变量系统的理论进行分析。

参数辨识和控制。为了避免模型的不准确性或错误，建模过程常常要对系统中的参数进行估计，J A Sharp和C J Stewart提出用Kalman滤波和轨迹辨识两种方法。

有关系统动力学的研究，还有对整个SD模型的评价问题，仿真的误差分析，模型可靠性和价值等方面，这些研究有待进一步深入。

六、结语

为了促进系统动力学方法的深入研究和广泛应用，本文综述了系统动力学的主要研究成果，讨论了系统动力学方法的应用方向。系统动力学作为一种系统的科学分析方法，实践证明其在各种领域的应用研究效果显著，在很多领域都具有很高的应用价值。所以要不停的探索和推动系统动力学在更广泛领域的应用，使其在科学研究和人类社会的发展中发挥更大的作用。

文献综述： [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] 贺彩霞、冉茂盛、廖成林,基于系统动力学的区域社会经济系统模型[J].管理世界.2009,(3):170-171 [3] 石宏华、高猛、丁德文等,系统动力学复杂性及其在海洋生态学中的研究进展[J].海洋环境科学.2007,26(6):594-600 [4] 王其潘,系统动力学[M].北京:清华大学出版社,1994 [5] 许光清、邹骥,系统动力学方法：原理、特点与最新进展[J],哈尔滨工业大学学报（社会科学版）.2006,8(4):72-77 [6] 张力菠、方志耕.系统动力学及其应用研究中的几个问题[J].南京航空航天大学学报（社会科学版）.2008,10(3):43-48 [7] 钟永光、钱颖、于庆东等,系统动力学在国内外的发展历程与未来发展方向[J],河南科技大学学报:自然科学版.2006,27(4):101-105

第五篇：车辆操纵与转向动力学研究现状

车辆操纵与转向动力学

研究现状

姓名：赵方 班级：研1002班

学号：2010020038 指导老师：林慕义

完成日期：2011年1月3日

目录

一、国内外发展现状.................................................................................................2

1、汽车操纵动力学的研究现状..........................................................................2

2、车辆四轮转向技术发展现状..........................................................................4

二、车辆操纵与转向动力学的新发展.........................................................................5

1、智能方法在车辆操纵稳定性中的应用研究.....................................................5

2、虚拟仿真在汽车操纵稳定性研究中的应用.....................................................6

3、ADAMS在四轮转向车辆仿真研究中的应用..................................................7

三、存在的不足........................................................................................................8 前言.................................................................................................................................1 车辆操纵与转向动力学研究现状.......................................................................................2

四、努力的方向........................................................................................................9 总结...............................................................................................................................10 参考文献.........................................................................................................................11

I

前言

汽车操纵动力学的研究已经有70多年的历史。首先要研究的问题是具有怎样运动规律和行驶性能的汽车容易为不同的人所驾驶，其次要研究优化设计方法来提高汽车的操纵动力学特性[2]。随着汽车技术的飞速发展和道路条件的不断改善，车辆行驶车速大幅度提高，汽车的安全性能倍受重视，与汽车主动安全性能密切相关的操纵稳定性的研究日渐重要。传统的研究方法主要采用实车试验法，不仅需要耗费巨大成本，而且有些试验因其危险性而难以进行。近十多年来，由于计算机技术的飞速发展及对汽车动力学模型和轮胎模型的精确构建，以计算机仿真技术为手段来研究汽车的操纵稳定性成为必要和可能[4]。

电动助力转向系统是一种新型的汽车转向系统，具有以往任何助力转向系统所不具备的车速感应能力，其核心部件—ECU(电控单元)能根据车速和方向盘操舵力矩的不同决定是否助力以及助力的大小。随着现代汽车技术的迅猛发展，人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高。为了保证车辆在任何工况下转动方向盘时，都有较理想的操纵稳定性和转向轻便性，即使在停车情况下转动方向盘也能轻便灵敏，而高速行驶时又不会感到轻飘不稳，人们对转向系统进行了不断地改进。汽车转向系统的发展经历了简单的纯机械转向系统到机械液压动力转向系统，到电控液压动力转向系统，直到更为节能、操纵性能更优的电子控制式电动助力转向系统等几个阶段[1]。电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)是汽车动力转向的发展方向，是继液压动力转向系统之后，汽车转向技术的又一次飞跃。它具有体积小、重量轻、结构简单、安装和维修方便、节能环保的优点，更重要的是它具有优越的性能，如可随车速变化调整转向助力大小从而可获得不同的转向路感，可广泛应用于轿车、货车等众多车型，国外已有多家汽车公司采用此种先进的转向系统。我国汽车产业急需研究开发这种高新技术产品，因此对这种转向系统进行研究和开发是十分必要的[10]。

车辆操纵与转向动力学研究现状

控制策略的好坏直接决定整个电动助力转向系性能的优劣，为使转向系获得合适的助力矩，对电动机电流的控制是关键。近些年，国内外许多专家学者在汽车助力转向控制方面做了大量的研究工作，采用了诸如常规PID控制、模糊控制、等控制策略，并进行了仿真。从仿真效果来看，当汽车侧偏角较小时，仿真结果与试验结果较吻合，而当侧偏角较大时则出现较大偏差；并且这些控制方法的引入大多是针对转向系的某一方面性能，如仅提高手感或轻便性，对转向性能缺乏总体考虑。造成这一问题的重要原因是尚未建立起一个综合考虑轮胎接地转向特性和整车转向特性的汽车转向模型[1]。

一、国内外发展现状

1、汽车操纵动力学的研究现状

几十年来，国内外对汽车操纵动力学做了大量研究。国内主要集中在长春汽车研究所、清华大学、吉林大学等单位。国外主要集中在美国、日本和欧洲等汽车工业发达的国家和地区。现有的研究方法可以归结为开环方法和闭环方法。开环方法仅以汽车为研究对象，不允许驾驶员对汽车运动做出任何操纵修正动作，是汽车的固有特性。闭环方法将驾驶员与汽车作为统一的整体，即人一汽车系统，而不能忽略驾驶员的分析、判断和修正等操纵的反馈作用。

一般认为，1956年10月9日在英国伦敦机械工程师学会上所发表的5篇论文是公认的汽车操纵动力学领域的经典著作。其中的主要贡献是，把航空工业的“系统工程法”作为技术转移用于汽车操纵动力学。从 1956年以后到1969年的10余年间，尽管有关的基本理论有很大的发展，但基本特性并没有改变。20世纪60年代以前，基本上都是开环方法，所应用的基础是经典控制理论。20世纪70年代初，试验安全车(ESV)研究计划的实施，促使人们去研究实用的操纵动力学设计方法。各国研究人员依据大量试验与理论分析，首先提出了稳态响应特性、瞬态响应特性、回正特性和侧向滑移特性的安全容许极限，对操纵动力学特性进行客观评价。70年代中期以后，开始利用驾驶员对汽车直线行驶性能、转弯行驶性能和转向轻便性等特性的感觉，进行主观评价。然而，人们发现：对汽

车的瞬态响应等特性，客观评价与主观评价甚至不一致，难以有效设计汽车的操纵动力学特性。原因是客观评价方法仍按照一般控制系统的要求提出，为开环方法。而主观评价却是驾驶人员按照一定的跟踪要求操纵汽车时对操纵动作难易程度的感觉，这种感觉不完全取决于汽车本身的特性，还取决于人的行为特性，取决于道路跟踪的要求。

20世纪80年代初，人们逐渐认识到在应用汽车模型中有一个基本的障碍，那就是对驾驶员的特性缺乏基本的认识。最早开始研究人一车闭环操纵系统的大概要算Mcruer等，他们作了不少飞行员一飞机闭环控制的研究，并推广到汽车上。但是这些工作没有考虑驾驶员的前视作用这个十分重要的因素。为此，MacAdam与McRuer等于1980 ,1981年相继提出了不同的“最优预瞄控制模型”。1982年郭孔辉提出了“预瞄跟随理论”和“预瞄最优曲率模型”，该模型仿真精度高、物理概念清晰、运算简单，并可应用于非线性系统。另外，在试验方面，考虑到驾驶员模型的进展程度不能满足主动安全性闭环设计的要求，以及安全试验设计方法只能在样车试制后采用并受自然条件限制等缺陷，研制了开发驾驶模拟器。这种模拟器缓和了理论研究的发展程度与汽车主动安全性闭环设计要求之间的矛盾。

20世纪90年代初，郭孔辉提出了闭环系统主动安全性的综合评价与优化设计方法，基于定常的驾驶员特性建立了以二个单项均方值指标为基础的综合性能指标，对汽车的主动安全性进行了较好的综合评价。90年代后期，赵又群等从驾驶员汽车闭环系统的角度，进行了系统模型建立、闭环系统微分方程求解的高精度方法、驾驶员不确定性的闭环操纵系统主动安全性评价、具有演变随机道路输入的闭环操纵系统主动安全性评价、驾驶员汽车闭环系统主动安全性的优化设计等问题的系列研究，为驾驶员汽车闭环系统主动安全性的客观评价与优化设计提供了一定的理论依据。1998年Crolla等给出了汽车操纵性的主客观综合评价方法。20世纪90年代以来，利用开发型驾驶模拟器进行驾驶员一汽车一环境闭环系统主动安全性研究，改善汽车操纵动力学特性，是国际上主要的发展方向之一。

对于汽车操纵动力学的闭环方法，理论研究和模拟试验都是从与主观评价指标相一致的易操纵性开始的。每个驾驶员作为个体，他的驾驶技能是千差万别的。因此，驾驶员的建模问题，始终是驾驶员一汽车闭环系统操纵动力学研究趋于成熟和实用化的一个“瓶颈”问题。为了避开驾驶员建模的一些难以解决的问

题，美国学者Bernard等较系统地研究了汽车操纵逆动力学问题。2000年，英国的Casanova等研究了最速操纵问题，虽然没有提出一般的解法，但也可归结于汽车操纵动力学的“逆问题”。到目前为止，关于汽车操纵逆动力学问题的研究还处于初期阶段[2]。

2、车辆四轮转向技术发展现状

随着人们对四轮转向这一领域研究的不断进展，备公司在提高汽车稳定性方面所持的侧重点也备不相同。在4WS客车的研究和开发方面主要是探索由于后轮参与转向而带来的车辆响应变化以及采用备种转向控制策略而产生的差异。但到目前为止，4WS还是一种新兴技术，人们对它的研究途径很多，这些将会使4WS系统更加完善。

目前以日本的Nissan公司为代表的西方国家的各大汽车公司都开始致力于4WS的研究。Nissan公司为它的Nissan300ZX和Infiniti汽车设计了SUPER HICAS系统，可以根据车速和方向盘的转向条件来控制后轮的转向。Nissan公司的Fukunaga发表的论文研究了三种不同的控制方式下，汽车的动态响应特性t并试图找出优化的控制方法。Mazda公司在他的新型豪华Sentia轿车上安装了电控的四轮转向系统，它可以根据前轮转角和车速来转动后轮。Mazda公司的Nakamoto，Masatome和Kanesllina提出了车辆横摆中心的概念。美国California大学的John C，Whitehead采用转向盘的转动力矩作为系统的输入而不是传统的转向角输入，研究了4WS的稳定性结果。还说明了在纵列式驻车这样的情形下，车辆的操纵灵话性不会得到显著的改善，这是由于在有限的空间里转弯时，虽然转弯半径减小，但4WS车尾部更易于撞到障碍物。现在已投入的4WS汽车普遍受到各界的关注和认同，但并不完全一致。

国内对于4WS系统的研究主要集中在几所大学里进行的，像北京理工大学、吉林工业大学、上海交通大学等高校，在国内的汽车行业中基本上还没有展开4WS的研究和开发工作。高校由于条件的限制特别是试验条件和试验经费的限制，对于4WS的研究基本还处于初级阶段，其研究的重点主要是4WS车辆的动力学响应和控制方法的研究。其中北京理工大学则在轻型卡车上安装了4WS系统，并进行了一些试验尝试。总的说来国内对4WS系统的研究基本还处在理论研究阶段。目前，国内外已有至少6种不同的4WS系统在处于不同的投产和研制阶段。这些系统的主要区别在于其驱动后轮转向的控制器和控制策略的不同。以及采用的控制方式的差别。但是这些4WS系统的研究基本是基于一个简单的两自由度的车辆模型。这种模型在研究时忽略了诸如悬架运动、侧向质量转移和底盘转动等很多重要因素的影响，因而不是非常精确的，对汽车4WS系统的进一步研究还有待于深化。目前随着电子技术的发展，汽车也越来越广泛地应用各种电子设备。而4WS作为改善汽车操纵稳定性的重要途径，也不仅仅单独应用在汽车上，它往往与4WD、ABS等共同应用，从而改善汽车的操纵稳定性、动力性、制动性等汽车的综合性能来满足人们对汽车越来越高的要求[5]。

二、车辆操纵与转向动力学的新发展

1、智能方法在车辆操纵稳定性中的应用研究

汽车操纵稳定性的研究方法通常包括开环方法和闭环方法。开环方法：已知汽车模型、道路模型和驾驶员操纵输入，来求得汽车的运动状态(汽车响应)。闭环方法：已知驾驶员汽车闭环操纵系统模型和驾驶员所要跟随的理想路径，驾驶员不断的观察、判断和修正操纵输入，来求得汽车跟随理想路径的最佳运动状态(汽车响应)。汽车操纵逆动力学的研究思路与“正问题”的不同。它是在已知汽车模型、汽车的运动状态(汽车响应)的基础上，反求得所允许的驾驶员的操纵输入，进而分析什么样的操纵，才是大多数驾驶员所容易接受的、行驶最安全的和最快速的等。

径向基函数(Radial Basis Function，简记为RBF)刚络是前向神经网络中的一类特殊的三层神经网络。其隐含层单元的作用函数采用非线性的径向基函数，以对输入层的激励产生局部化响应，即仅当输入落在输入空问某一规定的小范围内时，隐单元才会做出有意义的非零响应，输出节点则对隐节点的基函数输出进行线性组合。其基本结构图是一个三层前向神经网络：输入层、隐含层(中间层)、输出层。径向基刚络能很好地拟合任意有限值函数，而且能通过快速的设计来取代漫长的训练。

角阶跃试验是目前检测汽车瞬态横摆响应性能常用的试验方法之一。根据公式以及轿车参数，进行汽车操纵稳定性“正问题”的仿真计算，其目的是为得到RBF神经网络所需的输入样本和输出样本。以横摆角速度仿真值为输入样本，方向盘转角值为输出样本，建立RBF神经网络模型。网络训练结束后，为检验RBF网络模型的识别精度，另取一组“正问题”得到的横摆角速度数据，代入已训练

好的网络中，识别汽车的方向盘转角。

根据仿真试验数据，由汽车的横摆角速度响应识别出了方向盘的转角输入。识别结果表明，该方法便于操作，且精度较高、运算速度较快。因此，将人工神经网络应用于汽车操纵动力学的研究是合适的。

[3]

2、虚拟仿真在汽车操纵稳定性研究中的应用

自1989年美国计算机科学家雅龙·拉尼尔提出后，虚拟现实技术发展十分迅速，被广泛地应用到汽车的设计和开发中。德国几乎所有的汽车制造公司都建成了自己的虚拟现实开发中心。Daimler-Benz汽车公司已成功地将虚拟试验技术用于系列化高速轿车的产品开发中，设计者只要给出新车型、新部件的设计方案和参数，就可以通过汽车动态仿真器进行仿真试验，从而准确地预测和评价新型汽车的动力学特性。通用汽车公司有一套被称为“虚拟眼睛”(Virtual Eyes)的虚拟现实设计系统，该系统主要目的是评价车身内外饰的设计效果。福特汽车公司在新型汽车设计和开发中已经大量应用虚拟现实技术。宝马公司能在7个系列的产品开发中都应用虚拟产品研发的解决方案。丰田公司实施了“前期装载”的概念，进行早期的虚拟设计并配合相应的流程改进，使研发时间和成本降低了30％-40％。在1999年，美国的Zhang，Y等人应用虚拟现实技术研究车辆移线试验，给出了动力学和操纵稳定性的试验结果，这些结果包括轮胎的受力、转向轮在转向时压力分布及长安大学硕士学位论文轮胎的压痕的变化、转向轮在转向时倾斜的位置，这些试验结果是用图像实时显示出来的。

与国外相比，我国采用虚拟现实技术来进行汽车性能的研究起步较晚，但近年来发展迅速，一些高等院校如长安大学、吉林大学、中国农业大学、合肥工业大学、昆明理工大学在这方面也取得了不少成果。长安大学汽车学院建立了人．车一路(环境)联合运行虚拟仿真平台，该平台由RC(Reality Center)系统、模拟驾驶操纵台和数据采集系统组成。驾驶人利用模拟驾驶操作台结合显示系统在虚拟场景中进行仿真试验，研究人员根据仿真过程获得的试验数据进行相应的研究和评价。该系统可以进行人一车．路系统的协调性研究、道路安全性评价和车辆性能虚拟试验。吉林大学动态模拟国家重点试验室从人-车-环境系统的整体性能为出发点，能够对汽车主动安全性能进行全工况的仿真研究。在动态仿真系统中，可以设定系统相关的各种参数，对人-车-环境进行全工况的仿真；能够对驾驶员模型进行比较精确的模拟，克服了驾驶员行为模型难以用数学描述的困难，系统

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具有汽车实车场地试验所无法比拟的优势。中国农业大学尹念东、王树凤等人设计了一套桌面虚拟现实系统(DesktopVR)。利用该系统开发了一种汽车操纵稳定性虚拟试验平台，并在平台上进行了汽车双移线的虚拟试验。但建立的车辆仿真模型过于简单、缺乏真实感，也没有车内仪表部分，无法以驾驶员的角度来进行虚拟试验。昆明理工大学熊坚、曾纪国等人研制了用于汽车操纵动力学仿真的虚拟场景自动生成软件，结合汽车操纵动力学仿真数学模型和相关软件，初步建立了一个具有真实视觉感的、实时的汽车操纵动态仿真系统。但是该系统在虚拟试验时不能自行控制，不能进行人机交互，且试验过程中无法实时地查看试验数据。合肥工业大学汪文龙利用ADAMSNiew模块建立了某轿车的整车模型，进行了稳态回转试验、转向盘角阶跃输入、转向盘角脉冲输入等试验，并建立了基于OpenGL的虚拟试验场。浙江大学刘星星、杨绪剑等应用ADAMS软件进行了转向盘转角脉冲输入的汽车操纵稳定性分析试验，利用虚拟仿真软件WTK创建虚拟试验系统，并应用ADAMS仿真分析结果驱动虚拟试验系统的汽车模型，实现了整个虚拟试验系统的动态仿真。这些方法由于采用ADAMS软件作为基本软件平台，缺乏地形、道路、环境的三维建模功能，进行二次开发也较为困难[4]。

3、ADAMS在四轮转向车辆仿真研究中的应用

虚拟样机技术是一门综合多学科的技术，这项技术以机械系统运动学、动力学以及控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法，可以显著提高设计质量，降低产品开发成本，极大地提高企业的创新能力、竞争能力和经济效益。目前，市场上已有多种成熟的虚拟样机技术的软件，大都是国外机械动力学公司所开发。较有影响的有美国机械动力公司(MechanicalDynamics Inc．)的ADAMS，CADSI的DADS，德国航天局的SIMPACK，其它还有Working Model、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS、Pamcrash等等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以使用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学，运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。

ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用

专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。基本的ADAMS配置方案包括交互式图形环境ADAMS View和求解器ADAMS／Solver。ADAMS／View采用分层方式完成建模工作，它将一组构件通过机械运动副连结在一起，通过将运动激励作用于运动副或构件形成机械系统。ADAMS／Solver则自动建立机械系统模型的动力学方程，并提供静力学、运动学和动力学的解算结果。仿真结果采用形象直观的方式描述系统的动力学性能，并将分析结果进行形象化输出。ADAMS的设计流程，它包括以下5个方面：（1)创建模型，在创建机械系统模型时，首先要创建构成模型的机构，它们具有质量、转动惯量等物理特性。使用ADAMS／View创建的物体有三种：刚体、点质量和弹性体。创建完物体后，可以使用约束库建立两个物体之间的约束副，这些约束副确定物体之间的连接情况以及物体之间是如何相对运动的。最后，通过施加力、力矩或者运动，以使模型按照设计要求进行运动仿真。（2)测试和验证模型，创建完模型后，或者在创建模型的过程中，都可以对模型进行运动仿真，通过测试整个模型或者模型的一部分，以验证模型的正确性。在进行仿真时，ADAMS／View可以通过测量曲线直观地将显示仿真的结果。（3)细化模型和迭代，通过初步地仿真分析，确定模型的基本运动后就可以在模型中增加更复杂的因素以细化模型。为了便于比较不同的设计方案，可以定义设计点和设计变量，将模型进行参数化，这样就可以通过修改参数自动地修改整个模型。（4)优化设计ADAMS／View可以自动进行多次仿真，每次仿真改变模型的一个或多个设计变量，帮助找到机械系统设计的最优方案。（5)定制界面为了使ADAMS／View符合设计环境，可以定制用户界面，将经常需要改动的设计参数制定成菜单或者便捷的对话窗，还可以使用宏命令执行复杂和重复的工作，提高工作速度。

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三、存在的不足

尽管国内外研究者做了大量理论与应用研究，目前汽车操纵逆动力学的应用仍存在许多问题。频域法虽可以用于稳态响应情况，但应用于瞬态响应情况有较大局限性。时域法尚不完善，因其对汽车运动的边界条件和初值条件比较敏感，求解精度不甚理想，而且稳定性、鲁棒性均有待提高。在求解精度方而，模态参数的确定和高阶模态截断会带来模型或计算误差。如果幂级数的收敛性、稳定性差，则级数展开法具有明显的缺点。源于控制理论的逆系统的正问题解法，则由于逆系统存在的条件较苛刻，应用受到极大的限制。因为逆问题求解过程呈现着

强烈的非线性，本身十分复杂，再加入汽车非线性将使难度大幅度增加。目前的汽车操纵逆动力学的研究对象仍停留在以线性系统为主的水平上，这与工程实际中的需要相差较远。另外，汽车操纵逆动力学问题的实验验证也是急需解决的问题[2]。

动力转向系统不仅较好地解决了转向轻便和转向灵敏的矛盾，还能提高行驶安全性和舒适性，呈现出汽车的一大发展趋势，比较成熟的是液压动力转向系统，但该系统无论是否转向都需要消耗一定的能量，电动液压助力转向系统已经在部分车上采用，但液压装置的固有缺陷仍不能根除。

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四、努力的方向

汽车电子化是当前汽车技术发展的必然趋势。继电子技术在发动机、变速器、制动器和悬架等系统得到广泛应用之后，EPS在轿车和轻型汽车领域正逐步取代传统液压助力转向系统并向更大型轿车和商用客车方向发展，它己成为世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，具有广泛的应用前景[1]。

汽车操纵逆动力学的研究，将会解决虚拟样车设计阶段中汽车行驶安全性、汽车最佳行驶性能的动态仿真与控制等关键问题，为汽车操纵动力学优化设计和汽车/赛车运动员训练提供理论指导。今后一个时期，可以从方向盘力输入下汽车操纵逆动力学的研究和计算智能在汽车操纵逆动力学上的应用研究进行尝试，以期解决“最速问题”中汽车的可操纵性问题中驾驶员的负担与速度的综合评价问题、用汽车操纵逆动力学的结果来识别闭环方法中驾驶员模型参数问题、驾驶员的生理极限实验验证问题等[2]。

电动助力转向系统较液压动力转向表现出很多优点，继电子技术在发动机、变速箱、控制器和悬架等系统得到广泛应用之后，国外汽车电动助力转向已部分取代传统液压动力转向，电动助力转向已成为世界汽车技术发展的研究热点。研究和开发电动助力转向系统是与汽车发展巾的安全、环保、节能二大主题相吻合的，具有一定的现实和长远意义。电动助力转向系统研究已被我国列为高科技产业项目之一。我国汽车产量正以每年30%的速度递增，2004年汽车产量已突破500万辆，目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向，仅有少数采用电动助力转向。按照发展趋势，今后大部分微型车和轿车都将采用电动助力转向，因此电动助力转向的市场前景十分广阔，对电动助力转向系统的研究具有很重要的理论价值和实际意义[10]。

总结

随着社会的不断发展进步和人们生活水平的不断提高，自20世纪80年代以来，国内、国际汽车市场的竞争变得空前激烈，用户对操纵稳定性、转向灵敏性的要求越来越高。然而，汽车本身是一个复杂的多体系统集合，外界载衙的作用复杂多变，人、车、环境三位一体的相互作用，致使汽车动力学模型的建立、分析、求解始终是一个难题。基于传统的解决方法，需经过反复的样车试制、道路模拟试验和整车性能试验。如此，不仅需花费大量的人力、物力、财力和漫长的时间，而且有些试验由于存在危险性而难以进行。ADAMS软件采用虚拟样机模拟技术，为上述问题提供了一种较好的解决方案。虚拟样机模拟技术可以用于指导和修正设计，按照并行工程的概念组织产品设计和生产，在真正意义上实现整车系统优化设计[9]。

EPS系统可以很容易地实现在全速范围内的最佳助力控制，在低速行驶时保证汽车的转向灵活轻便，同时兼具在高速行驶时保证汽车转向稳定可靠。与传统的转向系统相比，EPS系统结构简单、灵活性大，可以获得理想的转向操纵稳定性，能动态地适应汽车行驶状况的变化，在操纵舒适性、安全性、节能等方面也充分显示了其优越性。虽然目前应用还不很广泛，但具有非常广阔的市场前景。据专家预测，EPS的产量正以10%的速度增加，到2010年，全世界30%的轿车已基本都安装EPS。与电控液压助力转向系统相比EPS用电能取代液压能，减少了发动机的能量消耗，符合汽车发展中的安全、环保、节能二大主题，已成为世界汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，具有广泛的应用前景。

参考文献

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