现代坦克装甲车辆需要具有较高的机动性，才能满足节奏快、纵深大、强度高的作战和使用需求。车辆直线行驶、转向、加速、制动、爬坡、跨垂直墙、越壕沟等各项性能是机动性的主要方面，从广义来讲平稳性也属于机动性的一部分。

3.1.1.1　履带与地面相互作用模型

履带与地面间的相互作用相当复杂，很难用精确的数学公式表达。各国学者进行了大量的研究，其中Bekker 根据Bekker 沉陷理论提出了半经验性质的计算关系式。

基于Bekker 沉陷理论建立履带在路面上行驶的履带车辆沉陷量为：

式中，z 为沉陷量；b 为履带宽；L 为履带接地长；n 为负重轮个数；Kc 为地面土壤内聚力；Kφ 为土壤内摩擦角的正切。

地面所受正压力大小为：

式中，P 为地面正压力。

在履带接地段法向载荷均匀分布情况下，履带接地段所受的剪切作用力为：

τ =(Kc + Ptanφ)(1- e-j/K)

式中，τ 为接地段所受剪切作用力；φ 为土壤的内摩擦角；j 为剪切位移；K 为剪切变形模量。

3.1.1.2　负重轮与履带间的摩擦力模拟

第i 负重轮与履带间的摩擦力大小为：

式中，ur 为摩擦系数；为第i 负重轮与履带正压力。sign 为符号函数，定义为：当摩擦力作用方向与相对速度方向相反时，sign =-1；当摩擦力作用方向与相对速度方向相同时，sign =1。

在ADAMS 中，碰撞力计算公式为：

式中，Fc 为碰撞力；k′为碰撞刚度；n1 为碰撞指数；c 为碰撞阻尼；q 为碰撞物体位移；q0 为发生碰撞时物体间的距离。根据Hertz 接触理论，碰撞指数n1取1.5 较好，但是取2～3 时收敛较快。

车辆转向过程是个复杂的运动学、动力学过程，随着地面情况、转向半径、车速的变化，转向工况不断变化。车辆的爬坡性能是反映车辆越野机动性能的主要特性指标。

3.1.1.3　直驶阻力模拟

车辆直线行驶时，车辆所受阻力主要有负重轮地面变形阻力Rf，坡度阻力Ri，加速阻力Rj，空气阻力Rw。总阻力可以表示为：

R = Rf + Ri + Rj + Rw

根据各阻力的具体形式，总阻力可以表示为：

式中，G 为车辆质量；g 为重力加速度；α 为坡度角，上坡为正，下坡为负；Ie为换算到发动机曲轴上的转动惯量；im 为传动系总传动比；rk 为主动轮半径；ηm 为传动系总效率；ηr 为行驶系效率；f 为地面变形阻力系数；v 为车辆行驶速度；CD 为空气阻力系数；A 为迎风面积。

地面变形阻力系数f 由试验测得，主要与地面性质、接地段平均压力、履刺高度、行驶速度有关，根据不同路面进行选择，在ATV 中通过履带与路面接触进行模拟。

车辆直线行驶时所受到的阻力矩为：(www.daowen.com)

式中，Hcm为质心高度。

3.1.1.4　转向阻力模拟

由车辆转向运动学可知，车辆的转向运动可以看作是车辆随其中心的平移运动和绕其中心的旋转运动的合成，接地段平移运动和旋转运动所受外力和外力矩作用在车辆上。理想状态车辆在转向时受力为：

式中，FR1，FR2为左右转向时的地面变形阻力；Sl，Sr 左右所受横向阻力；μ为转向阻力系数，由试验测得，在ATV 中通过履带和路面接触参数设置。

3.1.1.5　仿真实现

运用多体动力学软件ADAMS 的履带工具箱ATV 建立某型战车整车模型。模型结构包括：车体、行动系统等。整车模型的自由度多，超过1 000 个，采用拉格朗日乘子法或者递归算法求解运动方程。在样机仿真过程中遵循渐进的原则和自下而上的设计方法。在进行整车仿真试验前，主要对构成样机的零部件、子系统进行仿真分析试验。经过对零部件、子系统反复的仿真试验分析、优选后确定车辆的虚拟样机模型，再进行整车的仿真分析试验。该模型有两条履带系统，采用双销履带，每条履带系统由1 个诱导轮、5 个负重轮、1 个主动轮、托带轮和履带板组成。

选取系统内每个刚体、质心在惯性参考系中的三个直角坐标和确定刚体方位的三个欧拉角作为笛卡儿广义坐标。参考位置是车体在总体坐标系统中的相对位置，参考方向也是相对于总体坐标框架，符合右手规则。

在建模过程中首先需要完成行动部分的建模，包括：主动轮、负重轮、诱导轮、托带轮、平衡肘、扭杆弹簧、油气弹簧、减震器、履带调整器、履带等行动部分的部件建模，根据它们在车上的安装位置，将它们装配在车体上构建出初步的样机模型。

ADAMS 下的车辆模型根据实际受力状况定义了重力场及各个零件之间的作用力。

1.履带板

履带板与地面之间的作用力用一般力表示，有3 个方向的力和3 个方向的力矩，由一个用户子程序完成该一般力的计算。程序中只计算3 个方向的力，其中z 方向力表示履带板与地面之间的垂直方向的作用力，另外两个水平方向的作用力表示履带板与路面之间的剪切力（摩擦力）。在仿真中，首先计算某一履带板上的参考坐标系原点在整体坐标系中的坐标（x，y，z），然后计算坐标为（x，y）的路面点的z 坐标，通过比较这两个z 坐标，判断履带板是否与地面接触，并计算接触后的变形，根据变形量，计算履带板与路面之间的z 向作用力。另外两个水平方向的变形，则以该履带板在两个相邻积分时刻的水平位置变化为度量。两个相邻的履带板之间作用有场力和销子的摩擦力矩。缺省设置下，摩擦力矩为零。两个相邻的履带板之间作用的场力表明每个履带板都有6 个自由度，两个相邻的履带板之间的相对平移和相对转动引起这种场力作用，它实际上相当于一个广义的线性弹簧和阻尼器。履带板之间用场力相连而不是简单地用转动铰链相连，可以模拟车体做复杂运动时引起的履带板的摆动。第一块履带板通过平面铰与车体相连，履带板与车体的挡板之间定义有接触力，即当履带摆动，其位置高于车体挡板时，即与车体接触，接触力的合力用一个一般力表示。

2.诱导轮

诱导轮上作用有一个一般力，该力是履带板对诱导轮作用力的合力。首先判断哪些履带板与诱导轮接触，然后计算接触变形、接触力，最后计算这些接触力的合力。该一般力由一个用户子程序计算。诱导轮与张紧装置通过转动铰链相连，在该铰链上可设置摩擦力矩。

3.负重轮

负重轮上作用有一个一般力，与诱导轮上一般力的计算方法相同。负重轮通过转动铰链与平衡肘相连，在铰链上可定义摩擦力矩的作用。

4.平衡肘

负重轮与车体通过平衡肘相连，平衡肘一端通过转动铰链连接负重轮，一端通过转动铰链和扭转弹簧与车体相连。平衡肘与车体相连的铰链处作用有：轴承摩擦力矩、阻尼力矩、扭转弹簧力矩和限制扭转过位的力矩，该力矩只有当平衡肘的扭转弹簧变形过大时才起作用。

5.主动轮

主动轮与车体通过转动铰链相连。主动轮受到的履带板的作用力之合力也用一个一般力表示，计算方法与诱导轮、负重轮上的一般力的计算方法相同，由一个用户子程序完成计算。另外在铰链上作用有轴承摩擦力矩。

6.托带轮

托带轮与车体用铰链相连，在该铰链上作用有轴承摩擦力矩，托带轮上作用的一般力的计算方法与负重轮一样。

路面谱文件的建立是采用一系列点的坐标以及三角形平面缝合来确定路面形状的，路面为刚性路面。