汽车经过百余年的飞速发展,已由单纯的机械系统向机电一体化系统、信息物理系统进化。在性能大幅度提升的同时,复杂性也成倍提高,整车匹配、标定、集成开发的难度增大。采用先进仿真技术尽可能减少甚至代替实物试验是汽车产品开发的主要趋势之一。在实际应用中,部分系统、总成和部件的瞬态过程,现阶段还难以实时准确建模,如液压、气动、发动机燃烧等,当前纯模型仿真还难以完全代替实物试验。在产品开发过程中,零部件供应商希望尽早对总成、部件实物进行整车性能匹配测试,而不必等到样车制造后,降低开发风险。整车厂商经过多年的积累,形成了自己的汽车开发平台。在开发新车时,大多可沿用成熟的实物总成及电控单元,主要工作是与新车性能优化匹配及参数标定。当前,国内外汽车行业致力于采用实物在环仿真技术,将真实的系统、总成、部件及电控单元嵌入到整车模型进行汽车产品开发,是当前国内外的研究热点之一。实物在环仿真,已从控制器硬件在环仿真,延伸至机械实物在环仿真,并向驾驶模拟器驱动下的实物在环仿真发展。通过直接嵌入实物动态试验台,能有效解决部分总成和部件瞬态建模不准的问题,更逼真地模拟汽车瞬态运动过程。零部件供应商能在早期更为准确地对实物进行整车性能匹配测试。整车厂商可在实物的总成、电控单元和新车模型的基础上对新车进行优化匹配,快速更新升级推出新车型。结合汽车驾驶模拟器,大部分开发后期的整车性能主客观评价试验可前移至驾驶模拟器上进行,在各种复杂环境下对总成、部件进行调教,对电控系统进行验证与标定,大幅缩短开发周期,降低开发成本。在实物在环仿真开发中,实际工程存在对系统、总成、部件各个层级进行实物在环仿真的需求,而当前的汽车实时动力学商业软件模型大多仅在系统级模块化,难以按需关闭模型中与不同层级实物相对应的数学模型;在对某一实物电控系统标定时,需仿真模型提供与之协调的其他电控系统信号,如发动机电控系统须与底盘电控系统协同标定,但现有的实时动力学商业软件模型大多缺少可用的电控系统模型。并且在电控系统标定,系统、总成、部件在环仿真测试中,更注重的是汽车瞬态运动过程的评价与优化,而现有的汽车性能客观评价方法大多侧重稳态性能。本文试图探索一种汽车实时动力学模块化建模方法,建立按照汽车构造定义的系统、总成、部件分层次的实时动力学模块化模型;以电子稳定性控制系统的建模为例,探索和实现一种控制器策略准确建模、执行器功能建模的数字电控系统建模方案;并试图探索一种汽车瞬态运动过程的评价方法。本文主要研究内容如下:第一,分层次的汽车实时动力学模块化模型研究。针对按照机械系统几何拓扑结构自动推导动力学方程,难以建立实时的模块化动力学模型的问题,本文探索了一种复合约束隔离解耦的模块化建模方法。系统地定义了复合约束、复合体、复合位形、复合力/力矩四类基本动力学模块,有效解决了总成、部件级模型的隔离解耦。各系统中的总成、部件动力学功能均属于复合约束隔离解耦建模方法中所定义的基本动力学模块类型之一。分别对转向系统、行驶系统、制动系统、动力传动系统隔离解耦并对各个子模块建模,建立分层次的汽车实时动力学模块化模型并成功用于实物在环仿真中。第二,数字电子稳定性控制系统模型研究。针对现有的汽车实时动力学商业软件模型大多建立的仅是简单功能的控制器模型的问题,本文以电子稳定性控制系统的建模为例,探索和实现了一种控制器策略准确建模、执行器功能建模的数字电控系统模型建模方案,建立了较详尽的数字电子稳定性控制系统控制器策略模型及执行器功能模型。第三,汽车瞬态运动过程评价的车轮瞬时转向中心方法。考虑到车轮力是汽车产生运动的来源,汽车运动主要是从车轮传递到车体的瞬态响应过程,本文试图探索了一种车轮瞬时转向中心评价方法。在准确计算车轮瞬时转向中心的基础上,提出车轮瞬时转向中心离散度评价指标。结果表明,相较于整车性能指标,车轮瞬时转向中心离散度对于汽车瞬态运动过程的评价更为敏感。最后,对模块化动力学模型进行了验证,模型仿真结果与实车场地试验结果具有较好的一致性。搭建了制动总成实物在环仿真平台,模块化模型能按需关闭模型中与总成实物相对应的模型模块。试验台在驾驶模拟器的驱动下进行了虚拟场地试验,对数字电子稳定性控制系统模型进行了验证。并将车轮瞬时转向中心方法用于汽车瞬态运动过程的评价中。本文研究的数字模型与评价方法能有效用于汽车实物在环仿真开发中。