计算多体系统动力学是一门利用现代计算机技术来研究多体系统动力学及其响应的新学科。该学科广泛应用于诸多领域与行业中,如航空航天、机器人、车辆工程、工程机械、生物力学等,其目的是建立适用于计算机求解的大型复杂多体系统的力学模型,并寻求高效、准确的数值分析方法。目前在车辆动力学建模的过程中,基于笛卡尔坐标系的全局公式应用最为广泛,该类方法建模过程简单,针对任意多体系统,无论是开环还是闭环系统,它都可以采用相同的方法建立统一的拉格朗日动力学方程。然而,从仿真计算效率角度来看,此类方法存在多体动力学方程复杂、模型求解效率低等不足之处。为了提升多体动力学模型的求解效率,西班牙学者Javier García de Jalón于本世纪初提出了一种两步式半递推的多体动力学建模方法。该方法基于相对坐标系,根据部件间的递推关系,利用一组独立的相对坐标描述多体系统动力学方程,具有较高的计算效率。本文面向大型复杂的车辆多体系统,以采用麦弗逊式独立前悬架与五连杆式独立后悬架的乘用车系统与几种复杂度递增的多四杆机构为研究对象,基于递推公式与拓扑学理论,从多体系统建模与数值算法两方面对多体系统的动力学建模方法进行改进,以实现实时仿真目的。本文的研究内容总结如下:1.从闭环车辆多体系统的具体结构与递推关系出发,基于运动副与杆件移除技术,在MATLAB/C++平台中搭建了不同的车辆多体系统树状拓扑模型。通过对各个模型进行数值计算与仿真,分析了不同的闭环打开方法的有效性和计算效率,揭示了系统部件数、节点数、约束方程数以及闭环打开方式对多体动力学模型计算效率的影响规律。2.针对车辆麦弗逊式独立悬架系统下摆臂的具体结构,提出了一种基于悬架摆臂移除的车辆多体系统半递推建模技术。该技术将悬架摆臂等效为两根连杆的组合,并基于杆件移除方法打开闭环车辆系统,从而减少了系统部件数量也降低了闭环约束方程的规模,由此提升了车辆动力学仿真效率。3.针对四阶Runge-Kutta(4th RK)和Adams-Bashforth-Moulton（ABM）数值积分方法的计算特点,提出了一种用于数值积分过程的速度与加速度迭代优化技术。通过重用约束雅可比矩阵分解结果和广义质量矩阵分解结果,减少了约一半的大型矩阵分解次数,从而降低了在大型多体系统求解中相对速度和独立相对加速度的求解时间。