汽车动力学课件
车辆动力学基础.ppt
u
Tt
驱 动 轮
悬 架
r P Ft
车辆加速度根据牛顿第二定律
F 1000P t a m v m
速度在分母,所以随着速度的提高加速度下降。
驱动功率与总质量的比值称为比功率,这是发动机功率 利用效率的一个指标。重型车比功率小于小型车,单位功率 产生的效益高,经济性好。但重型车加速性因此比小型车差 很多。
车辆驱动力受制于轮胎与地面的附着条件。 在无侧向力作用时,地面对轮胎切向反作 用力的极限值称为附着力。在硬路面上, 附着力与驱动轮的法向反作用力成正比, 即
F Fz
式中
称为附着系数,它是由轮胎、路面和使用条件决定的。 地面对驱动轮的切向反作用力不能大于附着力,否则 驱动轮将会发生滑转
对于4x2型后轮驱动车辆
ntq
3300 195 7468
np
5700 159 6089
nmax
6200 143 5477
ua1/(km· h-1 )
7.1
29.2
50.5
54.9
奥迪 A4 轿车驱动力图
8000
7000
6000
Ft1 Ft2
5000 Ft3
F t/N
ห้องสมุดไป่ตู้
4000
Ft4 Ft5
3000
Ft6
2000
1000
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320
F FF f F x 2 t z 2 z 2
汽车动力学ppt课件
rr
S
2nw
一般可不计差别: rs≈ rr ≈ r
4)汽车的驱动力图
发动机外特性确定的是发动机输出转矩和转速关系。 经传动系到达车轮后,可表示为驱动力与车速间的关系。
由式(1)得各档位的 Ft值。
发动机转速n与汽车行
驶速度ua间的关系
ua
0.377
rn ig io
单位 ua: km/h n: r/min r: m
之间的函数关系。用试验曲线或拟合多项式表达。
▪发动机外特性曲线:发动机 节气门置于全开位置
▪发动机部分负荷特性曲线: 发动机节气门置于部分开启位 置
台架试验特性曲线:发动 机台架试验时所获得的曲线。
使用外特性曲线:带上全 部附件时的外特性。与台架试 验特性相差5~15%。
2)传动系机械效率
传动系各部件(变速器、万向节、主减速器)的摩擦导 致的功率损失。由试验测得。
Ft≤ FZ ·φ 对后轮驱动汽车:
FX2/ FZ2 = Cφ2 φ, 式中, Cφ2——后轮驱动汽车驱动轮的附着率
对前轮驱动汽车,前轮驱动的附着率也不能大于 地面附着系数。
将驱动条件和附着条件连起来,有:
Ff+Fw+Fi≤Ft≤FZ·φ
此即汽车行驶的必要与充分条件,称为汽车行驶 的驱动-附着条件。
一、驱动力
1.定义
发动机产生的转矩,经传动系至驱动轮,转矩Tt对地面 产生圆周力Fo,地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力。
2.表达式
Ft =Tt /r r—车轮半径
驱动轮转矩Tt与发动机转矩 Ttq的关系为:
故:
Ft
Ttq ig iot
r
3.表达式涉及的几项具体内容
《汽车动力学》课件
欢迎来到《汽车动力学》PPT课件!在这堂课中,我们将深入探讨汽车动力学 的各个方面,从传动系统到车辆动力性能,带您领略汽车技术的奥妙。
一、引言
汽车动力学是研究汽车在运动过程中的力学性能和行驶特性的学科。通过了 解汽车动力学的定义和发展历程,我们可以更好地理解汽车的运行原理。
2
制动性能
制动性能影响着汽车的停车距离和制动稳定性,直接关系到驾驶安全。
3
转向性能
转向性能影响着汽车的操控灵活性和转弯半径,是驾驶乐趣的重要因素。
七、悬挂系统
悬挂类型
悬挂系统根据结构和工作原理的不同,可以分为独 立悬挂、非独立悬挂和气动悬挂等不同类型。
悬挂系统的作用
悬挂系统可以提供更好的乘坐舒适性,保证车辆在 行驶过程中的稳定性和牵引力。
CVT变速器
CVT变速器采用无级变速技术,可以实现连续平 滑的变速,提供更高效的动力输出。
三、驱动方式
前驱
前驱车辆的动力由前轮传输,具有较高的操控稳定性和经济性。
后驱
后驱车辆的动力由后轮传输,提供更好的加速性能和操控灵活性。
四驱
四驱车辆的动力由所有四个车轮传输,提供更好的牵引力和越野能力。
四、车轮动力与牵引力
八、安全性能
1 安全性能的定义
汽车的安全性能是指车辆在发生事故时能够保护驾驶员和乘客的能力。
2 安全性能的评价
评价安全性能时常考虑碰撞安全性、被动安全性和主动安全性等方面的指标。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
九、附录
参考资料
1. 《汽车工程学》 2. 《汽车技术手册》 3. 《汽车动力学研究》
致谢
感谢各位的参与和支持,为这堂课提供了宝贵的意见和建议。
车辆动力学基础 ppt课件
❖ 国内在70年代末在该方面的研究才真正开始起步, 并形成对国外先进技术的追赶之势;但终因基础薄 弱、起步晚,虽然经过20多年的致力发展,目前仍 与国外先进技术有一定的差距;
第一章 概论
14
ห้องสมุดไป่ตู้
四、高速列车十大关键技术
1. 交流传动技术 2. 复合制动技术 3. 高性能转向架技术 4. 轻量化技术 5. 优良空气动力学外型 6. 自动控制监测与诊断技术 7. 密接式连接技术 8. 车厢密封及集便排污技术 9. 倾摆车体技术 10. 高性能受电弓技术
+静 平 衡 位 置
❖ 抗干扰能力+平稳性
频 域 谱 密 度 方 差 分 析
❖ 极限环计算
❖ 曲线/任意线路通过
❖ 抗干扰能力+平稳性
随 机 激 励
( 实 测 或 PSD转 换 )
解 析 激 励 (如正弦等)
❖ 特殊分析
曲 线 通 过 S型 曲 线 通 过 轨 道 扭 曲
实 测 轨 道 走 向 等 等
❖ 在产品开发前期对基本设计思想的论证。比如用简 单的模型对各种方案的动力学特性进行初步评估。
❖ 用更精细的模型在产品设计阶段对系统性能进行优 化。
❖ 对最终设计的产品性能进行校核,即对车辆的稳定 性、平稳性、曲线性能和各类作用力进行评价。
❖ 预测实验室试验结果和现场试验结果,以辅助编制 试验计划。
❖ 利用计算机,动力学的理论研究成果直接用于合 理选择现代车辆的参数、优化设计及预测动力性 能。
第一章 概论
29
国内在车辆动力学研究方面取得的主要成就
❖ 车辆系统动力学仿真(平稳性、稳定性、安全性); ❖ 车辆及列车脱轨理论和试验研究; ❖ 轮轨接触几何关系分析; ❖ 磨耗型踏面设计; ❖ 车辆悬挂系统新型元件应用(空气弹簧、抗侧滚扭杆、
车辆动力学模型课件
发动机模型与特性
发动机模型
发动机是车辆的动力源,其模型和特性 对车辆的动力学性能有很大的影响。
VS
发动机特性
发动机的特性包括功率、扭矩、燃油消耗 等,这些特性会影响车辆的加速性能、最 高速度和燃油经济性。
04
车辆动力学模型的建立与 验证
车辆动力学模型的建模方法
基于物理学的建模方法
01
根据车辆的物理规律和运动特性,建立相应的数学模型。
车辆动力学模型的分类
根据应用领域和目的的不同,车辆动力学模型可 以分为不同的类型,例如基本动力学模型、制动 系统模型、悬挂系统模型、转向系统模型等。
制动系统模型和悬挂系统模型分别描述车辆的制 动系统和悬挂系统的动态行为,这些模型可以用 于预测和优化车辆在不同条件下的制动性能和乘 坐舒适性。
基本动力学模型主要描述车辆的整体动态行为, 包括车辆的加速度、速度和位置等变量,以及它 们之间的相互作用关系。
车辆动力学模型课件
contents
目录
• 车辆动力学模型概述 • 车辆空气动力学模型 • 车辆动力学模型的关键参数 • 车辆动力学模型的建立与验证 • 车辆动力学模型的发展趋势与挑战
01
车辆动力学模型概述
车辆动力学模型的定义
车辆动力学模型是一种描述车辆动态行为的数学模型,它基 于力学、运动学和动力学原理,将车辆视为一个系统,并对 其进行数学描述。
集成化
未来的车辆动力学模型将更加重视不同领域之间的集成,例如将车辆动力学与能源、环境 、交通等多个领域进行集成,实现多领域的协同优化。
车辆动力学模型面临的挑战
01
高维度
车辆动力学模型具有高维度和非线性的特点,这使得模型的建立和求解
变得非常复杂和困难。因此,需要发展新的数值方法和计算技术来处理
《汽车动力学》课件
风阻系数性 的重要参数
阻力面积:影响 汽车空气阻力的 重要参数
空气动力学中心: 影响汽车行驶稳 定性的重要参数
汽车空气动力学设计优化
空气动力学原 理:流体力学、 空气阻力、升
力等
汽车空气动力 学设计:车身 形状、轮胎设 计、发动机进
气口设计等
03 汽车动力学基本原理
牛顿运动定律
第一定律:物体在 没有外力作用的情 况下,保持静止或 匀速直线运动状态
第二定律:物体受 到外力作用时,其 加速度与外力成正 比,与物体的质量 成反比
第三定律:作用力 和反作用力总是大 小相等、方向相反 、作用在同一直线 上
应用:汽车动力学 中,牛顿运动定律 用于分析汽车的加 速、减速、转弯等 运动状态
刚体动力学
刚体动力学定义:研究刚体在力作 用下的运动规律
刚体动力学应用:汽车悬挂系统设 计、汽车转向系统设计等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
刚体动力学基本方程:牛顿第二定 律
刚体动力学与汽车动力学的关系: 刚体动力学是汽车动力学的基础
弹性力学基本原理
弹性力学的定 义:研究物体 在外力作用下 的变形和应力
侧向力:轮胎在转弯时产生的侧向力 纵向力:轮胎在加速或减速时产生的 纵向力
轮胎磨损:轮胎在使用过程中的磨损 情况
轮胎寿命:轮胎的使用寿命和更换周 期
轮胎噪音:轮胎在行驶过程中产生的 噪音水平
轮胎动力学实验研究
实验目的:研究轮胎在不同路面、速度、载荷下的动力学特性 实验方法:使用轮胎动力学测试设备,如轮胎测试台、道路模拟器等 实验内容:测量轮胎在不同条件下的滚动阻力、侧向力、纵向力等参数 实验结果:分析轮胎在不同条件下的动力学特性,为轮胎设计和优化提供依据
《汽车动力学》课件
02
03
车辆模型
简化车辆结构,建立数学 模型,用于分析汽车动力 学性能。
轮胎模型
描述轮胎与地面之间的相 互作用,包括轮胎的纵向 、横向和侧向力。
驾驶员模型
模拟驾驶员对车辆的控制 行为,如加速、制动和转 向等。
汽车动力学参数
车辆质量
包括车身质量、发动机质量、传动系统质量和有 效载荷等。
转动惯量
描述车辆转动惯量的大小和分布,对车辆的稳定 性和操控性有重要影响。
汽车动力学的发展历程
早期发展
早期的汽车动力学研究主要集中在轮 胎与地面之间的相互作用,以及汽车 的行驶稳定性方面。
现代发展
随着计算机技术和数值模拟方法的进 步,现代的汽车动力学研究已经扩展 到了更为广泛和深入的领域,包括空 气动力学、动力系统、悬挂系统等。
汽车动力学的研究内容
轮胎与地面相互作用
研究轮胎与地面之间的摩擦力、附着 力、滑移等特性,以及轮胎的变形和 应力分布。
行驶稳定性
研究汽车的行驶稳定性、操控性能和 制动性能,包括对侧滑、转向不足、 过度转向等现象的分析。
空气动力学
研究汽车在行驶过程中受到的气动力 和气动噪声,以及空气动力学对汽车 性能的影响。
动力系统
研究发动机、变速器和传动系统的工 作原理、性能优化和匹配问题。
02
汽车动力学基础
汽车动力学模型
01
轮胎参数
包括轮胎的滚动半径、轮胎侧偏刚度和轮胎的纵 向、横向和侧向刚度等。
汽车动力学分析方法
线性化分析方法
将非线性动力学问题转化为线性问题,便于分析和求解。
数值仿真方法
利用数值计算方法,模拟车辆在不同工况下的动力学性能。
实验研究方法
汽车动力学
第七章 汽車直線行駛動力學7-1 引述汽車能夠行駛是由於地面作用於輪胎的驅動力,此驅動力克服汽車受到的空氣阻力、輪胎的滾動阻力以及爬坡時所承受的坡度阻力後,剩餘的力用來加速。
汽車直線爬坡加速行駛時的受力圖,如圖7-1.1所示。
2圖7-1.1 汽車受力圖F:驅動力圖中tF:前輪滾動阻力ffF:後輪滾動阻力frF:坡度阻力iF:空氣阻力wF:慣性阻力jW:重力N:前輪正向力1N:後輪正向力2上面諸力的標準單位為牛頓(N),下面各節介紹上述各力及與汽車直線行駛有關之動力學。
7-2 驅動力由引擎輸出的扭力(扭矩)tq T 經傳動系統之變速箱和差速器放大後,傳至驅動輪時扭力變為t T 。
這個扭矩對地面產生一個切向力,而切向力的反作用力便是驅動力t F 。
由圖7-2.1可知tt T F r=(7-2.1)Vt圖7-2.1 驅動力令g i 表示變速箱的傳動比,o i 表示差速器的傳動比, T η為傳動效率,則引擎輸出扭矩tq T 與作用於驅動輪的扭矩t T 的關係為 t tq g o T T T i i η= (7-2.2)代入(7-2.1)式,得驅動力 tq g o Tt T i i F rη= (7-2.3)7-3滾動阻力汽車行駛時輪胎滾動會受到滾動阻力,其詳情已敘述於第四章。
輪胎滾動阻力f F :f r F f N =(7-3.1)式中r f 稱為滾動阻力係數( rolling resistance coefficient ),N 為作用輪胎的正向力。
若四個輪胎的滾動阻力係數皆相同,則作用於整部車的滾動阻力為f r F f W = (7-3.2)WW圖7-3.1滾動阻力7-4空氣阻力汽車行駛所受的空氣阻力F ω:212w D r F AC v ρ= (7-4.1)式中 ρ:空氣密度,通常取 31.23kg/m ρ=A :迎風面積,即汽車行駛方向的投影面積,單位為 2mD C :風阻係數,對一般小轎車0.25 < D C < 0.4 ,汽車的造型越流線,通常風阻係數較低。
汽车理论汽车的动力性PPT
Fj
m
du dt
式中δ称为汽车旋转质量换算系数。
推导过程如下:
Fj F平移 F車輪 F飛輪
F平移
m
du dt
F車輪
T車輪 1 rr
I wi
d
dt
1 r2
I wi
du dt
F飛輪
i0igT
r
T飛輪
i0igT
r
If
d f
dt
f
dI f dt
i2i 0
2
gT
r
If
dw
dt
i0igT
r
f
dI f dt
i2i 0
2
gT
r2
If
du dt
i0igT
r2
u dI f dt
du
Fj
m dt
Iwi du r2 dt
i 2i 2 0g r2
T
If
du dt
i0ig r2
T
u
dI f dt
利用功率平衡定性地分析设计、使用中的有关动力性问题比较方便。
直流电动机要旋转,必须存在一个旋转的磁场。
外特性:发动机节气门全 开,发动机扭矩、功率、燃油 消耗率随转速变化的特性。
部分负荷特性: 发动机节气门开度一 定,发动机功率扭矩、 燃油消耗率随转速变 化的特性。
使用外特性:带上 全部附件设备时的发动 机特性。
Ⅰ——外特性 Ⅱ——使用外特性
(二)传动系的机械效率
输入传动系的功率Pin经传动系至驱动轮的过程中,为 克服传动系各部件中的摩擦,消耗了一部分功率。
1 I 1 i i (二)传动系的机械效率
wi
0g t
汽车系统动力学第8章课件
式中,G0为路面谱密度不平度系数,其大小随路面的粗糙程度而递增;指数p 表示双对数坐标下谱密度曲线的斜率。有些情况下,路面谱密度公式包含的 斜率可能不连续,如图8-6所示的实测路面谱就有两段不同斜率的情况[5], 这时,式(8-3)则可写成如下形式:
S (n)
4.6×10-7
2.75
支路
5.6×10-7
3.15
MIRA石子路① 1.7×10-5
5.9
斜率 p2
— 1.16 2.42 1.55
下截止 空(间cyc频le率/mn)0/
0.01 0.01 0.01 0.04
断点处 空(间cyc频le率/mn)d/
— 0.30 0.20 0.16
如果仅以基本行驶模型分析为目的,通常式(8-3)表示的单斜率路面输入模 型基本上就可满足要求。假如不平度系数G0按表8-3取值,则斜率p值通常 取2~2.5为宜。
图8-5 由实测路面位移到频域表达的分析过程
显然,低频长波通常有较大的振幅,而高频短波具有较小的振幅。图8-6所示的 实际路面的频谱密度图就清晰地表明了这一点。
图8-6 实测的典型主干道路面谱密度
国际标准化组织推荐采用路面功率谱密度来描述路面不平度的统计特性,并制 定了《机械振动—地面车辆—测量数据报告方法》标准,为单道或多道路面不平度 测量数据提供了统一报告方法,适用于乡道、街道、公路以及非路面的不平度测量 的数据处理。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S(f)= G0n p = G0u p1 (8-5)
u
fp
式中,f为时间频率;u为恒定的车辆行驶速度。
对于线性车辆模型来说,式(8-5)表示的路面模型可直接用来作为频域分
汽车动力学_概述PPT幻灯片共45页
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担Байду номын сангаас运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根
汽车动力学_概述PPT幻灯片
41、实际上,我们想要的不是针对犯 罪的法 律,而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民,就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律,法律受制于情 理。— —托·富 勒
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An integrated 集 成
stability control
system can incorporate 合 并 both yaw stability横摆稳定 and roll stability侧倾稳定 control。
① The lower curve shows the trajectory轨迹 that the vehicle would follow in response响应 to a steering input from the driver if the road were dry and had a high friction coefficient摩擦系数 between the tire and road.
③ In the case of stability control systems as shown by the middle curve, if the speed was higher than some certain thresholds门限, the yaw control system 横 摆 控 制 系 统 would be brought into play with effect发挥作用 on holding the track轨迹 that vehicle should done.
The increasing worldwide use of automobiles has motivated促使 the need that develop vehicles to optimize优化 the use of highway and fuel resources, to provide safe and comfortable transportation and at the same time have minimal impact on the environment.
Stability control systems that prevent vehicles from skidding滑移 or spinning out 偏转 are often referred to as yaw stability control systems横摆稳定控制系统.
Stability control systems that prevent roll over侧翻 are referred to as roll stability control systems侧倾稳定控制系统.
VEHICLE DYNAMICS AND CONTROL 汽车动力学及控制
参考书目
1、R. Rojimani, Vehicle Dynamics and Control, SPRINGER . Ltd. 2 、 J.R. Ellis, Vehicle Dynamics, LONDON BUSINESS BOOK. Ltd. 3、喻凡,汽车系统动力学,机械工业出版社。 4、周云山,汽车电子控制技术,机械工业出版社。 5、张洪欣, 汽车系统动力学,同济大学出版社。 6、余志生,汽车理论,机械工业出版社。 7、靳晓雄,汽车振动分析 ,同济大学出版社
1.2 ACTIVE STABILITY CONTROL SYSTEMS 主动性稳定控制系统
Vehicle stability control systems稳定控 制系统 that prevent vehicles from spinning 偏转, drifting out侧滑 and rolling over侧 翻 have been developed and recently commercialized 商 业 化 by several automotive manufacturers.
1) Collision avoidance防碰撞 systems which automatically detect slower moving preceding 前 面 的 vehicles and provide warning and brake to assisted to the driver. 2) Adaptive Cruise Control自适应巡航 控制(ACC) systems which enhance提升 cruise control systems and enable preceding vehicles to be followed automatically at a safe distance.
1.1
DRIVER ASSISTANCE SYSTEMS 驾驶员辅助系统
On average, one person dies every minute somewhere in the world due to a car crash碰撞. In addition to the emotional toll惊人的费用 of car crashes, their actual costs in damages实际损害成本 equaled to 3% of the world GDP in 2000.
It is a great challenge to develop such vehicles that can satisfy these diverse不同 的 and often conflicting冲突 requirements.
To meet this challenge, automorelying on electromechanical systems机电一体化系统 that employ sensors传感器, actuators执行器 and feedback control反馈控制.
Advances进展 in solid state electronics 固态电子学, sensors, computer technology and control systems during the last two decades have also played an enabling role in promoting this trend.
A variety of driver assistance systems are being developed by automotive manufacturers to automate mundane乏味 driving operations, reduce driver’s burden 负担, and thus reduce highway accidents. Examples of such driver assistance systems under development include:
Data from the National Highway Transportation Safety Association (NHTSA) 美 国 高 速 公 路 交 通 安 全 协 会 show that 6.335 million accidents事故 occurred on US highways in 1998 (NHTSA, 1999). Data also indicates that, while a variety of factors contribute to 促 成 accidents, but human error accounts for over 90% of all accidents.
CHAPTER 1
INTRODUCTION 概论
The use of automobiles is increasing worldwidely. In 1970, 30 million vehicles were produced and 246 million vehicles were registered注册 on the world. By 2009, about 70 million vehicles have been produced and more than 800 million vehicles could be registered.
5) Vision enhancement or night vision 视 野 提 升 或 夜 视 systems for detecting obstacles障碍 and pedestrians 行人. 6) Driver condition monitoring驾驶员 状 况 监 视 systems which detect frequency of wink 眨 眼 and provide warning for driver drowsiness瞌睡.
It would travel on a trajectory轨迹 of larger radius 半 径 (smaller curvature 曲 率 ), and a significant yaw speed would make vehicle to spin with breaking away脱离 from ideal path.
This are partially succeeded部分地完成 by making the vehicle’s yaw rate横摆角速度 closer to the expected预期 nominal yaw rate.
A yaw stability control system is in action by helping to keep the vehicle on its intended预期 path and thus preventing the erratic不稳定 driver steering actions. There are also considerable works being done directly on the development of active rollover prevention systems主动防 侧 翻 系 统 , especially for Sport Utility Vehicles (SUV) and trucks.