车辆系统动力学知识点
汽车系统动力学
汽车系统动力学1 轮胎侧偏特性：汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜，侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿车轴方向产生一个侧向力F。
因为车轮是有弹性的，所以，在侧向力F未达到车轮与地面间的最大摩擦力时，侧向力F使轮胎产生变形，使车轮倾斜，导致车轮行驶方向偏离预定的行驶路线。
影响因素：1 附着条件以及垂直载荷 2 轮胎花纹，材料，压力，结构2路面状况 4 车轮外倾角2 以车轮平面（垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面）与地面的交线为X轴，方向向前，以车轮自转轴线在地平面上的垂直投影线为Y轴，方向向左，X轴和Y轴的交点O为原地，以过原点的铅垂线为z轴，方向向上，建立坐标系。
六分力：纵向力：地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系x轴分量侧向力：地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系Y轴分量垂直力：地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系Z轴分量翻转力矩：地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系x轴分量滚动阻力矩：地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系Y轴分量回正力矩：地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系Z轴分量3表征汽车瞬态响应的物理参数：（1）反应时间在方向盘角阶跃输入下，汽车的横摆角速度不能立即达到稳态横摆角速度，而要经过时间t后才能第一次达到稳态横摆角速度，滞后时间t称为反应时间（2）执行上的误差最大横摆角速度与稳态横摆角速的比值（3）横摆角速度的波动在瞬态响应中，横摆角速度在稳态横摆角速上下波动的频率（4）进入稳态所经历的时间横摆角速度达到稳态值95%-105%时进入稳态响应，这段时间即为稳态时间4 建立半车模型的运动方程（见手写）5说明ABS原理，系统组成，建立ABS力学模型原理：ABS防抱死制动系统，通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环（每秒可达5~10次），始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。
组成：传感器，电子控制装置，执行器建立模型：先做如下假设：（1）车轮承受载荷为常数（2）忽略迎风阻力和车轮滚动阻力（3）附着系数与华东率关系曲线用两条直线近似表示车轮抱死过程中的动力学方程如下：然后根据现代控制理论，写出车轮控制系统的状态方程，推到得出结果。
车辆系统动力学第四讲
• 3、轮对踏面及轨头外型数值离散和接触参数求 解
• 一、道岔区轮轨接触特点 • 1、踏面与轮缘接触
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 2、护轨轮背接触 护轨由平直段、两侧缓冲段和两端开口段组 成，是道岔的重要组成部分。 作用： 控制车轮运行方向、引导轮对进入相应的轮 缘槽、防止其在有害空间冲击或爬上心轨尖 端、保证行车安全。
• 如果轮对有向外侧的横移量，那么轮对轮背将与 护轨发生接触，并产生横向冲击作用，迫使轮对 回到对中位置，以使外侧车轮与钢轨间有足够的 轮轨间隙，并以此防止心轨或辙叉过度磨损。
• 通过仿真对比得出，轮对摇头角越大，越 容易发生轮缘与钢轨贴靠现象，甚至出现 两点接触； • 仅从轮轨接触角度来看，适当加宽轨距有 助于减少轮缘贴靠机率，并有利于减小轮 缘磨耗、减轻钢轨侧磨。
第四节 道岔区轮轨接触几何关系
道岔是铁路轨道最薄弱环节之一，是限制列车速度 的最主要线路部位。
本节在介绍道岔区轮/岔接触特点的基础上，给出 了轮对与并列两股钢轨同时接触的判定方法以及 轮缘槽位置车轮轮背与护轨接触的计算方法。 利用数值计算结果，分析了道岔区法伤两点接触 和轮背接触时轮轨力作用与分配特点，以及道岔 系统的振动特性。
0
• 迭代求解轮轨最小距离 虑：
时，需要考
车轮踏面外形、基本轨或翼轨轨头外形、尖轨或心轨轨头 外形 尖轨或心轨轨顶下降量及顶宽 道岔平面内相邻钢轨排列关系 轮对横移量、基本轨垂向和横向位移、尖轨或心轨垂向和 横向位移等。
车辆系统动力学-第四章
是线性的。在线性范围内，直线 OA 的斜率称
为蠕滑系数 f ，因此有：
Tx fv1
蠕 滑 系 数 与 很 多 因 素有 关 ， 诸 如：轮轨接触斑出的轮、轨主曲
率 ；材料特性 E 、G 及泊松
比 ；接触表面的粗糙度及清洁
度等。
28
影响轮轨蠕滑系数因素
对于实际滑动速度W，也就是说车轮上的一 个质点相对于与其接触的钢轨上的一个质点
的速度，可由刚性滑动S与材料变形差值对时
间的导数u相加而得：
W S u V
(vx
y)i (vy
x) j
V
u x
u t
接触斑 法向力
Z (x, y)
3N
1
x
2
y
2
2ab a b
接触斑总 的切向力
为了计算在轮轨接触斑上的纵向蠕滑力Tx 、横向蠕滑 力 Ty 以及自旋蠕滑力矩 M z ，必须要知道接触斑的形
状及大小，以及接触斑上力的分布规律，以便建立蠕滑 力（力矩）与蠕滑率的关系式。
大半个世纪以来，很多学者进行了大量的弹性滚动接触 理论研究和实验研究。不同的理论提出了不同的关系式或 计算方法。有二维的、三维的，有线性的和非线性的，有 精确的和简化的，也有以实验为基础的关系表达式。
-泊松比
l -轮轨滚动圆半径
qN-作-总用的在法车向轮力上的纵向切向力与总的切向力之比。
1
f11 1456(DW )2
f11 的值约为1.0 107
32
Johnson-Vermeulen理论
将的两维理论延伸到两个滚动球体的 三维工况；包含纵向蠕滑和横向蠕滑， 但无自旋蠕滑；
汽车系统动力学
汽车系统动力学
1 什么是汽车系统动力学
汽车系统动力学是一个新兴的技术领域，它是汽车技术的分支，
专注于研究和设计汽车系统的总体行为。
该领域主要关注汽车的运动
规律、动力学和控制特性。
汽车系统动力学的研究旨在发展改善汽车
性能并适应日新月异的技术变化和社会需求。
2 动态特性
汽车系统动力学考虑多个机械系统的动态行为，以全面评估和调
整车辆的性能。
它是建立汽车的核心内容，涉及汽车的悬架系统、动
力系统、发动机、传动系统和控制系统的研究与设计。
动力学技术可
以通过实验和数值分析的方法，精确计算车辆的动力和运动特性，提
高车辆的整车性能，提高可靠性和安全性。
3 模拟与控制
把汽车系统抽象化，建立一个车辆动力学模型，可以使研究者以
虚拟的方式实现无限的试验。
运行模拟，发现汽车的动力和控制问题，这也是汽车技术发展中不可替代的方法。
同时，采用模拟技术可以大
大减少汽车系统开发周期。
4 汽车系统动力学的未来发展
汽车系统动力学是一个容易引起现代技术的新领域，随着技术的
不断更新，汽车系统动力学也在发生变化，多层次有趣的课题正在研
究，比如自动驾驶系统的研究，发动机的新能源研究等。
由于其独特
的特性，汽车系统动力学还可以发展到其他领域，如人体工程学，机
器人及空间科学等，将更多新奇的机器人及汽车系统动力学应用于日
常生活中。
汽车系统动力学融合了物理学、数学、机械工程，以及一系列的
有关技术，是一个全新的领域，它将与日俱增，未来有很大发展潜力。
车辆系统动力学
车辆系统动力学车辆动力学是在车辆行驶过程中探究车辆运动特性的一门学科，也是车辆系统研究的一个重要组成部分，它关注车辆行驶过程中各个动力学系统中涉及到的物理参数，力学参数和物理特性，以及车辆性能参数和行驶特性。
车辆动力学是一种以力学为基础的，研究车辆行驶过程中的动力特性的学科。
车辆动力学的研究内容主要包括：静态动力学特性，动态动力学特性，变速动力学特性，悬架振动特性，液压控制特性。
静态动力学特性是指车辆停止时的运动特性，它主要研究车辆不发动时的驱动系统构造、系统摩擦、悬架结构的摩擦应力的可利用性，及车辆的静态平衡性能等；动态动力学特性是指车辆发动时的运动特性，它主要研究车辆随时间变化的动力学性能，以及车辆发动时的主要性能指标，如最大加速、最大制动和转弯半径等；变速动力学特性是指车辆使用变速器时的动力学性能，它主要研究车辆随变速器调节参数变化而变化的动态性能，如操纵时的反馈及转向特性等；悬架振动特性是指车辆悬架系统的振动特性，它主要研究车辆行驶时系统的振动参数，如振动加速度和速度，以及悬架系统的不同模式。
液压控制特性是指车辆使用液压悬架系统时的动力学特性，它主要研究车辆行驶时系统的液压支撑力，以及液压悬架系统的不同调节参数。
车辆动力学是一门研究车辆行驶过程中运动特性和动力特性的学科，它将力学，动力学，机械，电子，控制等科学理论应用于车辆研究，发挥着科学研究和车辆设计中的重要作用。
目前，随着汽车技术的发展和安全性能的提高，车辆动力学研究也被越来越多地应用在车辆设计中，它也成为车辆设计中不可缺少的一个复杂的系统科学。
国内外学者利用计算机仿真，理论分析，实验验证，等方法对车辆动力学性能进行研究，为汽车性能的改善和可靠性的提升提供了重要的技术支撑。
以车辆动力学性能为准则，建立合理的汽车设计及调校方法，以达到车辆的最佳性能和最大限度安全等目标，是当今车辆系统性能改善及汽车安全设计的重要途径。
总之，车辆动力学是车辆系统研究的一个重要科学研究领域，它研究车辆行驶过程中的动力学特性，为车辆系统设计及汽车安全性能改善提供了重要的技术支持，也是车辆系统研究中不可缺少的一个复杂系统科学。
汽车系统动力学 (1)
第一章车辆动力学概述（1学时）
第一节研究内容和范围
第二节车辆特性和设计方法，及发展趋势
第二章车辆动力学建模方法及基础理论（2学时）
第一节动力学方程的建立方法
第二节多体系统运动学，动力学
第三章轮胎动力学（3学时）
第一节轮胎模型
第二节轮胎纵向力学特性
第三节轮胎垂向力学特性
第二节基于matlab的车辆系统建模、仿真与控制器设计实例
第三节应用adams软件的多体动力学实例分析（课外上机）
三、教材和参考书
教材：
喻凡，林逸编著，汽车系统动力学，机械工业出版社，2005.9
Rajesh Rajamani，Vehicle Dynamics And Control，Birkhäuser, 2006
作业安排：要求学生自学几个主流的汽车动力学软件，布置几个相关的大作业（车辆动力学建模与仿真分析），加深了解相关的学习内容。
考核安排及成绩评定方法：以平时的上课出勤率，提交计算分析报告的情况，以及最后的考试为依据，进行本课程成绩的最终评定。
五、拟任课教师情况
申焱华（主讲），副教授，博士，近3年的任课情况：（本科）车辆人机工程，现代设计方法概论；（研究生）多体动力学；
参考书：
（1）Thomas D.Gillespie著，赵六奇，金达锋译，车辆动力学基础，清华大学出版社，2006.12
（2）Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz著，陈荫三，余强译汽车动力学（第四版）清华大学出版社，2009.12
（3）Dave Crolla,喻凡著，车辆动力学及其控制，人民交通出版社，2004。1
第一节车辆扩展操纵模型的推导
车辆系统动力学-复习汇总
车轮滑动率 s 定义如下：
车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮作纯滚动时，即 uw=rd ω ，此时 s=0；当被 驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。 8. 车轮滚动阻尼
9. 轮胎滚动阻力 当充气轮胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直线滚动时，其外缘中心对 称面与车轮滚动方向一致，所受到的与滚动方向相反的阻力即为轮胎滚动阻力。轮胎滚 动阻力还可以进一步分解为弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应力。 10. 轮胎侧偏角： （影响轮胎侧向力的一个重要因素）
车轮前束角 t 是车轮中心平面水平轴线与车轮行驶方向之间的夹角。 17. 车轮外倾角 车轮中心平面与路面垂线的夹角被称为车轮外倾角 。 18. 静刚度，动刚度 静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度。 19. 刷子模型 刷子模型是一个简化了的物理模型，它将轮胎看做是由连接在刚性基座（轮缘）上的一 系列可以伸缩变形的弹性刷毛所组成， 这些刷毛能起着承受垂向载荷以及产生轮胎纵向和侧 向力的作用。 20. 低选控制，高选控制 所谓低选控制就是对同一车轴两侧车轮同时施加制动压力控制， 大小由附着系数低的那 侧车轮来决定。 高选控制就是对同一车轴两侧车轮同时施加制动压力控制， 大小由附着系数 高的那侧车轮来决定。 21. 当量转动惯量 当量转动惯量 J 是指传动系统中与曲轴不同速旋转零部件的转动惯量换算成曲轴同速 旋转条件下的转动惯量。 22. 车辆平动质量 Mt 的当量转动惯量
dL0 M0 dt
3. 拉格朗日方程
d ET dt qi
ET FQi q i
i 1, 2, , n
式中， qi 为第 i 个质点的广义坐标； FQi 为对应于广义坐标 qi 的广义主动力； n 为系 统方程的阶数。 4. 轮胎的弹性迟滞阻力 充气轮胎在静态压缩作用下会产生变形并且回弹， 并由于其内部的摩擦作用而引起能量 损失。当车轮在力或力矩作用下滚动时，对轮胎胎面上的每一单元而言，其压缩与回弹的过 程将重复不断地进行。 当这些单元进入轮胎与路面的接触印迹时， 其弹簧和阻尼便能充分做 功，并生成附加的摩擦效应，称为弹性迟滞阻力。 5. 摩擦椭圆 “摩擦椭圆”表示了一系列给定滑移率或给定侧偏角情况下， （车辆转弯加速或转弯制 动联合工况）轮胎侧向力与纵向力的关系曲线。 6. 阿克曼转向理论 假定车辆转弯时，轮胎作无侧偏滚动，内外车轮转角必须不同。前轮转向的车辆在转向 时，其外侧车轮转向角 o 和内侧车轮转向角 i 应符合如下关系：
车辆系统动力学
车辆系统动力学概述车辆系统动力学是研究车辆运动和控制的重要分支，主要关注车辆在不同条件下的运动特性和动力学行为。
它涉及到车辆控制、悬挂系统、轮胎力学、车辆稳定性等多个方面的知识，并在实际应用中对车辆的设计、开发和安全性能有着重要作用。
车辆运动模型在车辆系统动力学中，常用的车辆运动模型有点模型、刚体模型和多体模型。
点模型点模型是简化的车辆运动模型，将车辆简化为质点，只考虑车辆的整体运动特性，忽略车辆的细节结构和内部力学行为。
虽然点模型失去了对车辆细节的描述，但其简单性使得其在一些特定的场景中得到广泛应用，如路径规划、运动控制等。
刚体模型刚体模型是将车辆看作一个刚性物体，不考虑车辆内部部件的变形和变动。
其关注车辆整体的旋转和平移运动状态，通过刚体模型可以研究车辆的稳定性、操控性和安全性能，对车辆动力学的分析具有重要意义。
多体模型多体模型是将车辆分解为多个连接的刚体，考虑车辆内部各个部件之间的相互作用和相互影响。
多体模型可以更准确地描述车辆的运动特性，并考虑轮胎和地面之间的接触力、悬挂系统的影响等因素，对于研究车辆的运动控制和动力学行为更具有实用性。
轮胎力学轮胎是车辆系统动力学中一个重要的组成部分，其力学特性对车辆的运动和稳定性有着直接影响。
轮胎在车辆运动过程中扮演着传递动力、提供支撑力和提供制动力的重要角色。
轮胎的力学特性主要包括纵向力学、横向力学和侧向力学。
纵向力学纵向力学研究轮胎在车辆加速和制动过程中的力学行为。
在车辆加速时，轮胎需要传递动力到地面，提供足够的附着力，以确保车辆的稳定性。
在制动过程中，轮胎需要提供足够的制动力，使得车辆能够迅速停下来。
了解轮胎的纵向力学特性对于车辆的动力学行为分析和控制具有重要意义。
横向力学横向力学研究轮胎在车辆转向过程中的力学行为。
在车辆转向时，轮胎需要提供足够的侧向力，以保持车辆的稳定性。
横向力学的研究对于车辆的操控性能分析和提升具有重要意义。
侧向力学侧向力学研究轮胎在侧向偏移和滑移过程中的力学行为。
车辆系统动力学重点梳理
基础概念一、车体运动的六种形式是什么？沿着XYZ 轴三个方向分别平移的：伸缩、横摆、浮沉。
沿着XYZ 轴三个轴分别回转的：侧滚、点头、摇头。
二、车辆动力性能有哪几种？（3种）各用什么指标描述？1. 运动平稳性：德国sperling 指标；国际联盟UIC 指标2. 运动稳定性：防止蛇行运动（运行速度远低于蛇行运动临界速度）；防止脱轨稳定性（脱轨系数：Q/P 即横向力比垂向力；轮重减载率：△P/P ）；防止倾覆稳定性（倾覆系数：P 动载荷/P 静载荷）3. 曲线通过能力：磨耗指数三、轨道不平顺有哪几种？（4种）1. 几何性轨道不平顺：垂向不平顺（轨道在同一轮载下沿长度方向高低不平）；水平不平顺（左右轨道对应点高度差）；轨距不平顺（左右轨道横向平面内轨距有偏差）；方向不平顺（左右轨道横向平面内弯曲不直）2. 随机性轨道不平顺3. 周期性轨道不平顺：钢轨接头处4. 局部轨道不平顺：路基隆起或下沉、过道岔、钢轨局部磨损、曲线顺坡轨距变化四、为何轮缘根部圆弧最小半径要小于钢轨肩部圆弧半径？一般情况下，当轮对相对于轨道的横移量不大时产生一点接触；而相对于轨道具有横移量过大时产生两点接触。
当轮缘根部半径小于钢轨肩部圆弧半径时，可以使轮对相对于轨道具有的较大横移量时（即轮缘根部移动到轨道肩部时）也不会出现两点接触，减小轮轨磨耗。
五、踏面斜度与等效斜度的定义、区别、作用？锥形踏面的车轮在滚动圆附近做一斜度为λ的直线段，当轮对中心离开对中位置时，有一横移量为y w 时，左右轮实际滚动圆：r L =r 0-λy w ,r R =r 0+λy w ,联立得： 踏面斜度：wL R y r 2r -=λ 对于纯锥形踏面，踏面斜度λ恒为常数；对于磨耗型踏面，踏面由多段弧组成，踏面斜度λ随着轮对横移量y w 的改变而改变，λ不再为一个恒定的常数，因此在计算时，取等效值，踏面等效斜度：w L R y r 2r e -=λ 等效斜度直接影响车辆曲线通过性能。
车辆系统动力学
车辆系统动力学车辆系统动力学是一门涉及汽车系统的动力性研究的学科，旨在分析和模拟汽车的动力性能。
它是由应用力学和流体力学原理来研究动态特性，从而为汽车开发工程人员提供关键性信息和支持，以实现车辆系统的有效运行。
车辆系统动力学的研究分为两个主要方面:静动力学和结构动力学。
静动力学是研究汽车静力学和动力学系统，以及它们之间的相互作用。
静动力学的研究内容包括汽车的刚性构件的静力学计算，汽车转矩和加速度的动态测定，车辆悬架系统的构造、测量和控制，动力性能的行驶特性测定，以及汽车的操纵和漂移特性的研究。
结构动力学包括研究汽车结构，如悬架、底盘和发动机，以及这些系统的动态特性测定。
车辆系统动力学的研究可以分为三个主要领域：实验动力学、分析动力学和仿真动力学。
实验动力学主要负责试验机械结构以及机械系统的动力特性测定。
它可以分析出机械系统的动力特性，以及机械系统和动力学分析模型之间的关系。
分析动力学是通过数学分析的方法，计算和分析汽车的动力特性。
仿真动力学则使用计算机模拟技术，模拟汽车在不同行驶条件下的性能，并进行动力学和控制分析。
车辆系统动力学是一个复杂的研究领域，需要广泛的原理、理论和技术来支持。
它为车辆开发工程人员提供关键的研究信息，以便更好地了解汽车的动力性能，从而更好地解决汽车发动机、悬架和底盘等系统的限制问题，实现更低排放、更安全的汽车运行。
车辆系统动力学的研究目标是提高汽车的动力性能：提高燃油经济性、排放控制效果，降低汽车维护成本，延长汽车使用寿命，减少汽车故障发生率，并提高汽车在不同地形环境下的行驶质量。
未来，随着新技术的发展，车辆系统动力学的研究将不断进步，为汽车的改进和开发提供可靠的技术支持。
从而，车辆系统动力学是一门跨学科领域的非常重要的研究领域，它不仅涉及传统的汽车工程学科，还涉及力学、控制、物理、流体、电子、计算机等学科，是一门复杂而又有应用前景的学科。
因此，车辆系统动力学是汽车研发、维护和诊断的重要基础，也是汽车系统安全、经济、高效运行的关键。
车辆系统动力学
车辆系统动力学
1 车辆系统动力学
车辆系统动力学是一门关于车辆系统的动态行为的学科，研究的
对象是具有轮式载具的制动，转向，坡曲，悬挂和其他因素的车辆系统。
它结合了力学，控制技术，计算机，基础交通理论等多种技术，
以便获得可靠的车辆系统动力学分析。
有时，车辆系统动力学也作为汽车动力学或汽车动力学的代表性
学科而被引用，因为它涉及了汽车的空间方向性行为，特别是涉及汽
车在坡道，悬挂，转弯，刹车等特定情况下表现出来的行为，也更多
地涉及牵引力，阻力和悬挂参数研究方面的工作。
研究人员利用数学模型模拟车辆行驶时外界力对车辆运动产生的
影响。
车辆行驶过程中受有多种力的影响，包括重力作用，悬挂受力，地形受力，波动荷载，操作荷载等，根据不同的外界力的组合分析出
车辆行驶时的偏航角，离地高度或悬挂角等振动量度，以减小其对车
辆稳定性的不利影响。
车辆系统动力学的分析计算可以帮助设计出符合对车辆行驶稳定
性有较高要求的汽车，例如减少偏航或调整悬挂设计，提高车辆行驶
稳定性，从而确保乘员、车辆和财产安全。
车辆系统动力学是一门复杂的学科，并且在实际应用中需要考虑
众多因素，及时调整设计技术，以更好地利用实际条件。
只有对车辆
整体运动性能及全面的分析评估，车辆系统动力学才能发挥作用，帮助设计出能够满足实际要求的车辆系统。
车辆系统动力学(三合一)
2. 系统具有整体性
系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。
第一章 绪论
• 1.1 系统与系统动力学的概念 • 1.2 汽车系统动力学的研究内容和特点 • 1.3 汽车系统动力学的研究方法
1.1 系统与系统动力学的概念
在我们真实的大千世界中，存在着许多由一组物 件构成，以一定规律相互联系起来的实体，这就是系 统，自然界就有太阳系、银河系这样的大系统，这种 系统是脱离人的影响而自然存在，称为自然系统，还 有如生物、原子内部也构成了自然系统，还有一种系 统是通过人的设计而形成的系统，称为人工系统，如 生产系统、交通运输系统、通信系统；人工组合和自 然合成的组合系统,如导航系统。
3. 把驾驶员作为一个主动因素考虑到汽车 系统中去组成一个人－机－地面系统来加以 研究 ；驾驶员在车辆系统运动中的调节作用，
可以用图1－3来表示。汽车系统动力学就是 研究人－车系统中，人和车辆作用的相互匹 配问题；
4. 强调系统之间的联系，研究系统间的相 互作用。众所周知，汽车可分为若干个子系 统，如传动系、转向系、悬架系等，这些系 统在汽车运动过程中相互影响相互作用相互 制约。
3. 系统具有目的性
这一特点主要是指人工设计系统而言， 而不是指自然系统(例如银河系)。系统的目 的性是指人工系统是为了某一个大目的而构 成。目的不同，系统的构成也就不同。例如， 货车的功能就是为了运输货物这一目的而构 成，它必须有货箱以装载货物，而客车则是 为了运输乘客而设计，因此，车厢内必须有 供乘客使用的座椅，而运输货物就退居次要 位置或取消。所以，在设计中必须研究系统 整体目的，才能正确选择个元素的构成。
车辆系统动力学知识点(二)2024
车辆系统动力学知识点（二）引言概述车辆系统动力学是研究车辆在各种运动状态下的力学性质和特性的学科领域。
在车辆系统动力学中，有一些重要的知识点需要了解和掌握。
本文将介绍车辆系统动力学的一些关键知识点，帮助读者深入理解车辆的运动和性能。
正文内容一、车辆质心与重心1. 了解质心和重心的概念2. 理解质心和重心在车辆运动中的作用3. 掌握计算质心和重心位置的方法4. 理解质心高度对车辆稳定性的影响5. 了解如何优化车辆的质心和重心位置二、车辆滚转与侧倾1. 了解车辆滚转和侧倾的概念2. 理解车辆在转弯过程中发生滚转和侧倾的原因3. 掌握计算车辆滚转和侧倾角度的方法4. 了解滚转和侧倾对车辆稳定性的影响5. 了解如何通过调整车辆悬挂系统来提高车辆的滚转和侧倾性能三、车辆悬挂系统1. 了解车辆悬挂系统的组成部分和功能2. 掌握车辆悬挂系统的工作原理3. 理解悬挂系统对车辆操控性和舒适性的影响4. 了解不同类型的悬挂系统及其特点5. 了解如何选择和调整悬挂系统以满足不同的需求四、车辆转向系统1. 了解车辆转向系统的组成部分和工作原理2. 掌握转向系统的调整和维护技巧3. 理解转向系统对车辆操纵性和稳定性的影响4. 了解不同类型的转向系统及其特点5. 了解如何选择和改进转向系统以提高车辆的操控性能五、车辆刹车系统1. 了解车辆刹车系统的组成部分和工作原理2. 掌握刹车系统的调整和维护技巧3. 理解刹车系统对车辆安全性和稳定性的影响4. 了解不同类型的刹车系统及其特点5. 了解如何选择和改进刹车系统以提高车辆的制动性能总结车辆系统动力学是车辆工程领域中一个重要的研究方向，了解和掌握车辆质心与重心、滚转与侧倾、悬挂系统、转向系统和刹车系统等知识点对于理解和提高车辆的性能至关重要。
通过优化车辆的动力学特性和系统设计，可以提高车辆的操纵性、稳定性和安全性，为驾驶员和乘客提供更加舒适和安全的乘车体验。
车辆系统动力学知识点
车辆系统基础知识1.车辆系统中主要有哪几种非线性关系：（线性化方法、原理。
）轮轨接触几何关系：线性化时踏面锥度、重力刚度、重力角刚度为常数。
蠕滑率-力规律：蠕滑系数在线性化后也为常数。
车辆的悬挂特性：2.车辆系统动力学研究内容：蛇形运动稳定性；车辆曲线通过时运动状态和轮轨作用力；车辆对轨道不平顺的响应；过曲线时抗脱轨、抗倾覆性能；车辆纵向动力学，车辆间相互作用；新型悬挂形式，主动、半主动悬挂，径向转向架；弓网系统动态特性：受流、噪音；车辆系统空气动力学。
3.轨道车辆的不平顺及其对应的车辆振动类型：（此处需要补充各种常用轨道谱表示方式，以及不同振动形式耦合程度大小与关系）直线区段的四种不平顺分别为：垂向轨道不平顺，引起车辆的垂向振动，水平轨道不平顺，引起车辆的横向滚摆耦合振动；方向不平顺，引起车辆的侧滚和左右摇摆；轨距不平顺轨距不平顺对轮轨磨耗、车辆运行稳定性和安全性有一定影响。
车辆系统动力学指标及评价标准1.车辆运行安全性及评价标准：脱轨系数：评定防止车轮脱轨稳定性的脱轨系数，为某一时刻作用在车轮上的横向力Q和垂向力P的比值。
脱轨系数临界值定义为当轮轨接触的切向力T等于摩擦系数乘以接触法向力N时的Q/P值。
（有两类脱轨系数，一种与时间相关、一种与时间无关，像这种评价指标的原理，虽与考试没什么关系，但是可以尝试弄清楚，谁整理好了可以弄进来。
还有不同标准，比如《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》（TB/T 2360-93）《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J 01-L）《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J 01-M）的限定值，这些个常用标准，值得整理）轮重减载率：评定车辆在轮对横向力为零或接近于0的条件下，因一侧车轮严重减载而脱轨的安全性指标。
（同上）倾覆系数：评价车辆在侧向风力、离心力和横向振动惯性力的最不利组合下是否会导致使车辆向一侧倾覆。
（同上）2.车辆运行平稳性及评价指标：Sperling：评定车辆本身的运行品质以及旅客乘坐舒适度，根据振动加速度及其振动频率来衡量，不同类型的振动（横向、垂向、不同频率范围内的振动）得到的W值不同，然后汇总取算术平均得到总的平稳性指标。
汽车系统动力学复习笔记
汽车系统动力学复习笔记汽车系统动力学复习笔记系统的定义：相互作用相互依赖个组成部分组成的具有特定功能的有机整体，一个系统也也可以是一个更大系统的组成部分系统的特性：(1)、层次性：大系统可分解为有很多层次的结构(2)、整体性：个元素是相互联系(3)、目的性：人工系统是为某一目的而构成的(4)、功能共性：系统中都存在物质，能量和信息的流动系统研究生的内容（1）、系统的设计：已知输入时系统满足输出（2）、系统的识别：已知输入和输出来研究系统（3）、环境的预测：已知系统和输出确定输入系统动力学：讨论系统的数学模型和响应的学科汽车系统动力学：将汽车看成一个动态系统，来讨论它的数学模型和响应汽车系统动力学的特点：需要考虑环境因素，驾驶员因素，强调汽车各个子系统之间的联系并将汽车看成一个控制系统来进行分析汽车系统动力学研究的内容：轮胎动力学，汽车纵向、横向、垂直的动力学和多刚体动力学数学模型的方法：（1）各种数学方程单个或两个自由度的用牛顿力学或者动能定理，多自由度的用分析力学（2）用能量建功率流建立模型控制系统理论：输出和输入的拉氏变换函数的比之状态：系统的过去，将来和现在状态变量：可以完全表征系统运动的最小个数，系统变量的选取并不是唯一的状态向量：状态变量作为分量的向量状态空间：状态向量的所有可能值的几何状态方程：表述系统状态变量和系统输入的一阶微分方程X’=AX+BU输出方程：输出与状态变量间的函数关系Y=CX+DU状态空间表达式：状态方程与输出方程所构成的一个系统动态的完整描述可控性和可观性是最优控制中的两个重要概念可控性：在有限时间间隔内，可以用一个控制向量使系统的初始状态转移到任一状态，只要有一个状态变量不受控，则系统就不可控可控条件：矩阵K是非奇异矩阵（充要条件是矩阵K可逆，也就是矩阵K的行列式部位0）可观性：在有限时间间隔内，由输出和输入可以确定系统初始状态的每一个分量，只要有一个状态变量不能确定，则系统是不可观测的可观条件：矩阵K是非奇异矩阵（1）系统的状态方程：X’=AX+BU （该形式为标准形式）系统的输出方程：Y=CX+DU其中输入为U（2）线性定常熟系统的动态微分方程：指的是系统的输出的n阶各倒数线性和等于输入n 阶各倒数线性和（3）传递函数G(S)：输出拉氏变换除以输入的拉式变换则系统特性：层次性、整体性、目的性、功能共性、汽车系统动力学就是把汽车当做一个动态系统，对其行为进行研究，讨论其数学模型和响应汽车系统动力学的研究内容1、环境和路面的分析以及其对汽车的作用2、汽车系统及其各子系统的相互作用3、汽车系统最佳控制盒最佳使用4、人车系统的相互匹配和模型研究模型分类比例物理模型数学等效模型数学模型轮胎滚动时两个重要的角度：侧偏角和外倾角，侧向力是侧偏角和外倾角两者的函数滚动阻力：轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼，以及轮胎与路面间弹性变形与局部滑移产生的大小等于轮动阻力系数乘以轮胎垂直载荷直线行驶时滚动阻力1、干路面上滚动阻力系数与速度的平方有关2、湿路面滚动阻力对应于干路面上滚动阻力加上穿水阻力3、前束阻力正比于前束角的平方4、转弯时的滚动阻力：取决于行驶速度和转弯半径一、弹性拉伸绳模型（接触长度，松弛长度的特征长度，气体刚度）1、静止时的线性模型》》静止时的侧向刚度)1(2δ+-k2、静态绕Z 轴转动模型》》扭转刚度))1(3(23δδ++-l Kl 3、自由滚动线性模型（小侧滑或小曲率半径，连续地进入接触区）（1）滚动侧偏刚度》》静止时的)1(δ+倍（2）滚动扭转刚度》》与静态扭转刚度相等二、轮胎侧偏特性的数学模型1、假设：胎体刚性，胎面弹性，轮胎自由滚动，轮胎侧倾角为零，接触点各点摩擦系数为常数2、考虑胎体侧完变形的轮胎侧偏特性》》综合侧偏刚度=胎面+胎体的侧偏刚度3、影响因素：子午、大经、低压、宽辋、少帘层，地在和，高磨损都会是侧偏刚度最大。
汽车系统动力学高分笔记
1.除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应(如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面的因素)外，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操纵动力学。
2.纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学。
3.行驶阻力的两个最基本部分是车辆的滚动阻力和空气阻力，行驶阻力代表了车辆对动力和功率的需求。
4.操纵动力学的研究范围的三个区域：线性域、非线性域、非线性联合工况。
5.车辆动力学特征的设计方法：系统建模、分析8.稳态：指当周期性（或恒定）操作输入（或扰动输入）施加在车辆上引起的周期性（或恒定）车辆响应，在任意长的时间内不发生变化时，便称该车处于稳定。
9.瞬态：指车辆的运动响应和作用在车辆上的外力或操作位置随时间变化而变化，便称此时车辆的运动处于瞬态。
10.车辆控制系统的构成包括：控制算法、传感器技术和执行机构的开发。
11.假如在车前部安装前视预瞄传感器来可靠地提供前轮前方路面的输入信息，那么主动悬架系统就可以利用车辆对前后轮的路面预测信息进行控制，这就是预瞄控制。
第二章1.建立系统微分方程的传统方法主要有两种:（1）利用牛顿矢量力学体系的动量定理及动量矩定理（2）利用拉格朗日的分析力学体系2.约束与约束方程：一般情况下，力学系统在运动时都会受到某些几何或运动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数学方程所表示的约束关系称为约束方程3.完全约束：如果约束方程仅是系统位形和时间的解析方程，这种约束称为完全约束4.非完全约束：如果约束方程不仅包含系统的位形，还包括广义坐标对时间的导数或广义坐标的微分，而且不能通过积分使之转化为包含位形和和时间的完全约束方程，这种约束称为非完全约束5.完整系统：具有完整约束的力学系统6.非完整系统：具有非完整约束的力学系统第三章1.SAE标准轮胎运动坐标系：被定义为法向坐标向下的三维右手正交坐标系，坐标的原点是轮胎接地印迹中心，x轴定义为车轮平面与地面的交线，前进方向为正，y轴是指车轮旋转轴线在地面上的投影线，向右为正，z轴与地面垂直，向下为正。
车辆系统动力学复习重点
1.系统动力学研究内容及发展趋势研究内容长期以来，人们一直在很大程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题；而实际中的车辆同时会受到三个方向的输入，各方向所表现的运动响应特性必然是相互作用、相互耦合的.纵向动力学：纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。
按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。
行驶动力学：主要是研究由路面的不平激励，通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰以及车辆的运动。
操纵动力学：主要研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。
操纵动力学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度越小于0.4kg时，通常意味着车辆在高附着路面做小转向运动；非线性域：在超过线性域且小于极限侧向加速度（约为0.8kg）范围内；非线性联合工况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。
发展趋势：（1）车辆主动控制：ABS,TCS等逐步向车身侧倾控制，可切换阻尼的半主动悬架和四轮底盘控制系统的集成，转向等当面扩展。
通过控制算法、传感器技术和执行机构的开发实现的自动调节。
（2）车辆多体运动动力学：车辆的多刚体模型逐步向多柔体模型发型。
可以准确分析虚拟样机的性能，检查虚拟样机的缺陷从而缩短产品的设计周期，节约试制费用，同时提高物理样机与最终产品之间的相似性。
（3）“人—车—路”闭环系统：充分考虑驾驶员模型以及车辆本身的一些动力学问题来提高汽车稳定性。
2.轮胎滚动阻力概念及其分类：概念：当充气的轮胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直线滚动时，其外缘中心对称面与车轮滚动方向一致，所受到的滚动方向相反的阻力。
分类：弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力。
3.什么是滚动阻力系数？影响因素有哪些？其值等于相应载荷作用下滚动阻力F R 与车轮垂直载荷F X 的比值。
影响因素：车轮载荷（反比）、胎压（反比）、车速（正比，先缓慢增加，再明显增加）、轮胎的结构设计、嵌入材料和橡胶混合物的选用。
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车辆系统基础知识
1. 车辆系统中主要有哪几种非线性关系：（线性化方法、原理。
）
轮轨接触几何关系：线性化时踏面锥度、重力刚度、重力角刚度为常数。
蠕滑率-力规律：蠕滑系数在线性化后也为常数。
车辆的悬挂特性：
2. 车辆系统动力学研究内容：
蛇形运动稳定性；车辆曲线通过时运动状态和轮轨作用力；车辆对轨道不平顺的响应；过曲线时抗脱轨、抗倾覆性能；车辆纵向动力学，车辆间相互作用；新型悬挂形式，主动、半主动悬挂，径向转向架；弓网系统动态特性：受流、噪音；车辆系统空气动力学。
3. 轨道车辆的不平顺及其对应的车辆振动类型：（此处需要补充各种常用轨道谱表示方式,
以及不同振动形式耦合程度大小与关系）
直线区段的四种不平顺分别为：垂向轨道不平顺，引起车辆的垂向振动，水平轨道不平顺，引起车辆的横向滚摆耦合振动；方向不平顺，引起车辆的侧滚和左右摇摆；轨距不平顺轨距不平顺对轮轨磨耗、车辆运行稳定性和安全性有一定影响。
车辆系统动力学指标及评价标准
1. 车辆运行安全性及评价标准：
脱轨系数：评定防止车轮脱轨稳定性的脱轨系数，为某一时刻作用在车轮上的横向力Q和垂向力P的比值。
脱轨系数临界值定义为当轮轨接触的切向力T等于摩擦系数乘以接触法向力N时的Q/P值。
（有两类脱轨系数，一种与时间相关、一种与时间无关，像这种评价指标的原理，虽与考试没什么关系，但是可以尝试弄清楚，谁整理好了可以弄进来。
还有不同标准，比如《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》（TB/T 2360-93）《高速试验列车动力车强度及动
力学性能规范》（95J 01-L）《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J 01-M ）的限定值，这些个常用标准，值得整理）
轮重减载率：评定车辆在轮对横向力为零或接近于0的条件下，因一侧车轮严重减载而脱轨的
安全性指标。
（同上）
倾覆系数：评价车辆在侧向风力、离心力和横向振动惯性力的最不利组合下是否会导致使车辆
向一侧倾覆。
（同上）
2. 车辆运行平稳性及评价指标：
Sperling :评定车辆本身的运行品质以及旅客乘坐舒适度，根据振动加速度及其振动频率来衡
量，不同类型的振动（横向、垂向、不同频率范围内的振动）得到的W值不同，然后汇总取算
术平均得到总的平稳性指标。
（关于这样的指标，为什么能衡量稳定性，原理性的东西，，，，太
需要了。
）
ISO2631-74 :用疲劳时间T表示振动对人体的影响。
轮轨接触
1. 踏面等效斜度、等效重力刚度、等效重力角刚度的定义：
只要轮轨外形参数确定，上述三者则同时确定。
轮对同时发生横移摇头运动时，重力引起横向反力，横向力对轮对产生力矩，该摇头力矩与摇头角之比称为轮对的重力角刚度，因为摇头力矩和摇头角方向一致，所以为负刚度；左右钢轨作用于左右车轮的横向反力的合力，与轮对横移量之比为等效重力刚度。
轮轨接触点超出踏面直线段范围时，接触点处左右滚动圆半径差与横移量比值的二分之一则为等效斜度。
（此处可以补充不同踏面下的相关公式，以及这些玩意
的物理意义及应用。
）
2. 轮轨蠕滑理论都有哪些，各自有什么特点：（这里需要补充的东西太多了，暂时没有看到
哪本中文书能把轮轨蠕滑讲清楚，考试要用的估计就只有线性公式。
但有谁有英文方面的专著，尤其是kalker的，可以共享。
）
Carter理论：Carter于1926年开始进行带有摩擦的二维滚动接触理论的研究，给出了对于纵向蠕滑力和纵向蠕滑率之间关系的一个较为准确的闭合解。
Johnson和Vermeulen理论:1958年Johnson将Carter的两维理论延伸到两个滚动球体的三维工况（有纵横蠕滑，没有自旋蠕滑），1964年，Johnson与Vermeulen又将光滑的半空间理论引入研究没有自旋蠕滑的纯蠕滑工况。
Kalker纯滚动接触线性理论：荷兰学者Kalker，从20世纪60年代中期开始，先后开发了用于
小蠕滑的线性理论、简化理论、三维非线性的精确理论、新简化理论等。
在Kalker线性蠕滑理论中，假定接触区全部为粘着区，且切向力分布对称，所以纵向蠕滑力与横向蠕滑率无关，而横向蠕滑力也于纵向蠕滑率无关。
J-V理论结合实验数据，总结出非线性蠕滑力的近似算法，缩减因子法。
（需要公式，老师说书上有什么错误，曾经考过，还是有人错。
）
3. 蠕滑、蠕滑力、蠕滑率的定义：
两弹性体在接触面上有相对运动或相对运动趋势时，由于摩擦力的存在，在接触斑上会产生切向力，该切向力使得轮轨接触面介质发生运动，使两接触体间产生速度差，进而形成蠕滑现象。
此时接触斑上的切向力即为蠕滑力。
把两接触体相对运动速度在某坐标系下无量纲化，得到蠕滑率，可以方便研究蠕滑力-蠕滑率间关系。
（接触力学的东西，有人搞明白吗？）
4. 轮轨接触几何关系的计算各有哪些算法，优缺点怎样：
解析法：适用于圆弧形车轮踏面和圆弧形钢轨截面，直观、有数学表达式；数值法：适用于任意形状的车轮踏面和钢轨截面外形，基于轮轨外形拟合曲线，在给定接触假设和条件下可求接触点位置。
（这里搞轮轨接触的人可能需要自己编程自己来算吧。
欢迎共享。
）。