§3车辆动力学基本概念
车辆动力学
车辆动力学
车辆动力学是指研究有关车辆的运动的动力学学科。
许多路面车辆的运动都取决于动力学的原理。
因此，车辆动力学研究车辆在影响其运动的各种因素，比如车辆的设计、行驶路线、驾驶者的行为以及外部环境条件等。
车辆动力学的研究着重于各种车辆如何根据动力学原理运动，即控制速度、加速度和行驶方向。
具体而言，车辆动力学研究车辆动力、空气动力学、车辆稳定性和控制、空气抵抗力和车辆振动、车辆悬挂等复杂力学问题。
车辆动力学是车辆动力性能、操纵性能以及安全性能的重要基础。
车辆动力学主要用于设计驾驶安全的车辆以及提高车辆的性能和可
靠性。
这一领域的研究也为行车安全提供了重要的理论指导。
在车辆动力学研究中，需要考虑许多复杂的因素，如路况、行驶时间、当前车辆状态，以及驾驶者的行为等。
从这个角度看，车辆动力学的研究有时也称为复杂动力学研究，是一门涉及许多技术和理论的研究领域。
车辆动力学研究的方法也很多，其中包括实验设计、数值模拟和分析、理论分析等。
这些方法不仅可以提供对车辆特性的精准测量，而且可以提供更有效的车辆设计方案。
最后，车辆动力学不仅用于车辆研究，也用于航空、航天、船舶等机动载具的研究。
车辆动力学在实际应用中也有相当重要的地位，能帮助许多研究者和企业提高车辆性能和提供更安全的驾驶环境。
车辆系统动力学知识点(二)
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。
汽车动力学_概述
汽车动力学_概述汽车动力学是研究汽车的力学性能和运动特性的学科，它涉及到汽车的加速、制动、转向以及牵引等方面的问题。
在汽车动力学中，有许多基本概念和理论，通过研究这些概念和理论，我们可以更好地理解和分析汽车的运动行为。
1.加速：汽车的加速性能是衡量汽车动力学性能的重要指标之一、加速性能主要与汽车的动力系统相关，包括发动机的功率和转矩输出、变速器的传动比以及车辆的重量等。
通过分析汽车的动力输出特性和传动系统的效率，可以预测和评估汽车的加速性能。
2.制动：制动性能是衡量汽车动力学性能的另一个重要指标。
制动性能主要与汽车的制动系统相关，包括刹车片的材料和摩擦系数、刹车液的性能、刹车系统的设计和调校等。
通过分析刹车系统的工作原理和性能特点，可以预测和评估汽车的制动性能。
3.转向：汽车的转向性能是指汽车在转弯时的稳定性和灵活性。
转向性能主要与汽车的悬挂系统、转向系统以及轮胎性能相关。
通过分析汽车的悬挂几何、刚度和阻尼等特性，可以预测和评估汽车的转向性能。
4.牵引：汽车的牵引性能是指汽车在起步或爬坡时的牵引能力。
牵引性能主要与汽车的动力系统、传动系统以及轮胎性能相关。
通过分析发动机的输出特性、传动系统的传动比以及轮胎的抓地力，可以预测和评估汽车的牵引性能。
在进行汽车动力学的研究和分析时，一般会使用动力学模型来描述汽车的运动行为。
动力学模型是通过对汽车的物理特性和力学原理进行数学建模得到的，常用的动力学模型有单轴模型、二轴模型和多轴模型等。
这些动力学模型可以帮助我们更好地理解和预测汽车的运动行为。
另外，在汽车动力学的研究中还会涉及到一些实验和测试方法。
常用的实验和测试方法包括制动测试、加速测试、方向盘转动测试以及悬挂系统测试等，这些测试方法可以帮助我们获得汽车动力学性能的具体数据，从而更准确地评估汽车的性能。
总之，汽车动力学是研究汽车运动行为的学科，通过对汽车的加速、制动、转向和牵引等方面的问题进行研究和分析，可以更好地理解和预测汽车的性能。
汽车动力学
1
加速时间由积分计算或图解积分求出。 用图解积分法时，将a-ua曲线转为1/a-ua曲线，曲线 下两个速度区间的面积表示通过此速度区间的加速时间； 常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积△1、△2…来 计算总加速时间。
BJ1040轻型载货汽车加速 时间曲线
2. 汽车爬坡能力的确定 在良好路面上克服Ff+Fw后用来克服坡度阻力时所能爬 上的坡度。此时，du/dt=0，即 Fi = Ft - ( Ff + Fw ) 紧凑型轿车的爬坡度曲线 以Gsinα作为坡度阻力， 代入表达式，得：
汽车驱动力-行驶 阻力平衡图 表征不同车 速时驱动力和行驶 阻力之间的关系。 特征点：最高车速 最高车速， 最高车速 仅有滚动阻力和空 气阻力。 小于最高车 速时，汽车可用剩 余驱动力加速或爬 坡。 需等速行驶 时，发动机可工作 在部分负荷特性。
1. 汽车加速能力的评价 在水平良好路面上行驶时能产生的加速度：不易测量。 加速时间：用直接档行驶时，由最低稳定速度加速到一 定距离或80% umax所需时间。 汽车加速度：
第1节 汽车动力性指标
从获取尽可能高的平均速度考虑，动力性指标有： 最高车速 加速பைடு நூலகம்间 最大爬坡度
1.最高车速uamax
在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度（km/h）。
2.加速时间t
表示汽车的加速能力。常用： 原地起步加速时间：汽车以1档或2档起步，并以最大加速强度 换至最高档后达到某一距离（0 402.5m或0 400m）或车速 （0 96.6km/h或0 100km/h）所需要的时间（s）。
二、汽车的行驶阻力
汽车行驶时的各种阻力： 滚动阻力——以符号Ff表示； 空气阻力——以符号Fw表示； 坡度阻力——以符号Fi表示； 加速阻力——以符号Fj表示； 因此汽车行驶的总阻力为： ∑F=Ff+Fw+Fi+Fj
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、
车辆动力学与车辆控制
车辆动力学与车辆控制车辆动力学和车辆控制是汽车工程中重要的研究领域，涉及到汽车驾驶性能、稳定性和安全性等方面的问题。
了解车辆动力学和车辆控制的原理对于汽车制造商、工程师和驾驶员都至关重要。
本文将介绍车辆动力学和车辆控制的基本概念和方法。
一、车辆动力学车辆动力学是研究车辆运动的学科，通过研究车辆的力学特性来理解车辆在不同工况下的运动行为。
在车辆动力学中，我们通常关注以下几个方面：1. 车辆操纵性能：车辆操纵性能是指车辆在驾驶员操纵下的响应能力。
这包括转向性能、悬挂系统的调校以及制动和加速性能等。
通过对车辆操纵性能的研究，可以优化车辆的驾驶性能和舒适性。
2. 车辆稳定性：车辆稳定性是指车辆在行驶过程中保持平衡的能力。
通过研究车辆的稳定性，可以预测和防止车辆在紧急情况下发生侧滑、翻滚等失控行为。
车辆稳定性分析常使用Yaw率、侧向加速度等参数进行评估。
3. 车辆悬挂系统：车辆悬挂系统的设计对于车辆的行驶稳定性有着重要的影响。
悬挂系统可以减震并保持车辆与地面的接触，提供足够的操控悬挂与驾驶舒适性。
通过在多种工况下的测试和模拟，可以优化悬挂系统的设计和参数调整。
二、车辆控制车辆控制是为了提高车辆的性能和安全性而进行的控制策略和算法的研究。
车辆控制的主要目标是实现驾驶员的预期行为并提供最佳的行驶体验。
以下是车辆控制中的一些重要概念：1. 制动系统：制动系统是车辆控制中最重要和最常用的系统之一。
它通过控制制动力矩来减速车辆并维持车辆的稳定性。
主要包括盘式制动器、鼓式制动器、防抱死制动系统（ABS）和电子制动力分配系统（EBD）等。
2. 转向系统：转向系统用于控制车辆的转向行为。
它通过控制转向力矩来改变车辆的行驶方向。
常用的转向系统包括机械转向系统、液压转向系统和电动转向系统等。
电动转向系统在现代汽车中越来越受欢迎，因为它具有精确控制和节能等优点。
3. 动力系统：动力系统用于控制车辆的加速行为。
它包括发动机、传动系统和驱动轮等。
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
车辆动力学
当k=1， P(x) ≠0时，称为线性非齐次微分方程； 当k=1， P(x) ≡0时，称为线性齐次微分方程； 当k=1， a0(x),a1(x),…,an-1(x)均为常数时，称为常系数线 性非齐次微分方程； 对于常系数线性非齐次微分方程，当P(x) ≡0，称为常系数线 性齐次微分方程。
数学基本知识(6.微分方程)
z r x y
向量与x轴的夹角θ 称为z的辐角， Argz= θ 。 利用直角坐标与极坐标的关系： z=r(cos θ +isin θ )
数学基本知识(5.复数)
3.欧拉公式 对于例3-1，以ix代替x，得
x x2 x3 x 4 x5 x6 e 1 i i i 1! 2! 3! 4! 5! 6!
f ( x) cosx f ( x) sin x
数学基本知识（2.级数的基本概念）
1.级数的定义 设给定一数列a1,a2,…,an,…把它们各项依次无限累加 a1+a2+…+an+… 则称为无限级数，简称级数，记为：
a
n 1
n
其中第n项an称为级数的一般项或通项。 例2-1,等差级数,1+2+…+n+…
数学基本知识(3.泰勒级数)
重复使用洛必达法则，可得 即，在x->x0时，Rn(x)为较(x-x0)n高阶的无穷小。 2.泰勒级数定义： 若函数f(x)在含有点x0的某开区间(a,b)内有无限导数，则当x 在(a,b)内时，有：
f ( x)
n 0
Rn ( x) 0 x x0 ( x x ) n 0 lim
dy x dx y
数学基本知识(6.微分方程)
汽车动力学_概述共45页文档
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
汽车动力学_概述
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
汽车动力学标准
汽车动力学是汽车行驶所展现出的一系列性能，包括加速、制动、操控稳定性、平顺性以及与道路环境的互动等。
它涵盖了车辆操控性、制动性、行驶性的基础理论和实践。
以下是一个汽车动力学标准的基本概述：1. 稳定性：汽车在操控过程中的稳定性是非常重要的。
当汽车在转弯、变道或刹车时，车辆不应偏离道路。
对于赛车来说，这可能只需要几厘米的偏离，但对于日常驾驶的汽车来说，这是一个重要的性能指标。
2. 操控性：汽车的操控性是指汽车在各种路况和速度下，驾驶者能够精确控制车辆的能力。
这包括加速、减速、转向和制动等操作。
3. 制动性：汽车在紧急制动情况下的制动性能也是非常重要的。
制动距离、制动稳定性以及制动时的方向盘动态都属于这个范畴。
4. 平顺性：乘坐舒适性是另一个重要的汽车动力学标准。
它主要关注的是车辆在加速、减速和转向时乘客的感受。
优秀的平顺性可以让乘客感觉更舒适，减少车辆动态对车内人员的影响。
5. 空气动力学：考虑到汽车的风阻对燃料经济性和操控性的影响，许多汽车的设计都会考虑空气动力学原理。
例如，赛车会设计成流线型，以最大限度地减少风阻。
6. 动力和重量：动力与重量的平衡也是汽车动力学的一个重要部分。
汽车设计师会通过优化发动机和车重的比例，以提高车辆的加速、刹车和操控性能。
为了满足这些标准，汽车制造商和工程师们会进行大量的测试和优化工作。
这些工作包括了从理论分析到实践测试的各个方面，以确保汽车在各种情况下都能提供最佳的性能和驾驶体验。
总的来说，汽车动力学是一个复杂而又关键的领域，它涉及到车辆的各个方面，从基础物理到工程设计，再到驾驶体验。
对于消费者来说，理解这些标准有助于他们选择最适合自己需求的汽车。
车辆动力学概述
研究在极端天气条件下，如暴雨、大雪、冰 冻等，如何保证车辆的行驶稳定性和安全性 。
复杂道路条件下的车辆动力 学
分析在复杂道路条件下，如山路、弯道、陡坡等， 如何优化车辆的动力学性能和操控稳定性。
多车协同与编队行驶动力 学
研究多车协同和编队行驶中的动力学问题， 实现更加高效、安全的智能交通系统。
问题，相关研究逐渐丰富。
03
成熟阶段
进入21世纪后，随着计算机技术和数值模拟方法的广泛应用，车辆动力
学研究进入精细化、系统化的成熟阶段，为现代车辆设计提供了强有力
的支持。
02
车辆动力学基本原理
车辆动力学模型
1
车辆动力学模型是描述车辆运动特性的数学模型， 包括车辆的平移运动和旋转运动。
2
车辆动力学模型通常由一组微分方程或差分方程 表示，用于描述车辆在不同工况下的运动状态。
05
未来展望与研究方向
车辆动力学与人工智能的融合
总结词
随着人工智能技术的不断发展，车辆动力学与人工智能的融合成为未来研究的 重要方向。
详细描述
通过人工智能技术，可以实现车辆动力学系统的自适应调节，提高车辆的稳定 性和安全性。同时，人工智能还可以用于预测和优化车辆的运动轨迹和性能表 现，为自动驾驶技术的发展提供有力支持。
车辆动力学概述
目录
• 车辆动力学简介 • 车辆动力学基本原理 • 车辆动力学在车辆设计中的应用 • 车辆动力学研究前沿与挑战 • 未来展望与研究方向
01
车辆动力学简介
车辆动力学定义
车辆动力学是研究车辆在行驶过程中受到的力和力矩，以及 这些力对车辆运动状态的影响的科学。它涉及到车辆的纵向 、横向和垂直方向的动态特性，以及车辆在启动、加速、减 速、转弯、侧倾和制动等不同工况下的运动规律。
车辆系统动力学重点梳理
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。
赛车汽车中的车辆动力学研究
赛车汽车中的车辆动力学研究赛车汽车是现代科技的精髓，它根据赛道的需求，以最快的速度穿越各种弯道和直道，达到最高的速度。
其实现的关键在于车辆动力学这一学科。
车辆动力学是研究汽车运动和驾驶行为的学科，它对于汽车的设计和性能优化起着至关重要的作用。
一、车辆动力学的基本概念车辆动力学研究的基本方法是通过物理建模和数学模拟来分析车辆的运动和行为。
车辆动力学主要研究车辆的加速、制动、悬挂、转向、行驶稳定性等问题。
其中最基本的概念是牵引力和阻力。
牵引力是车轮对于地面的摩擦力，是车辆运动的驱动力，它的大小决定了车辆的加速性能。
阻力是车辆运动的阻力，由空气阻力、滚动阻力和坡道阻力等构成，是车辆运动的主要阻力源，会对车辆的速度、耗油量等产生影响。
牵引力和阻力的平衡关系是车辆动力学研究中的重要问题。
二、车辆悬挂系统的研究车辆悬挂系统是车辆动力学中一个非常重要的问题。
它对车辆的行驶稳定性、路感、车身悬挂动态性、疲劳寿命、性能指标等都有着不可忽视的影响。
悬挂系统的研究主要涉及到车辆悬挂系统的结构设计、性能测试和优化。
为了实现高速行驶和稳定性，汽车悬挂系统需要具备高强度、低重量、高渗透性等特点，同时还需要考虑人体工程学、动力学等因素。
因此车辆悬挂系统的研究涉及到多个领域，需要有多学科交叉的知识。
三、车辆动力学在汽车竞技中的应用从赛车竞技的角度来看，车辆动力学的研究对于驾驶员和整个赛车队伍来说有着非常重要的作用。
在F1和卡丁车等各种汽车竞赛中，车辆动力学研究往往是关键因素之一，它的贡献直接决定了车手的成绩。
车辆动力学研究的重要性表现在多个方面，比如汽车的轮胎，其几何结构、材料、硬度和纹理等都会影响车辆的抓地力和操控性能，因此车手需要了解轮胎的特性，并根据赛道的情况来选择合适的轮胎。
此外，剧烈的加速和制动都会对车辆的行驶稳定性和悬挂系统产生影响，因此需要根据具体条件来调整车辆的驱动和制动方式，以优化车辆的性能。
总之，车辆动力学对于赛车汽车的研究有着非常重要的作用。
车辆动力学基础
车辆动力学基础第一章1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。
浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。
3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。
4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互约束的装置。
5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。
6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。
7．自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振动，其振动振幅如果逐渐变小，该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。
第二章1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。
2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。
3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。
4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。
5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。
（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。
（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。
6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。
第三章1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。
车辆动力学概述
车辆动力学概述第一篇：车辆动力学概述车辆动力学概述回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。
1.历史发展车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。
其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。
然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。
2.研究内容严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。
它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。
人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。
随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。
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，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。
与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。
操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。
3.车辆特性和设计方法车辆动力学特性的设计方法主要以系统建模和分析为主，而车辆设计则可以是一个迭代循环的过程。
车辆动力学基础3
1）形状阻力
➢取决于车身主体形状。
2）干扰阻力
➢车身表面的凸起物引起的阻力。
后视镜
后视镜
后视镜设计 也要注重流线形
后视镜
后视镜
门把手
悬架导向杆和传动轴
3）内循环阻力
➢满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。
4）诱导阻力
➢空气升力在水平方向的投影。
➢由于流经车顶的气流速 度大于流经车底的气流速度， 使得车底的空气压力大于车 顶，从而空气作用在车身上 的垂直方向的压力形成压差， 这就是空气升力。
冷 却 前 制 动 器
器
为发动机提供充足的空气
冷
却
冷 却 发 动
后 制 动
机
器
和
前
制
动
器
减小CD值要遵循的要点总结如下：
未来轿车的外形
货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室 上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。
导流板
一些常见车型的空气阻力系数
车型
帕萨特 奥迪A4 现代 奔驰C级 奔驰S级 保时捷 陆虎览胜
3）汽车后部
➢最好采用舱背式或直背式。
➢应安装后扰流板。
➢应安装后扰流板。
➢当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增 加30％的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。
➢应安装后扰流板。
➢应安装后扰流板。
➢应安装后扰流板。
➢若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。
空气动力学
空气阻力对动力性的影响
车辆在高速行驶时消耗的功率和行驶状态主要由空气动力 学特性决定。从动力学角度观察整个车辆，质量的大小、质心 的位置、转动惯量的大小及其旋转轴的空间位置等惯性参数是 影响车辆性能的重要因素。而从空气动力学角度进行讨论，惯 性参数不再重要，代之以车辆外形。因为车辆外形与空气阻力 系数密切相关。
车辆动力学推导
车辆动力学推导
车辆动力学是研究车辆运动规律和性能的学科，它是汽车工程学的重要分支之一。
在车辆动力学中，我们可以通过数学模型和实验方法来研究车辆的加速、制动、转向等运动状态，以及车辆的稳定性、操纵性和安全性等性能指标。
在车辆动力学中，最基本的概念是牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
在车辆运动中，车辆所受到的力包括引擎输出的动力、摩擦力、空气阻力等。
而车辆的加速度则取决于所受到的力和车辆的质量。
因此，我们可以通过牛顿第二定律来推导车辆的加速度和速度等运动状态。
在车辆动力学中，还有一个重要的概念是轮胎力学。
轮胎是车辆与地面之间的唯一接触点，它的性能直接影响着车辆的操纵性和稳定性。
轮胎力学研究的是轮胎与地面之间的摩擦力和接触面积等问题。
通过轮胎力学的研究，我们可以了解轮胎的性能指标，如抓地力、侧向力等，以及轮胎与地面之间的摩擦系数等参数。
除了牛顿第二定律和轮胎力学，车辆动力学还涉及到许多其他的概念和理论，如车辆悬挂系统、转向系统、制动系统等。
这些系统的性能也直接影响着车辆的操纵性和稳定性。
因此，在车辆设计和制造中，需要充分考虑这些系统的性能指标，以保证车辆的安全性和操纵性。
车辆动力学是汽车工程学中非常重要的一个分支，它通过数学模型和实验方法来研究车辆的运动规律和性能指标。
在车辆设计和制造中，需要充分考虑车辆动力学的相关理论和概念，以保证车辆的安全性和操纵性。
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中南大学交通运输工程学院中南大学是一所学科齐全、工学和医学见长、具有优良办学传统的教育部直属全国重点大学，
是首批进入国家“211工程”重点建设的高校，
也是国家“985工程”部省重点共建的高水平大学。
2000年4月29日，经国务院批准，由湖南医科大学、长沙铁道学院与中南工业大学合并组建而成。
2004年列为中管高校。
•发展的几个方面•曲线通过
•强迫振动
•纵向动力学
•1883年．Klinger推导出自由轮对几何蛇行运动公式，但尚未充分认识这种运动的本质。
•1926年，Carter 最早认为轮对的蛇行运动是属于一种不稳定的自激运动，研究了轮轨间的蠕滑现象，给出了纵向、横向蠕滑力的定义以及蠕滑力和蠕滑率之间的简化关系，以此来分析机车在直线的运行时的稳定性问题。
•30年代Poter完成了古典的适用于小半径曲线通过的摩擦中心理论
•1936年，Davies进行了一系列的试验，验证了Carter提出的理论，在模型试验中测得了轮对在不同速度，不同轴箱间隙情况下横向振幅的衰减、稳定和扩大的规律。
在实物试验表明了车轮踏面磨耗后将会导致车辆蛇行运动的临界速度降低这一事实。
•40年代末期，日本的松平精曾判断一次列车重大颠覆事故是由于机车的激烈蛇行运动而造成的。
•从滚动试验台的模型试验观察到车辆的一次和两次蛇行动动的特征。
•
•60年代未，Newland和Boocock几乎同时提出了一种与古典方法迴然不同的新理论，即认为轮对在曲线上可借助蠕滑力而避免依靠轮缘力来导向，这在曲线通过理论上是一个新的突破。
但研究中受到所取线性条件的限至，只适用于大半径曲线的情况。
•70年代，Elkins和Gostling等提出了非线性稳态曲线通过理论，适用于各种半径的曲线，在理论上又前进了一大歩，•80年代，Nagurka等又进而研究了车辆通过曲线时的非稳态工况，其中考虑了蠕滑和悬挂参数的非线性，这使车辆曲线通过理论更趋完善。
•提高车辆蛇行运动临界速度和改善车辆曲线通过能力这两者对悬挂参数的要求是有矛盾的，70年代，南非Seheffec研制的自导向式货车转向架比较成功的解决了这对矛盾。
•以上是车辆曲线通过理论发展的大至情形。
•车辆的强迫振动的研究也经过类似的发展过程•早先把来自轨道的激励简化为简谐函数处理•50至60年代， 以Koffman为代表研究了车辆在这种激励下的振动特性，并据此提出了关于转向架结构和参数的设计原则，这对当时以中等运行速度的车辆来说具有成效。
•在使用计算机和测得轨道谱的分布特征后，应用随机振动理论来计算和评估车辆振动性能的方法更加切合实际
•欧洲铁路联盟UIC的C116委员会在研究中，将轮轨间蠕滑力和轨道横向不平顺组成车辆横向振动模型中的激励项，引起轮对和整个车辆产生随机性横向强迫振动。
列车纵向动力学
研究在牵引力、制动力、线路纵断面外形的变化，以及在编组作业时列车产生的动态过程 前苏联在这方面建立有较完整的系统，可对列车在稳态和非稳态运行工况下及列车调车作业中经受冲撞时所产生的，在车钩缓冲装置中的纵向动载荷的数值和特性进行分析求解。
对轮轨－车辆动力学的研究也是一个长期发展完善的过程
从理论方面来说，从简单的平面线性的发展到三维非线性，从纯理论研究发展到将理理论研究成果直接用于合理选择现代车辆的参数，优化设计及预测车辆动力学性能
近年来，各种利用计算机来建立系统动力学模型的软件突破了用手工建立运动方程带来的各种局限，可能更深入更切合实际的研究动力学问题。
理论需要经过试验来验证，英、美、法、德、日、意等国家都有专用的试验线路
和实物的振动与滚动试验台，用于观察
车辆动态过程的物理特性，验证数学模
型和系统参数识别，以及鉴定车辆动力
性能。
我国的情况：
动力学研究从50年代起歩
研究方面：车辆脱轨理论和试验研究； 轮轨接触几何关系分析；磨耗形车轮踏面设计；
车辆随机振动计算；
车辆蛇形动动特性模拟试验；
车辆悬挂系统新型元件的应用；
自导向和迫导向径向转向架的开发；
高速客车转向架的研制及动力性能的预测和分析；
各种用于轮轨蠕滑、轮轨接触理论、车辆横向运动稳定性、车辆随机振动及响应、车辆稳态及动态曲线通过性能进行计算和预测的软件的开发。
各国高速客车运行速度：
德国：ICE 1988 407km/h;
法国：TGV 1990 515.3 km/h;
日本：磁悬浮 2003.11 558 km/h；
中国：中华之星 2003 312。
5 km/h 和谐号 2010 482 km/h
2．研究车辆系统动力学的模型
2.1模型的建立
根据研究范围来建立模型
除弹性元件外，简化成刚体。
只在考虑结构的弹性振动或变形时，才考虑其为弹性体。
一个刚体要考虑六个自由度，其名称为：
X：伸缩运动，侧滚运动； Y：横摆运动，点头运动； Z：浮沉运动，摇头运动。
2.2研究范畴
响应问題：预测系统在轨道不平顺或在通过曲线时的动力特性。
稳定性问题：研究系统在不同运行工况下的动力特性。
已有的数学模型：
（一）车辆动力学
（1）垂向与横向动力学模型
用于研究车辆对各种轨道不平顺的响应。
（1 横向稳定性模型
用于预测车辆蛇行运动特性及临界速度。
（3）曲线通过模型
用于分析车辆通过曲线时轮对偏移和轮 轨间的作用力，以及检验车轮脱条件
（二）列车动力学
（1）纵向动力学模型
用来研究由于列车操纵、编组、制动和各种运行工况下作用在车辆之间的纵向动力学特性。
（2）横向动力学模型
用来分析列车在轮轨作用力、曲线超高力和离心力、以及纵向力分量综合作用下，在横向的稳定性。
（3）垂向动力学模型
主要研究列车中车钩分离及车体与转向架分离的垂向稳定性。
2．3 车辆动力性能 运行平稳性、 运行稳定性、 曲线通过能力。
2.3．1车辆运行平稳性
车辆在运行中产生的各种振动影响旅客乘坐的舒适度和装运货物的完整。
车辆振动大小除与线路质量有关外，还和车辆走行部分的结构与参数有关。
sperling 平稳性指数在国际上运用广泛。
2.3．2车辆的运行稳定性
防止蛇行运动的稳定性；
防止脱轨的稳定性；
防止车辆倾覆的稳定性。
2.3．3 通过曲线的磨耗性能
2.3．4 轨道不平顺
轨道几何形状的变化是引起车辆系 统各种动态响应的主要原因。
•1．轨道不平顺的几种类型•（1）水平不平顺•（2）轨距不平顺•（3）高低不平顺•（4）方向不平顺
2．周期性轨道不平顺
在有缝线路上，由接头产生。
特点 呈周期性
可用简谐函数描述Z A y z2=
•A则随线路的等级不同而异。
• 美国联邦铁路局（FRA）以安全标准将全国线路分为六个等级，一级最差，六级最好。
一级到六级选用的A值如下•1、25.4 2、17.0 3、14.7•4、10.7 5、8.4 6、 5.3 •3．随机性轨道不平顺
中南大学交通运输工程学院中南大学是一所学科齐全、工学和医学见长、具有优良办学传统的教育部直属全国重点大学，
是首批进入国家“211工程”重点建设的高校，
也是国家“985工程”部省重点共建的高水平大学。
2000年4月29日，经国务院批准，由湖南医科大学、长沙铁道学院与中南工业大学合并组建而成。
2004年列为中管高校。