Vehicle Dynamics汽车动力学Lecture_2_Introduction and Background

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Vehicle Dynamics汽车动力学Lecture_3_Review of Vehicle Dynamics 1

p or (roll) q or (pitch) r or (yaw)
Fx Fy Fz
Mx My Mz
y
z
Pitch angle: the angle between x-axis and the horizontal plane. Roll angle: the angle between y-axis and the horizontal plane. Yaw angle: the angle between x-axis and the X-axis of an inertial frame
2011-1-18 Zhao You-qun 8
Simplified Vehicle Rigid Body Equations of Motion
Assume
vehicle is symmetric in the xz plane (Ixy = Iyz = 0) p,q,r,v, and w are small, i.e., their products are negligible. u = uo + u’, where u’ is small compared with uo.
∑M ∑M
y
ɺ = I yy q
z
ɺ ɺ = − I xz p + I zz r
A 13 DoF model is derived using Lagrange’s Eqns. in Venhovens [1993]
2011-1-18 Zhao You-qun 9
Longitudinal Vehicle Motion
Zhao You-qun 10
Input Classification
DA hA B Θ Rxf Fzf a Fxf h W b Rxr A Fzr Fxr Rhx Rhz

车辆系统动力学讲义ppt课件

式计算：
NMV6 a9p5xa9p5ya9p5z
车辆系统动力学讲义
温馨性的等级 NMV<1
1<NMV<2 2<NMV<4 4<NMV<5 5<NMV
最正确温馨性良好温馨性中等温馨性不好温馨性极差温馨性
温馨性和平稳性目的的差别 1. 丈量点和丈量的加速度不同； 2. 计算方法不同； 3. 评价方法(有无纵向)和等级不同；
W 0 .8(9 [j3 6 F (f)/f]0 .1 )
车辆系统动力学讲义
平稳性等级平稳性目的分横向和垂向，平稳性等级是一样的。
客车 W<2.5 优 W<2.75 良好 W<3.0 合格
货车 W<3.5 优 W<4.0 良好 W<4.25 合格
车辆系统动力学讲义
平稳性指标
2.5
2.4
2.3
车辆系统动力学讲义
1.1 车辆动力学的开展
车辆动力学系统是一个复杂的系统，其开展依托科学技术和研讨手段的提高。至今仍有大量问题没有处理。
60年代以前的传统方法
轮轨蠕滑实际的提出和运用
计算机技术的大量采用
大系统方法和复杂动力学模型
车辆系统动力学讲义
1.2 车辆动力学的主要研讨内容
车辆动力学模型的建立和求解车辆动力学模型的验证
车辆系统动力学讲义
2.2 铁道车辆模型
1〕铁道车辆系统是一个由多个部件组成的复杂系统，每个部件有6个自在度，再加上各体之间有复杂的非线性力和几何约束关系，故传统的方法仍是采用多刚体动力学实际，简化影响较小的要素，根据研讨的目的不同建立各种简化模型。
普通不思索各车间的耦合，只建立单车模型；普通不思索车辆－轨道的耦合，以为轨道是刚性的；普通不思索车辆与接触网的耦合振动，其对车辆影响较

综述动力

车辆系统动力学主要研究内容综述车辆系统动力学（Vehicle System Dynamics）是近代发展起来的一门新兴学科，主要研究汽车受到各种力时相互作用和由此产生的各种运动工况，内容包括汽车制动动力学、操纵动力学、行驶动力学性能，现代车辆系统动力学还涉及控制理论以及多体动力学问题。

车辆行驶动力学是车辆系统动力学的一个重要方面，但不是全部。

行驶动力学主要研究车辆行驶时候在随机不平路面的激励下整车及部件的动力学问题，是提高汽车行驶平顺性、安全性，提高零部件可靠性的重要理论基础。

内容包括路面激励的时域、频域模型及其特征、整车模型建立，悬架系统部件模型和特性，如减震器、弹簧、橡胶连接特性、车体弹性，整车及部件的多体动力学问题，汽车行驶时的NVH(Noise Vibration Harshness)特性及其控制问题。

车辆系统动力学除在汽车领域做广泛研究外，在机车车辆的研究现状也是非常普遍的，尤其对于高速行驶的列车，动力学特性研究也是及其重要的。

通过对大量论文的阅读和学习，继而可得知近些年对于车辆系统动力学的研究的主要方向是如何提高车辆的平顺性、稳定性以及安全性。

主要将动力学原理用于车辆行驶系统的控制以及优化控制，包括轮胎、转向、悬架以及电控系统的分析研究，进而得到更优的力学特性。

一、轮胎及转向方面研究其中车辆动力学性能的稳定控制系统（DSC）就是主要分析与估计轮胎的实时特性与性能，对轮胎的实时状态进行评估，对收集的参数进行计算分析，从而得到更为直观可靠的数据，有利于研究人员做出判断和改进。

目前，有许多方法利用离线分析计算非常复杂的四个轮胎动态差异，但在实际动态情况下这些结果都出现极大的误差。

该控制系统基于sensor-fusion进行热量扫描，并结合输入信号和轮胎的参数一起进行计算评估。

轮胎的参数校准控制被视为基础所在，并被作为车辆动力学参数修正因素之一。

测试流程运用线性加速的原理进行，用于检测评估准确性。

第四章第1讲-车体动力学(2学时)

汽车的操纵稳定性是决定汽车髙速行驶安全性的一个主要性能，因此也称为“高速车辆的生命线” 个主要性能，因此也称为“高速车辆的生命线”
4.1.1车体的运动微分方程 4.1.1车体的运动微分方程
（一）坐标系车体坐标系oxyz 固结于车体） oxyz（ 1）车体坐标系oxyz（固结于车体）主要参数：主要参数：
4.1.1车体的运动微分方程 4.1.1车体的运动微分方程
（三）车体的运动微分方程
3）几种特殊情况下的车体运动微分方程式当动坐标系原点与刚体质心重合、 ②当动坐标系原点与刚体质心重合、不考虑车体的垂直运动与俯仰运动时
& ∑ X = M ( u − rv ) 车体对称于xoz平面 & ∑ Y = M ( v + ru ) & & L = I x p + I yz r 2 − I xz r + I xy pr ∑ & & N = I z r − I xy p 2 − I yz rp − I xz p ∑
（三）车体的运动微分方程
2）车体的运动微分方程式
∑ X = ∑ δ m ⋅ ax ∑ Y = ∑ δ m ⋅ a y ∑ Z = ∑ δ m ⋅ az ——自由刚体的运动微自由刚体的运动微分方程式（分方程式（6自由度 ∑ L = ∑ δ m ( yaz − za y ) 模型） ∑ M = ∑ δ m ( zax − xaz ) 模型） N = δ m xa − ya ∑ ( y x) ∑
——3自由度模型
4.1.1车体的运动微分方程 4.1.1车体的运动微分方程
（三）车体的运动微分方程
3）几种特殊情况下的车体运动微分方程式当动坐标系原点与刚体质心重合、 ④当动坐标系原点与刚体质心重合、不考虑车体的垂直运动与俯仰运动时、车体对称于xoz xoz平的垂直运动与俯仰运动时、车体对称于 xoz 平不考虑x方向的速度变化、不考虑绕x 面、不考虑x方向的速度变化、不考虑绕x轴的侧倾运动

汽车动力学

– – – – – Ride (Vertical) – Spring and damper Ride (Roll) – Anti-roll bar Ride (pitch) – Anti-dive and anti-squat Flat ride Roll centers
40
பைடு நூலகம்
•
Chassis Design（底盘设计）
• Slip angle and cornering performance (侧偏角&侧偏刚度）
5
Tire Properties (轮胎特性）
• Affecting factors of cornering stiffness (侧偏角&侧偏刚度）
6
Tire Properties (轮胎特性）
9
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Testing (轮胎试验)
10
Tire Properties (轮胎特性）
• Handling tire Magic Formula (操纵稳定性轮胎模型）
11
Tire Properties (轮胎特性）
• Ride and Durability tire (平顺性路、可靠性轮胎模型）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
δ＝57.3L / R + α f − α r
15
Handling（操纵稳定性）
– Bicycle model （线性二自由度模型）
Fyf + Fyr = MV 2 / R Fyf × b − Fyr × c = 0
V 1 αf = × × g R Cαf Wr V 2 1 αr = × × g R Cαr Wf

汽车理论课件第一章汽车的动力性与绪论

汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
27
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
Ft
Tt r
r与FX2一样，T在t受力T 图上f 画不出来。
FX2
Tt Tf rr
Ft Ff
Ft F f
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
28
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
滚动阻力系数f=f(路面、车速、轮胎)，由实验测定或由经验公式估算。在动力性分析中常不考虑由于转弯增加的阻力。
）
前两项在任何行驶条件下均存在，后两项在一定行驶条件下才存f在。ｗ i j
滚动阻力
产生：轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，损失的能量消失在轮胎各组成部分相互间的摩擦及橡胶、
帘线等物质分子间摩擦，即弹性物质的迟滞损失。
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
24
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
25
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
行驶阻力——滚动、空气、加速、坡度。
பைடு நூலகம்
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
13
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
一、汽车的驱动力
Ft
Tt r
Tt Ttq*ig*i0*T
Ft Ttq*igr*i0*T
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
14
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
由发动机的转速特性来确定转矩
（1）转速特性曲线性曲线）
Ft Fz
（必要与充分条件）
F z
F f F wF iF t F z
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
48
第三节汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力

lecture02_纵向动力学(阅读).ppt

汽车行驶方程式
滚动阻力系数的试验确定法: 牵引法、滑行法和转鼓法
对 f 的影响因素 1. 速度ua对 f 的影响
2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
汽车行驶方程式
f 的经验公式
C u DA F w 21 .15
轿车： f f0( 1u /19440 )
汽车动力性及其评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
F m gcos f f
汽车加速过程曲线

汽车动力性及其评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
2 T i i C A u du tq g 0 T D a m g cos f m g sin m a r 21 . 15 dt
mg cos
T tq
F m g sin i
T tq
车速
坡度阻力加速阻力
驱动力
滚动阻力
空气阻力
汽车纵向动力学
汽车的动力性
mg
汽车动力性定义
Vehicle Tractive Performance
动力性定义：指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
体现了汽车的运输效率！
汽车动力性评价指标
Vehicle Tractive Performance Evaluation Criteria
2 a
2 a
商用车： f 0 .0076 0 .000056 ua
2 轿车 f ua ,商用车 f ua

第一章汽车动力性ppt课件

▪ 轿车：一般不强调
▪ 货车： imax =30%（约16.5°） ▪ 越野汽车：imax =60%
有时也以汽车在一定坡道上必须达到的车速来表示爬坡能力。如：美国对轿车爬坡要求，能以104 km/h车速通过6%的坡道。
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5
第2节汽车的驱动力与行驶阻力
根据沿行驶方向作用于汽车的各种外力，可以计算汽车的最高车速、加速度、最大爬坡度。由力平衡关系得：
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9
3）车轮半径
三个半径
▪ 自由半径
车轮处于无载荷时的半径。
▪ 静力半径 rs 汽车静止时，车轮中心至轮胎与地面接触面间的距离。
用作动力学分析。
▪ 滚动半径 rr 通过车轮转动圈数与实际车轮滚动距离之间的关系换
算所得得半径。用作运动学分析。
rr
S
2 n w
一般可不计差别：
rs≈ rr ≈ r
➢ 驱动轮：由驱动轮的力矩平衡得
FX2r = Tt－Tf 故 FX2 = Ft－Ff 其中， FX2为驱动力矩所引起得道路对车轮的切向反作用力。即实际作用在驱动轮上的切向力为驱动力减滚动阻力。
滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。
可编辑课件PPT
Ft=ΣF Ft—驱动力； ΣF—行驶阻力之和汽车行驶方程
可编辑课件Pபைடு நூலகம்T
6
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：

车辆动力学SteveMuenchVehicleDynamics

• American Association of State Highway and Transportation Officals (AASHTO). (2001). A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, Fourth Edition. Washington, D.C.
h p 55 fst0 leb c to5 rq f5tlu 0b ee6n 0sgre p ic n m 2 e
min
Vehicle Speed vs. Engine Speed
V2rne1i
0
V = velocity (ft/s) r = wheel radius (ft) ne = crankshaft rps i = driveline slippage ε0 = gear reduction ratio
from National Research Council Canada
Ra 2CDAfV2
PRa 2CDAfV3
1hp550ftlb sec
Rolling Resistance Rrl
Composed primarily of 1. Resistance from tire deformation (90%) 2. Tire penetration and surface compression ( 4%) 3. Tire slippage and air circulation around wheel ( 6%) 4. Wide range of factors affect total rolling resistance 5. Simplifying approximation:
Gear Reduction Ratio 3.8 Driveline efficiency 90% Center of Gravity 20 inches high

第四章第2讲-车体动力学

④汽车稳态转向特性的表征参数
R 第三个表征参数： R0
当当当
R 1 R0
时：汽车具有中性转向特性时：汽车具有不足转向特性时：汽车具有过多转向特性
R 1 R0
R 1 R0
4.1.2 线性二自由度汽车运动微分方程及分析
2）稳态特性分析
④汽车稳态转向特性的表征参数
第四个表征参数：静态储备系数 S .M . 中性转向点cn定义：静态储备系数S.M.定义：中性转向点至前轴的距离a’表达式：
④汽车稳态转向特性的表征参数
思考：静态储备系数的物理意义思考：导致汽车出现不足转向与过多转向的根本原因？
Fy2
b a
Fy1

cn
c
x

y

4.1.2 线性二自由度汽车运动微分方程及分析
3）瞬态特性分析思考：瞬态特性的分析依据？
①二自由度系统的运动微分方程
1 k1 k2 k1a k2b r k1 M v ru u k a k b 1 a 2 k b 2 k r ak I r 2 1 2 1 z 1 u
t>0时非齐次方程的特解：
t>0时非齐次方程的通解：
2 0
r
**
B0
Байду номын сангаас0
r r 0 ——稳态时的横摆角速度 s
**
r r * r **
其中：
B0
0
0 A1e t cos t A2 e t sin t 2
0 0
0 1 2
关键在于确定前、后轮的侧偏角
4.1.2 线性二自由度汽车运动微分方程及分析

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Vehicle System Dynamics
d
-mgsin θ vr + Kp + (Ki/s) F + + (1/c) ________ (m/c)s + 1 v
Байду номын сангаас
Professor You-Qun Zhao
2011-1-18
Zhao Youqun
1
Lecture 2
Introduction and Background
2011-1-18 Zhao Youqun 5
Major Vehicle Subsystems - Steering
Steering: Steering allows the driver to change the orientation of the front wheels to control the direction of vehicle forward motion. A rack and pinion steering system （齿条齿轮式）design, typical of many modern automobiles, is illustrated (top). Power-assisted steering has become commonplace, and fourwheel steer and steer-by-wire vehicles are also being developed.
Major automotive subsystems
Body and chassis, engine, powertrain, suspension, steering, brakes and instrumentation
Review of dynamic modeling and control
2011-1-18
Zhao Youqun
6
Major Vehicle Subsystems - Suspension
Suspension: Major functions of the suspension are to (1) provide a smooth ride, and (2) to maintain contact between the wheels and the road surface. A typical, independent strut type (撑杆式) suspension design is shown (top). A semi-rigid axle suspension system, which is common on rear wheels of frontwheel-drive (FWD) vehicles, is also shown (bottom). The design of the suspension has an influence on the vehicle dynamics. Active and semiactive suspensions, which use electronic controls, are available on some vehicles.
2011-1-18 Zhao Youqun 4
Major Vehicle Subsystems - Powertrain
Drive Train or Powertrain: Consists of the engine, transmission, driveshaft, differential, and driven wheels. We have already discussed the engine. The transmission is a gear system, which adjusts the ratio of wheel speed to engine speed to provide near optimum engine performance. Automatic transmissions are commonplace in the US, and electronic transmission control systems and continuously variable transmissions (CVT) are being developed. A driveshaft is used in frontengine, rear-wheel drive systems to transmit the engine power to the drive wheels. The differential not only provides the right-angle transfer of the driveshaft rotary motion to the wheels, but also provides a torque increase through its gear ratio and allows the driven wheels to turn at different speeds (e.g., cornering). The wheels and pneumatic tires provide traction between the vehicle and the road surface. Traction control systems provide good traction under a variety of road surface conditions.
2011-1-18
Zhao Youqun
9
Major Vehicle Subsystems – Instrumentation (Cont.)
2011-1-18
Zhao Youqun
10
MATLAB/SIMULINK Review
MATLAB is used for simple (usually linear) vehicle dynamic simulations, control designs and analysis of this course. Type help followed by the name of the command in Matlab to learn what that command does and what parameters it requires/provides The following functions are used most extensively:
2011-1-18
Zhao Youqun
8
Major Vehicle Subsystems - Instrumentation
Instrumentation: Vehicles include many electronic sensors, actuators and other instrumentation. There are over two dozen sensors in the powertrain alone. Most vehicles now include several microprocessors, e.g., for electronic engine control and diagnostics and technologies like the global positioning system (GPS). The average value of automotive electronics per car, from under $100 dollars per car in the 1960's, reached approximately $1,000 in 1990 and over $2,000 by the year 2000. Due to increasing power needs, the 14 volt electrical systems (with 12 V battery) will soon be replaced with a 42 V system (36 V battery).
Basic concepts and examples
Matlab and Simulink
Basic concepts and examples
Course project
Project topics, teams, proposals, progress report, final report and due dates Examples of past projects
2011-1-18 Zhao Youqun 3
Major Vehicle Subsystems - Engine
Engine: Provides the power for moving the vehicle as well as operating the various subsystems. There are many engine designs, the most widely used being the piston type, spark-ignited, liquid-cooled internal combustion engine with four strokes/cycle and gasoline fuel (see figure). Engine controls, which improve engine performance in a variety of ways, are now standard. Many new engine technologies (e.g., homogenous-charge compressionignition, electric, hybrid, fuel-cell) are under development [Ashley 2001].