纵向动力学控制系统
飞行原理知识点总结
飞行原理知识点总结飞行是人类长久以来的梦想与追求，通过不断的探索与发展，飞行原理已经逐渐被揭示，并被运用到实际的飞行器中。
本文将系统地总结飞行原理的相关知识点，包括飞行器的结构设计、气动力学原理、动力系统、飞行控制以及飞行器的稳定性和安全性等方面的内容。
一、飞行器的结构设计飞行器的结构设计是飞行原理的基础，它决定了飞行器是否能够正常地进行飞行。
飞行器的结构主要包括机身、翼面、动力系统、控制系统、起落架和其他附件等部分。
其中，翼面是飞行器的主要承载部分，它产生升力并支撑飞行器的重量；动力系统为飞行器提供动力，并使其前进或升降；控制系统用于调整飞行器的姿态和飞行方向；起落架则为飞行器的着陆和起飞提供支撑。
飞行器的结构设计必须兼顾轻巧、坚固、稳定、低空阻力和高升阻比等要求，以保证飞行器的飞行性能。
二、气动力学原理气动力学是研究空气对飞行器的作用以及飞行器在空气中的运动规律的学科。
飞行器在飞行过程中受到来自空气的多种作用力，其中最重要的是升力和阻力。
升力是使飞行器获得升力并支撑其重量的力，在飞行器翼面的上表面和下表面产生了不同的压力，形成了一个向上的升力。
阻力是阻碍飞行器前进的力，它主要由飞行器的形状和速度决定。
飞行器的气动力学性能对其飞行性能有着直接的影响，因此对气动力学原理的研究至关重要。
三、动力系统动力系统是飞行器的发动机和推进系统等组成部分，它为飞行器提供动力，使其能够飞行。
目前常用的飞行器动力系统主要包括活塞发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机以及电动驱动系统等。
各种动力系统有着不同的特点和适用范围，飞行器的设计者需要根据具体的需求选择合适的动力系统。
动力系统的研究和发展直接影响着飞行器的飞行速度、载荷能力、续航能力和节能环保性能。
四、飞行控制飞行控制是指通过操纵飞行器的控制面，调整飞行器的姿态和飞行方向。
飞行器的控制系统一般包括横向控制、纵向控制、自动控制和飞行操纵等部分。
横向控制通常由副翼来实现，它可以使飞行器绕纵轴旋转；纵向控制通常由升降舵来实现，它可以使飞行器绕横轴旋转；自动控制可以使飞行器在特定的飞行阶段自动地完成某些操作，例如自动起落、自动刹车等；飞行操纵则是指驾驶员通过操纵杆、脚蹬和其他操纵设备来控制飞行器的飞行方向。
汽车系统动力学第五章 纵向动力学概述
第五章纵向动力学性能分析除空调等附属设备的能耗需求外，行驶过程中车辆所需的动力与能量由行驶阻力所决定。
本章将在分析动力需求与动力供应的基础上，分析车辆的纵向动力学特性，包括动力性、燃油经济性和制动性。
此外，还将讨论与路面附着条件相关的驱动和制动极限问题，最后进行制动稳定性的分析。
§5-1 动力的需求与供应本节首先介绍车辆的行驶阻力，然后分析车辆对动力的需求及供应，最后给出车辆的动力供求平衡方程。
一、车辆对动力的需求这里介绍的车辆行驶阻力，实际上代表了车辆对动力的需求。
按行驶状态的不同，车辆行驶阻力可分为稳态匀速行驶状态下的阻力和瞬态加速时的阻力两部分。
前者包括车轮滚动阻力、空气阻力和坡度阻力；后者主要是指加速阻力。
二、车辆的动力供应§5-2 动力性一、概述车辆的动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量，也可通过对特定行驶工况下车辆动力需求与动力供应之间的比较来评定，而供求双方的平衡关系则由驱动轮轮胎与地面间的相互作用所决定。
评价车辆动力性时，通常采用“驱动力平衡图”或“驱动功率平衡图”进行分析。
三、加速能力§5-3 燃油经济性目前，大多数车辆采用内燃机作为发动机，其经济性主要以燃油消耗量表示。
一、燃油消耗量的计算根据初始的车辆设计参数，在车辆开发初期即可进行其燃油经济性理论上的估计，从而方便地在车辆设计阶段进行设计参数的修正。
二、减少油耗的途径减少燃油消耗量的途径：1)交通管理因素：包括交通管理系统、信号灯控制系统、驾驶员培训等因素，实际上均影响了车辆的行驶速度。
2)车辆行驶阻力因素：在保证汽车安全性、人机工程、经济性和舒适性的同时，尽可能降低车辆行驶阻力，如减小整车质量、轮胎滚动阻力系数、空气阻力系数和迎风面积等。
3)尽可能地降低附属设备(如空调、动力转向、动力制动等)的能耗。
4)提高传动系效率，使发动机功率要尽可能多地传递到驱动轮上。
§5-4 驱动与附着极限和驱动效率第三章中对单个轮胎与地面附着极限问题已有介绍，本节将在整车受力分析的基础上，详细讨论整车驱动与附着极限。
飞行动力学飞机的纵向运动课件
04
飞机巡航阶段的纵向运动
巡航阶段的定义和目标
定义
巡航阶段是飞机在完成起飞和爬升后，保持高度和速度进行长时间飞行的阶段 。
目标
在巡航阶段，飞机的目标是保持稳定飞行，同时达到最优的经济性和效率。
巡航阶段的操作步骤
选择巡航高度
根据飞行计划和天气条件，选择 合适的高度层。
调整飞行速度
跑道状况、灯光、标记等 机场条件会影响飞机的降 落过程，需遵守机场规定 和飞行指引。
机型差异
不同机型在降落阶段的性 能和操作要求有所不同， 机组人员需熟悉所操作飞 机的特点和技术要求。
06
飞机纵向运动的模拟与控制
纵向运动的模拟方法
数学模型法
通过建立飞机纵向运动的 数学模型，模拟飞机的升 降、俯仰等运动，用于研 究飞行性能和稳定性。
飞行速度
发动机性能
飞行速度的变化会影响空气动力和发动机 推力，进而影响飞机的纵向运动。
发动机的性能状态直接影响飞机的纵向运 动，发动机故障或性能下降可能导致飞机 无法保持稳定飞行。
05
飞机降落阶段的纵向运动
降落阶段的定义和目标
定义
飞机降落阶段是指飞机从进场开始，通过着陆滑跑，直至完全停稳的整个过程。
着陆滑跑
飞机接地后，开始着陆滑跑，机组人员需根据实际情况控制刹车和推 力，使飞机减速并稳定在跑道上滑行。
完全停稳
当飞机停稳后，按照程序进行关车、解刹车等操作，确保安全。
降落阶段纵向运动的影响因素
01
02
03
天气条件
风、雨、雪、雾等天气因 素会影响飞机的降落过程 ，需根据实际情况采取相 应的措施。
机场条件
目标
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制是指通过控制船舶的前进、停止、加速和减速等操作，以实现船舶在纵向方向上的运动控制。
在船舶设计和操作中，船舶纵向运动控制是至关重要的，它直接影响船舶的稳定性、操纵性和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立是实现有效控制的基础。
首先，需要建立船舶的动力学模型。
船舶的动力学模型包括船舶的质量、惯性、阻力等参数，以及船舶的推进力和阻力的数学描述。
通过对这些参数和力的数学表达式的建立和定义，可以得到船舶纵向运动的数学模型。
需要建立船舶的控制系统模型。
船舶的控制系统模型包括船舶的传感器、执行器和控制算法等组成部分。
传感器用于采集船舶的状态信息，执行器用于实施控制操作，控制算法用于根据传感器的反馈信息和控制目标进行调控。
通过对这些组成部分的建立和定义，可以得到船舶的控制系统模型。
基于船舶的动力学模型和控制系统模型，可以进行船舶纵向运动的仿真。
仿真是指通过计算机模拟船舶的运动过程，以验证船舶控制系统的性能和效果。
通过在仿真软件中输入船舶的初始状态和控制指令，可以得到船舶在不同条件下的运动轨迹和性能指标。
通过对不同控制策略和参数的仿真比较，可以优化船舶的控制系统，提高船舶的运动性能和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真在船舶设计和运营中起着重要的作用。
首先，它可以帮助船舶设计师评估和改进船舶的运动性能，优化船舶的动力系统和控制系统，提高船舶的航行效率和经济性。
其次，它可以帮助船舶操作员理解和掌握船舶的运动特性，提高船舶的操纵性和安全性。
最后，它可以为船舶自主导航和无人驾驶技术的发展提供基础和支持。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真是实现船舶纵向运动控制和优化的基础。
通过建立船舶的动力学模型和控制系统模型，并进行仿真分析，可以提高船舶的运动性能和安全性，优化船舶的控制系统，为船舶设计和运营提供支持和指导。
船舶纵向运动控制模型的研究和应用将继续推动船舶技术的发展和进步，为航海事业的发展做出贡献。
列车纵向动力学分析【精选】
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
lpc 控制算法
lpc 控制算法
LPC（Longitudinal Predictive Control，纵向预测控制）算法是一种先进
的控制算法，主要用于预测和控制纵向的运动过程。
在车辆控制、自动驾驶等领域中，LPC算法被广泛应用于预测和控制车辆的纵向运动，如制动、加速和巡航控制等。
LPC算法基于车辆的动力学模型和运动学模型，通过预测未来的车辆状态和运动轨迹，实现对车辆的纵向控制。
在LPC算法中，需要建立车辆的动力
学模型和运动学模型，并确定模型的参数和状态变量。
然后，通过预测未来的车辆状态和运动轨迹，计算出最优的控制输入，如制动压力、加速踏板位置等，以实现最优的纵向控制。
LPC算法的优点在于能够主动预测和控制纵向运动过程，可以提前进行控制，避免了常规控制方法的滞后。
同时，LPC算法还可以根据不同的工况和场景，自适应地调整控制参数和策略，以提高控制的准确性和稳定性。
总的来说，LPC算法是一种有效的纵向预测控制方法，在车辆控制和自动驾驶等领域中具有广泛的应用前景。
3 汽车纵向动力学解析
u x
& p=φ
w z
γ=ψ &
x y
υ
y q=ϕ &
z
∑M I q′ − ( I − I ) pγ = ∑ M I γ ′ − (I − I ) pq = ∑ M
I x p′ − ( I y − I z )qγ =
y z x y
x y
∑ Fx )= z m s(w′ − u ⋅ q ) = ∑ F
y q =ϕ &
SAE坐标系
13
第三章
汽车纵向动力学
二、空间任一刚体的运动方程
ms (u′−υ⋅γ + w⋅q) = ms ms
∑F (v′−w⋅ p+u⋅γ ) = ∑F (w′−u⋅q+υ ⋅ p) = ∑F
z x
x y z
∑M I q ′ − ( I − I ) pγ = ∑ M I γ ′ − (I − I ) pq = ∑ M
2009-10-19 6
第三章
汽车纵向动力学
作用在每个驱动轮上的垂直载荷等于静态载荷加上动态载荷， 后者是由加速时的纵向载荷转移或驱动转矩造成的横向载荷转移引 起的。 (1) 驱动转矩引起的横向载荷转移 不管是前桥还是后桥，只要驱动桥是刚性桥就存在横向载荷转 移。绕车桥中心点的力矩平衡方程为:
∑T O = ( W
这部分在汽车理论和第二章 轮胎动力学中有相应介绍，在此不
再重复。
二、汽车加速性能
知道了驱动力和行驶阻力，就可以计算车辆的加速性能了。 1.取决于发动机功率的极限加速能力 2.取决于附着力的极限加速能力 假设发动机功率足够大，极限加速能力会受到轮胎与路面之间
摩擦系数的限制。这样的话，驱动力的极限值为:
车辆工程中的车辆动力学研究与优化
车辆工程中的车辆动力学研究与优化在现代社会，车辆已经成为人们生活和经济发展中不可或缺的一部分。
从日常出行的小汽车，到运输货物的重型卡车，再到高速奔驰的列车，车辆的性能和安全性直接关系到人们的生活质量和生命财产安全。
而车辆动力学作为车辆工程中的一个重要分支，对于提高车辆的性能、安全性和舒适性具有至关重要的意义。
车辆动力学主要研究车辆在行驶过程中的运动规律和受力情况，包括车辆的纵向、横向和垂向运动，以及车辆与路面、空气之间的相互作用。
通过对这些方面的研究，可以深入了解车辆的操控性能、稳定性、制动性能和悬挂系统的工作原理，从而为车辆的设计、优化和控制提供理论依据。
在车辆的纵向动力学研究中，主要关注车辆的加速、减速和换挡过程。
发动机的输出功率、扭矩特性以及变速器的传动比等因素都会对车辆的纵向动力学性能产生影响。
例如，在设计一款高性能的跑车时，需要考虑如何匹配发动机和变速器，以实现快速而平稳的加速。
同时，制动系统的性能也是纵向动力学研究的重要内容，包括制动盘和制动片的材料选择、制动液的特性以及制动系统的散热等方面，这些都会影响到车辆的制动距离和制动稳定性。
车辆的横向动力学则侧重于研究车辆在转弯时的操控性能和稳定性。
轮胎的侧偏特性、转向系统的设计以及车辆的重心位置等因素都会对横向动力学产生重要影响。
为了提高车辆在弯道中的操控性能，工程师们会采用先进的悬挂系统，如多连杆悬挂、麦弗逊悬挂等，来控制车轮的运动轨迹。
此外，电子稳定控制系统（ESC）等主动安全技术的应用，也能够在车辆出现侧滑等危险情况时及时进行干预，保证车辆的行驶稳定性。
垂向动力学主要研究车辆在行驶过程中对路面不平度的响应，以及车辆的悬挂系统对振动的衰减能力。
良好的悬挂系统能够有效地减少车身的振动，提高乘坐舒适性。
在悬挂系统的设计中，需要考虑弹簧的刚度、减震器的阻尼系数以及悬挂的几何结构等因素。
同时，空气悬挂等新型悬挂技术的出现，也为车辆的垂向动力学性能提升提供了更多的可能性。
应用于汽车主动避撞系统的车辆纵向动力学模型
中图分类号D8 (C*A+ 文 章 编 号 D$%%%&%%’(-*%%(.%*&%*’B&%(
文 献 标 识 码 DH
TUVWXYUYZ[\W]^_W[‘Y_a[‘bWXbZ_UY cZdeUVWXYUXZYYWfWZ[‘eZW_‘[XUfaf]Ubf
ghijklmn=oph qkrs=tuvkwxmrs=tupyzxmn{xr
+A+ 发动机模型 +A+A+ 理论模型
四冲程直喷式汽油机结构如图 *所示K此发动
收 稿 日 期 D*%%+&%’&*+ 基金项目D国家 E十五F科技攻关项目 -*%%*GH(%(H*$. 作 者 简 介 D侯 德 藻 -$IJ’&.=男 -汉 .=山 东 =博 士 研 究 生 K
L&M72@D5NO%%P M72@1AQ1234567A<N6A:3 通 讯 联 系 人 D李 克 强 =教 授 =L&M72@D@2RSP Q1234567A<N6A:3
延时 /&0和从点火到力矩产生的时间延时 /102进气歧
管的进气流量 %&’可用以下公式表示
%3&’4 %5&67897:;<#
=>?
其 中$%5&6表 示 最 大 进 气 流 量#对 于 一 定 结 构 的 发
动 机 来 说 是 一 常 数.789是 节 气 门 流 体 动 力 学 特 性
对 于 进 气 流 量 的 影 响 函 数.7:;<是 节 气 门 前 后 气 体
-清华大学 汽车工程系=汽车安全与节能国家重点实验室=北京 $%%%B(.
汽车纵向动力学研究综述
Internal Combustion Engine&Parts・23・汽车纵向动力学研究综述Research Progress of Automobile Longitudinal Dynamics于旺YU Wang(沈阳理工大学汽车与交通学院车辆工程专业，沈阳110159)(Vehicle Engineering,School of Automobile and Transportation,Shenyang University of Technology,Shenyang110159,China)摘要:随着汽车工业的发展,汽车纵向动力学研究不断加深,汽车在道路上行驶,就会存在驱动、制动、滑移等纵向动力学方面的问题。
针对这一问题的研究,人们提出了汽车纵向动力学的概念。
汽车纵向动力学的研究主要包括:汽车制动动力学、汽车防抱死系统、汽车驱动防滑系统、汽车自适应巡航系统、汽车自动刹车系统。
本文将主要介绍汽车纵向动力学控制系统组成和原理、汽车制动动力学控制系统的研究进展、汽车防抱死系统的研究进展、汽车驱动防滑系统的研究进展、汽车自适应巡航控制系统的研究进展、汽车自动刹车辅助系统的研究进展。
Abstract:With the development of the automotive industry,the research on the longitudinal dynamics of automobiles has continued to deepen,and there are problems with longitudinal dynamics such as driving,braking,and slipping when the car is driving on the road.In view of this problem,people have proposed the concept of automobile longitudinal dynamics.The research of automobile longitudinal dynamics mainly includes:automobile braking dynamics,automobile anti-lock braking system,automobile driving anti-skid system, automobile adaptive cruise system,automobile automatic braking system.This article will mainly introduce the composition and principle of automotive longitudinal dynamics control system,the research progress of automotive brake dynamics control system,the research progress of automotive anti-lock system,the research progress of automotive drive anti-skid system,the research of automotive adaptive cruise control system Progress,research progress of auto brake assist systems.关键词:汽车;纵向动力学;防抱死;驱动防滑;制动动力学；自适应巡航；自动刹车;系统Key words:automobile;longitudinal dynamics;anti-lock braking;driving anti-skid;braking dynamics;adaptive cruise;automatic braking;system中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号:1674-957X(2020)24-0023-020引言目前城市的发展和道路的优化设计极大地考验了汽车在道路上的行驶性能，要想在现有的道路上道路上提高交通流量并控制交通事故的发生，这就要求汽车设计者能在提高汽车安全行驶的车速和减小汽车与前后车之间的距离（但能有足够的安全距离）的同时能够保证汽车的各方面的稳定性能。
纵向动力学性能分析ppt
车
➢驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作
用力的的合力。
系
Fx M H / rd M eigi0t / rd
统
动 ➢车辆沿前进方向的动力供求平衡方程
力 学
M et igi0
rd
(imv
mc )ax
(iG
fR )(mv
mc
)
g
CD
A
a
2
u2
6
汽 概述 第二节 动力性
车
➢车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。
➢根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be （g/(kw.h)）
17
汽 计算燃油消耗量
燃油消耗量的计算
车
➢单位时间的燃油消耗量
系
Btp be Pe / f
➢单位里程的燃油消耗量
统
Btr Btp / ua
动
➢对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别计
力
算燃油消耗量，再求和。
➢若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。
30
汽 二、直线制动动力学分析
车
➢忽略坡度和空气对轴荷的影响，有
系
Fb maxb Fzs z
➢车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数 统
动
zmax axb,max / g
➢为了在不同附着系数的路面上得到最好的制动效果，
力 需合理的分配前后轴制动力。
学 ➢理想制动强度与前轴制动力的关系
➢车辆总行驶阻力
车 系
FDem
(imv
mc )ax
(iG
fR )(mv
mc )g
CD A
a
2
u2
(整理)列车纵向动力学分析.
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
汽车系统动力学
《汽车系统动力学》教学大纲一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。
2．课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车辆的动态载荷、转向动力学等。
研究路面不平度激励的振动。
了解该领域世界发展及最新成果。
通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方法，为今后汽车系统动力学分析、从事该领域研究、开发奠定基础。
二、课程教学基本要求本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科，其内容可按车辆运动方向分为纵向、垂向和侧向动力学三大部分。
要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学(垂向)和操纵动力学(侧向)内容。
运用系统方法及现代控制理论，结合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。
成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（平时测验、作业、课堂提问、课堂讨论等）（30％）。
成绩评定采用百分制，60分为及格。
三、课程教学内容绪篇概论和基础理论第一章车辆动力学概述1.教学基本要求让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、标准和法规、发展趋势。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、发展趋势。
3.教学重点和难点教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、车辆特性和设计方法。
教学难点是车辆特性和设计方法。
4.教学内容第一节历史回顾1.车辆动力学的历史发展第二节研究内容和范围1.纵向动力学2.行驶动力学3.操作动力学第三节车辆特性和设计方法1.期望的车辆特性2.设计方法3.汽油机与柴油机速度特性的比较第四节术语、标准和法规1.汽车术语、标准和法规第五节发展趋势1.车辆的主动控制2.多体系统动力学3.闭环系统和主观与客观评价第二章车辆动力学建模方法及基础理论1.教学基本要求让学生了解动力学方程的建立方法、非完整系统动力学、多体系统动力学方法。
汽车系统动力学第18章 车辆动力学集成控制及应用CarSim的实例分析
纵向和侧向控制系统在控制效能和平滑性方面各有优缺点。具体 表现为:①在有效作用域内,当轮胎处于小侧向加速度、小侧偏角的线性 域时,转向控制系统(如4WS、AFS 等)在操稳性上可以取得较好效果;但 在紧急工况下(大侧向加速度、大侧偏角时,即轮胎进入非线性域时),转 向控制通常不能取得满意效果,而直接横摆力矩控制则能显著地提高操 纵稳定性;
第四节 一种基于轮胎力最优分配的集成控制方法
一、基于轮胎力最优分配的车辆动力学集成控制结构 对于有多个主动控制系统的车辆,主动控制执行器输入的数目一 般大于其要控制的车辆状态的数目,称为“执行器冗余”(overactuation)现象。在存在执行器冗余的情况下,有两个问题至关重要: ①如何选择最有效的执行器来完成目标功能; ②在给出合理的轮胎执行器输入时,如何考虑轮胎的饱和非线性 以及诸如路面附着状况等各种实际约束条件。
式不同,可按X、Y、Z三个方向将车辆运动控制系统分别归类于纵向(制
动/驱动)、侧向(转向)和垂向(悬架)三大类子控制系统。 车辆动力学集成控制要解决的两个关键问题是:①如何避免子系统
间的互相冲突和干扰;②如何通过系统间的通信和动作协调,尽量挖掘各 子系统功能潜力从而实现性能最优。
图18-1 车辆动力学控制系统的发展历程
“主环-伺服环”分层控制结构,如图18-5所示。
图18-5 基于轮胎力最优分配的“主环-伺 服环”分层控制结构
由图可知,首先由主环控制器给出车体运动控制所需的力和力矩,
例如车辆在XOY平面内的纵向力、侧向合力和横摆力矩,即Fud=[Fxd Fyd Mzd]T。然后,在伺服环中,将轮胎作为复杂且特殊的“执行器”, 通过优化分配将Fud分配到各个轮胎执行器的控制输入。这样一个结
汽车纵向动力学
tan G,max, ,r
表5-5 不同驱动形式不同路面附着下车 辆的加速及爬坡能力
驱动效率
• Fzs
W
驱动轴静载 与整车重量 之比
制动性
汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性
和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。
制动性是汽车主动安全性的重要评价指标。 制动性的评价指标包括： 制动效能—制动距离与制动减速度； 制动效能恒定性； 制动时的方向稳定性。
纵向动力学
纵向动力学性能分析
• • • • • 动力的需求与供应 动力性 燃油经济性 驱动与附着极限和驱动效率 制动性
驱动力平衡图
•
动力的需求与供应
• 车辆对动力的需求（行驶阻力）
稳态匀速行驶阻力
车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力
瞬态加速行驶阻力（加速阻力）
车辆对动力的需求
FG (mv mc ) g sin G (mv mc ) giG
Btp
里程燃油消耗量
be Pe
be PmeVs nei
f
f
cf
be PmeVs nei Btr cf ua f ua
Btp
减少油耗的途径
• Btr
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( FDem 1
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FDem
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电动汽车纵向动力学模型的建立与仿真
电动汽车纵向动力学模型的建立与仿真
电动汽车纵向动力学模型是模拟电动汽车在加速、减速、制动
等情况下的运动特性的数学模型。
建立该模型可以用于优化电动汽
车动力系统设计，增强电动汽车性能和安全性能。
下面是建立电动
汽车纵向动力学模型的步骤和仿真方法：
1. 车辆参数测量：包括电动汽车的质量、空气阻力、摩擦力、
动力系统的最大功率和转矩等参数。
2. 动力系统控制器建立：根据动力系统的最大功率和转矩、电
池电压等参数，建立电动汽车控制器的数学模型。
3. 驱动系统建立：根据车辆匀加速度和可变质量的动态特性，
建立电动汽车驱动系统的动力学模型。
4. 制动系统建立：根据电动汽车制动距离和制动力，建立电动
汽车刹车系统的动态模型。
5. 动力和刹车系统的相互作用建立：建立电动汽车动力和刹车
系统之间相互作用的数学模型。
6. 模型参数校正：利用实验数据对动力学参数进行校正，以提
高模型精度。
7. 仿真：基于Matlab等仿真软件，运用建立的模型，进行电
动汽车纵向动力学仿真，并对结果进行分析和优化。
通过以上步骤，可以建立一个适用于电动汽车纵向动力学模型，并且可以利用不同的软件实现该模型的仿真。
汽车四轮转向四自由度动力学模型
汽车四轮转向四自由度动力学模型一、引言汽车作为现代交通工具的重要组成部分，其行驶稳定性和操控性能成为人们关注的焦点。
为了更好地理解汽车转向过程，研究者提出了汽车四轮转向四自由度动力学模型。
本文将对该模型进行介绍和分析。
二、汽车四轮转向四自由度动力学模型汽车四轮转向四自由度动力学模型是一种理论框架，用于描述汽车在转向过程中的运动规律。
该模型将汽车视为一个具有四个自由度的系统，包括纵向运动、横向运动、横摆运动和侧滑运动。
1. 纵向运动自由度纵向运动自由度是指汽车在纵向方向上的运动。
它受到引擎输出的动力和制动系统的制动力的影响。
在转向过程中，纵向运动自由度的变化可以影响汽车的加速度和制动效果。
2. 横向运动自由度横向运动自由度是指汽车在横向方向上的运动。
它受到转向系统的影响，包括前轮转向角度和转向系统的响应特性。
横向运动自由度的变化会影响汽车的横向加速度和侧向稳定性。
3. 横摆运动自由度横摆运动自由度是指汽车绕垂直轴线旋转的运动。
它受到转向系统和车身结构的影响，包括转向系统的转向角速度和车身的转动惯量。
横摆运动自由度的变化会影响汽车的横摆角度和横摆稳定性。
4. 侧滑运动自由度侧滑运动自由度是指汽车的轮胎与地面之间的相对滑动。
它受到横向运动和横摆运动的影响，包括车轮滑动角度和侧向力的变化。
侧滑运动自由度的变化会影响汽车的侧向力和侧滑稳定性。
三、应用与研究进展汽车四轮转向四自由度动力学模型在汽车工程领域具有广泛的应用价值。
它可以用于汽车设计和操控性能评估，帮助工程师改进汽车的转向系统和悬挂系统，提高汽车的稳定性和操控性能。
研究者们在汽车四轮转向四自由度动力学模型的基础上进行了许多深入的研究。
他们通过理论模拟和实验验证，对汽车转向过程中的动力学特性进行了深入分析，为汽车操控性能的提升提供了重要的理论支持。
随着自动驾驶技术的发展，汽车四轮转向四自由度动力学模型也得到了进一步的应用。
研究者们通过建立更加精确的模型，优化汽车的自动驾驶算法，提高汽车的驾驶安全性和舒适性。
《纵向动力学》课件
纵向动力学的应用领域
航空航天
研究飞行器的起飞、降 落、机动飞行等过程中
的纵向动力学行为。
建筑
分析高层建筑的振动、 稳定性及抗震性能。
机械工程
研究各种机械设备的振 动、平衡及稳定性问题
。
交通运输
研究车辆、船舶、轨道 车辆等的纵向动力学性
能及安全稳定性。
纵向动力学的发展历程
基础理论建立
纵向动力学的基础理论在19世纪开始 建立，包括牛顿的经典力学理论。
详细描述
边界元法在处理复杂几何形状和边界条件时具有高效性和精度，适用于求解偏微分方程和积分方程。然而，对于 大规模问题，边界元法可能存在计算效率和精度方面的挑战。
离散单元法
总结词
离散单元法是一种基于离散化模型的数 值分析方法，通过将连续体离散化为一 系列相互连接的单元，来模拟物体的运 动和相互作用。
复杂结构系统的纵向动力学研究
总结词
复杂结构系统的纵向动力学研究将更加受到关注。
详细描述
复杂结构系统如航空航天器、大型机械等具有多自由度 、多因素耦合的特点，其纵向动力学行为非常复杂。未 来研究将进一步探索复杂结构系统的纵向动力学特性， 包括稳定性、控制策略等方面的内容。
智能材料的纵向动力学研究
总结词
发展与应用
现代研究
现代纵向动力学研究涉及到非线性、 复杂系统、智能材料等方面的研究， 为解决实际问题提供了更深入的理论 基础。
随着科技的发展，纵向动力学在各个 领域得到广泛应用，如航空航天、建 筑、机械工程等。
02
纵向动力学的基本原理
牛顿第二定律
总结词
描述物体运动状态改变与作用力之间 的关系。
详细描述
纵向动力学
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6.1.5 与ABS相关的论文 1、宗国熙 ABS 制动防抱死系统特点及发
展趋势 奇瑞汽车股份有限公司试验技术 中心 中国期刊网 在文中主要介绍了 ABS系统的优点以及它现有的一些局限 性，以及ABS系统在今后的一些发展趋 势。ABS系统的一些优点有以下几点： ①改善汽车制动时的横向稳定性；②改 善汽车制动时的方向操纵性；③改善制 动效能；④减少轮胎的局部过度磨损； ⑤使用方便，工作可靠。
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进而计算车轮参考滑移率;在分析车辆模 型的基础上,设计了基于车身减速度的路 面辨识方法,提高了控制方法的适应性;以 车轮参考滑移率和角加速度为输入,以控 制信号为输出,设计了具有路面辨识能力 的L S - SVM ABS 控制系统,实现了基于 支持向量机的控制。参照国家标准,在不 同条件下进行道路试验,试验结果表明,该 控制方法具有良好的制动效果和自适应 性。
5
6.1.3 ABS系统的பைடு நூலகம்成
电子控制线单位
运算 单元
控制 单元
监控 单元
轮速传感器
车轮
轮彩
电磁阀
警示灯
渐压调节单位
警示灯 主缸
6
ABS 主要由传感器、ECU 和执行器3 部分 组成,功能如下表：
名称
功能
车速传感 检测车速,给ECU 提供车速信号,用
器
于滑移率控制方式
轮速传感 检测车轮速度,给ECU 提供轮速信号,
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存在的一些局限性：在两种情况下，ABS 系统不能提供最短的制动距离。一种是 在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直 接进行制动。另一种情况是在松散的砾 石路面、松土路面或积雪很深的路面上 制动。另外，通常在干路面上，最新的 ABS 系统能将滑移率控制在5％—20％ 的范围内，但并不是所有的ABS 都以相 同的速率或相同的程度来进行制动（或 放弃制动）。
ABS 出现故障时,由ECU 控制将其点 亮,向驾驶员发出报警,并由ECU 控制 闪烁显示故障码
接收车速、轮速、减速等传感器的信 号,计算出车速、轮速、滑移率和车 轮的减速度、加速度,并将这些信号 加以分析、判别、放大,由输出级输 出控制指令,控制各种执行器工作
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6.1.4 对ABS系统的感性认识
卡车、挂车和客车制造商提供制动、稳
定控制和自动变速控制产品。
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威伯科推出第一个重型卡车防抱死制动系
统ABS到第一个自动紧急制动系统AEB, 威伯科始终引领着行业的技术创新。威
伯科研制出了首个商用车带自动制动功
能的碰撞预警系统CMS首个自动紧急制
动系统AEB挂车远程通讯系统
Telematics.
5、周 珏。浅析帕萨特ABS结构原理与故障
诊断 科技促进发展2009（08） 南京
市交通高级技工学校 本文主要介绍了
ABS（防抱死制动系统）作为一种主动安
全装置，在现代汽车上运用已经很广泛
了。文章从基础知识到专门知
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识，论述了防抱死ABS的结构及工作原理， 特别对帕萨特轿车的ABS系统的结构特点、 工作原理、故障诊断。
6、郑太雄，李锐，（重庆邮电大学） 蒋国英，杨勇（重庆卡福汽车制动转向 系统有限公司） 基于最小二乘支持向量 机的汽车ABS 控制研究 本文主要介绍了 为使防抱死制动(ABS) 更加智能,提出了 一种基于最小二乘支持向量机(L S - SVM) 的汽车防抱死制动控制方法。在分析道 路试验数据的基础上,提出了以车轮速度 峰值连线斜率估计车身速度的方法,
第六章 纵向动力学控制系统
6.1 防抱死制动控制 6.2 驱动力控制系统 6.3 车辆稳定性控制系统 6.4 主要的研究团队
2010年4月9日 霍俊杰
1
6.1 防抱死制动控制
6.1.1 基本概念 1、滑动率：车轮滑动率表示车轮相对于
纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度， 是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。 驱动工况为滑转率,制动工况为滑移率. 2、抱死：当滑移率为1时，就称为抱死。
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4、刘良，威伯科一先进科技引发效率革命 物流技术与应用（货运车辆）2009（03） 威伯科汽车控制系统，亚太区总裁，本 文主要介绍了威伯科公司的发展历史和 其一些相关的业务。威伯科汽车控制系 统是全球领先的商用车辆安全及控制系 统供应商。公司成立至今已有多年总部 位于比利时布鲁塞尔。自公司创建以来 威伯科一直引领着电子、机械及机电技 术领域的突破与创新为世界领先的商用
3、李爱凡（广东交通职业技术学院汽车学 院），杨涛（河南交通职业技术学院汽 车工程系）机电工程技术2009（06） 基于ABS 的车辆弯道稳定性控制仿真研 究 本文主要介绍了车辆在低附着弯 15
道路面上制动是一种非常危险的工况。本 文从车辆在低附着弯道路面上制动整车 受力的角度出发， 分析了车辆弯道制动 时ABS 控制的不足， 提出了车辆ABS 与 横摆力矩控制协调控制的制动力控制策 略。利用模糊控制原理设计了横摆力矩 控制器， 在制动车辆ABS 的基础上， 通 过对车辆的横摆力矩控制和车轮滑移率 的调节， 实现了制动过程中对附加横摆 力矩的动态调整， 从而可以在不增加硬 件成本的条件下实现车辆在低附着弯道 路面上制动的稳定控制。最后进行仿真 试验验证了该控制方法的有有效性。
器
各种控制方式均采用
减速传感 检测制动时汽车的减速度,识别是否
器
为冰雪等易滑路面,只用于四轮驱动
控制系统
制动压力 接收ECU 的指令,通过电磁现制动系
调节器 统压力的增加、保持和降低
7
液压泵
ABS警告 灯 ECU
受ECU 控制,在可变容积式制动压力 调节器的控制油路中建立控制油压; 在循环式制动压力调节器调节压力降 低的过程中,将由轮缸流出的制动液 经蓄能器泵回主缸,以防止ABS 工作 时制动踏板行程发生变化
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2、韩加蓬，唐晓峰，孙永丽，基于 MATLAB的汽车ABS与TPMS融合的研究
微电子技术 2009（29）山东理工大学， 本文主要介绍了在分析ABS 控制算法的 基础上,将轮胎压力检测功能扩展到ABS 控制器中,并利用matlab 仿真得出试验 的可行性。证明了该方法可以在制动过 程中具有较好的制动力和方向稳定性。
2
这时制动力减小，制动强度降低，车轮侧 向附着力也大大减小。
产生的不良后果： a、前轮抱死：车辆丧失转向能力。 b、后轮抱死：不稳定工况，易引起急速 甩尾。
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6.1.2防抱死制动系统（ABS）的液压回路
释放阀
制动总缸
制动分缸
电磁换向阀
喷注泵 蓄能器 4
当需要刹车压力上升时，电磁阀不得电， 使其处于图示位置，刹车液从制动总缸 通过电磁阀到制动分缸，刹车压力上升。 由图可知，当电磁阀位于不同位置时其 压力不同。