汽车系统动力学
汽车系统动力学第二章 车辆动力学建模方法及基础理论
第二章车辆动力学建模方法及基础理论§2-1 动力学方程的建立方法在车辆动力学研究中，建立系统运动微分方程的传统方法主要有两种：一是利用牛顿矢量力学体系的动量定理及动量矩定理，二是利用拉格朗日的分析力学体系。
本节将对这两种体系作一简单回顾，并介绍几个新的原理。
一牛顿矢量力学体系(1)质点系动量定理质点系动量矢p对时间的导数等于作用于质点系的所有外力F i的矢量和(即主矢),其表达式为:二、分析力学体系分析力学是用分析的方法来讨论力学问题，较适合处理受约束的质点系。
(1)动力学普遍方程动力学普遍方程由拉格朗日(Lagrange)于1760年给出的，方程建立的基本依据是虚位移原理，表示如下：(2-6)(2)拉格朗日方程拉格朗日法的基本思想是将系统的总动能和总势能均以系统变量的形式表示，然后将其代入拉格朗日方程，再对其求偏导数，即可得到系统的运动方程。
拉格朗日方程形式如下：利用此方程推导车辆动力学方程时，因采用广义坐标，从而使描述系统位移的坐标数量大大减少，并可以自动消去无功内力。
但也存在下述问题：①应用拉格朗日方程时，有赖于广义坐标选取得是否得当，而适当地选择广义坐标有时要靠经验；②拉格朗日能量函数对于刚体系统的表达式可能非常复杂，代人拉格朗日方程后要作大量运算。
而对于复杂的车辆系统，写出能量函数的表达式就更加困难。
三、虚功率原理若丹(Jourdain)于1908年推导出另一种形式的动力学普遍方程，其所依据的原理称之为虚功率原理。
虚功率形式的动力学普遍方程为：四、高斯原理1829年，高斯(Gauss)提出动力学普遍方程的又一形式，称为高斯原理，其表达式为：§2-2 非完整系统动力学一、非完整系统动力学简介1894年，德国学者Henz第一次将约束系统分成“完整”和“非完整”两大类，从此开辟了非完整系统动力学(Nonholonomie System)的新领域，如今它已成为分析力学的一个重要分支。
车辆系统动力学pdf
车辆系统动力学
车辆系统动力学是汽车理论的一个重要研究方向，它主要研究汽车的动态性能，包括动力性、燃油经济性、操纵稳定性、形式平顺性和通过性等。
运用系统方法及现代控制理论，结合实例分析，可以对车辆动力学模型进行建立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计。
此外，汽车系统动力学也会讨论受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学。
在研究中，汽车被视为一个动态系统，对其行为进行深入研究，讨论其数学模型和响应。
其目的是研究汽车受到的各种力以及这些力与汽车运动之间的相互关系，找出汽车主要性能的内在规律和联系，提出汽车设计参数选取的原则和依据。
同时，《汽车系统动力学》这本教材也提供了丰富的理论知识和实践应用案例。
汽车系统动力学
1汽车系统动力学的主要研究内容、范围及其发展方向。
答：内容和范围：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。
它涉及的范围很广，除了影响车辆纵向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。
行驶动力学主要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轮的运动；而操纵动力学研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆的侧滑、横摆和侧倾运动。
发展方向：计算机技术和控制技术共同推动了现代汽车系统动力学的发展。
随着各种底盘控制系统在车辆中应用的增长趋势及各功能控制系统集成程度的日益提高，车辆动力学在未来车辆控制系统设计中的作用将愈加重要，可以预见，未来的发展将在车辆主支控制、车辆多体动力学和向“人—车—路”闭环系统的扩展等方面有所体现。
2汽车空气阻尼及怎么样降低汽车空气阻力。
答：汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力成为空气阻力。
空气阻力是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：×sc w v2其中v为行车速度；s为汽车横截面面积，c w为风阻系数。
空气阻力跟速F D=116度成平方正比关系，也就是说：速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍。
因此高速行车对空气阻力的影响非常明显，车速高，发动机就要将相当一部分的动力，或者说燃油能量用于克服空气阻力。
换句话说，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。
空气阻力的大小除了取决于车的速度外，还跟汽车的截面积s和风阻系统c w有关。
通过改善汽车的空气动力学性能，比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽，都能降低风阻系数。
而降低车身高度，等于减小了截面积，或使车身更多地着盖住轮子，也有利于降低空气阻力。
3描述主动悬架的工作原理。
答：主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力。
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述
绪篇概论和基础理论本篇首先介绍：1．车辆动力学的发展历史；2．车辆动力学理论对实际车辆设计所作的贡献；3．车辆动力学的研究内容和范围及其未来的发展趋势；4．介绍车辆动力学模型建立的基础理论和方法。
第一章车辆动力学概述§1-1 历史回顾车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。
有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可追溯到100年前。
事实上，直到20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester（兰切斯特）、美国的Olley（奥利尔）、法国的Broulhiet（勃劳希特）开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。
开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。
同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。
1．首先要肯定Frederick （费雷德里克）W．Lanchester对这门学科的早期发展所做的贡献。
在他所处的时代，尽管缺乏成熟的理论，但作为当时最杰出的工程师，他对车辆设计的见解不但敏锐，而且深刻。
即使在今天，Lanchester的思想仍有一定的借鉴意义。
2．对本学科发展有卓越贡献的人物是Maurice （莫里斯）Olley，他率先系统地提出了操纵动力学分析理论。
3．Olley这样总结了20世纪30年代早期的车辆设计状况：“那时，已经零星出现了一些尝试性的方法，其目的在于提高车辆的行驶性能，但实际上却几乎没有什么作用。
坐在后座的乘客仍然象压载物一般，被施加在后轮后上方的位置。
人们对车辆转向不稳定的表现已习以为常，而装有前制动器的前桥摆振几乎成为了汽车驾驶中的必然现象。
工程师使所有的单个部件都制作得精致完好，但将它们组装成整车时，却很少能得到令人满意的性能。
”就在这个时期，人们对行驶平顺性和操纵稳定性之间的重要协调关系开始有所认识。
但对车辆性能的评价，仍主要凭经验而非数学计算。
1932年，Olley在美国凯迪拉克(Cadillac)公司建立了著名的“K2”试验台(一个具有前、后活动质量的车架)，来研究前后悬架匹配及轴距对前后轮相位差的影响。
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。
汽车系统动力学习题答案
汽车系统动⼒学习题答案1.汽车系统动⼒学发展趋势随着汽车⼯业的飞速发展，⼈们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出越来越⾼的要求，这些要求的实现都与汽车系统动⼒学相关。
汽车系统动⼒学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较⼴，除了影响车辆纵向运动及其⼦系统的动⼒学响应，还有车辆在垂向和横向两个⽅⾯的动⼒学内容，随着多体动⼒学的发展及计算机技术的发展，使汽车系统动⼒学成为汽车CAE技术的重要组成部分，并逐渐朝着与电⼦和液压控制、有限元分析技术集成的⽅向发展，主要有三个⼤的发展⽅向：（1）车辆主动控制车辆控制系统的构成都将包括三⼤组成部分，即控制算法、传感器技术和执⾏机构的开发。
⽽控制系统的关键，控制律则需要控制理论与车辆动⼒学的紧密结合。
（2）多体系统动⼒学多体系统动⼒学的基本⽅法是，⾸先对⼀个由不同质量和⼏何尺⼨组成的系统施加⼀些不同类型的连接元件，从⽽建⽴起⼀个具有合适⾃由度的模型；然后，软件包会⾃动产⽣相应的时域⾮线性⽅程，并在给定的系统输⼊下进⾏求解。
汽车是⼀个⾮常庞⼤的⾮线性系统，其动⼒学的分析研究需要依靠多体动⼒学的辅助。
（3）“⼈—车—路”闭环系统和主观与客观的评价采⽤⼈—车闭环系统是未来汽车系统动⼒学研究的趋势。
作为驾驶者，⼈既起着控制器的作⽤，⼜是汽车系统品质的最终评价者。
假如表达驾驶员驾驶特性的驾驶员模型问题得到解决后，“开环评价”与“闭环评价”的价值差别也许就不存在了。
因此，在⼈—车闭环系统中的驾驶员模型研究，也是今后汽车系统动⼒学研究的难题和挑战之⼀。
除驾驶员模型的不确定因素外，就车辆本⾝的⼀些动⼒学问题也未必能完全通过建模来解决。
⽬前，⼈们对车辆性能的客观测量和主观之间的复杂关系还缺乏了解，⽽车辆的最终⽤户是⼈。
因此，对车辆系统动⼒学研究者⽽⾔，今后⼀个重要的研究领域可能会是对主观评价与客观评价关系的认识2.⽬前汽车系统动⼒学的研究现状汽车系统动⼒学研究内容范围很⼴，包括车辆纵向运动及其⼦系统的动⼒学响应，还有车辆垂向和横向动⼒学内容。
汽车系统动力学范文
汽车系统动力学范文汽车系统动力学涵盖了车辆的各个方面。
首先是动力学性能。
这包括加速度、最高时速、制动距离等指标的研究。
汽车的动力学性能直接影响了车辆的加速、刹车等操作。
了解车辆的动力学性能有助于驾驶员更好地控制汽车，确保行车安全。
例如，在紧急情况下，了解汽车的制动性能可以帮助驾驶员更好地应对突发情况，避免碰撞事故的发生。
其次是操纵性能。
汽车的操纵性能包括转弯半径、转向灵活度等指标的研究。
汽车的操纵性能直接关系到驾驶员对车辆的操控。
了解车辆的操纵性能可以帮助驾驶员更好地预判并应对道路情况，避免车辆失控。
例如，在急转弯的情况下，了解车辆的操纵性能可以帮助驾驶员更好地判断车辆的转向灵活度，减少侧滑的风险。
最后是舒适性能。
舒适性是指车辆在行驶过程中给驾驶员和乘客带来的舒适感。
车辆的舒适性能包括悬挂系统、座椅、噪音和振动等方面的研究。
了解车辆的舒适性能可以帮助车辆设计师设计出更加舒适的座椅和悬挂系统，提供更好的乘坐体验。
同时，减少噪音和振动有助于提高驾驶员的专注力和乘车的舒适度。
汽车系统动力学的研究还涉及到其他一些方面。
例如，研究车辆的空气动力学性能有助于提高车辆的油耗和降低风阻；研究车辆的碰撞安全性能有助于设计更安全的车身结构；研究车辆的轮胎性能有助于提高车辆的抓地力和操纵性能等等。
总的来说，汽车系统动力学是一门综合性的学科，涉及到车辆设计、驾驶、行车安全等方方面面。
了解汽车系统动力学对于提高车辆的性能、安全性和舒适性都有着重要的作用。
通过不断地研究和创新，汽车制造商可以不断提高汽车的动力学性能，提高驾驶员和乘客的行车体验。
同时，驾驶员也应该了解汽车的动力学性能，掌握正确的驾驶技巧，保证行车安全。
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
汽车系统动力学汽车系统动力学是一门极其重要的学科，可帮助人们更好地了解如何通过汽车的机械系统来获得最佳的性能。
汽车系统动力学研究的内容包括了汽车的动力输出（发动机）、动力传输（变速箱）、动力器件（发电机、涡轮增压器等）以及动力控制。
由于汽车技术的不断进步，现代汽车系统动力学涉及了复杂的科学和技术，其中包括电子可编程应用、计算机模型和系统分析、发动机传动设计和热力学、燃料处理、音频技术和电子控制等技术。
首先，汽车的动力输出是汽车运行的基础，它是由发动机直接产生的动力，发动机的工作原理分为涡轮增压发动机和涡轮增压发动机。
涡轮增压发动机类似普通的内燃机，但它使用涡轮来提升发动机的性能。
这种技术在高性能汽车中得到了广泛的应用。
它的优势在于能够以更高的效率产生更大的动力，而无需增加发动机的重量。
其次，汽车系统动力学还研究动力传输，其中包括变速箱和传动轴系统的设计。
传动轴的设计是传动系统的关键部分，它的作用是将来自发动机的动力传递给轮胎，从而推动汽车前进。
随着日益复杂的动力系统，传动轴的设计也越来越复杂。
例如，有些传动轴可以采用恒定转矩技术，使得发动机能够在不同速度和负载下保持稳定的转矩输出，即使在极端环境也能保持良好的性能。
此外，汽车动力学还涉及电子系统的设计，包括电子控制、燃料系统和发动机监控等。
电子控制的使用可以帮助汽车在不同的环境下保持理想的性能，例如发动机和驱动系统的管理、油耗优化、变速箱调节等功能。
另外，燃料系统技术则主要负责汽车涡轮增压器的升压控制，以及燃料管理系统的开发，这种技术可以使发动机在较低能量消耗的情况下获得更高的动力输出。
最后，汽车系统动力学还涉及热力学、发动机传动设计、计算机应用模型和系统分析、音频技术等多方面的研究。
热力学的研究将帮助汽车的设计者更好地理解发动机的工作状态，并建立模型来优化发动机的结构。
而发动机传动设计则是研究如何有效地将发动机动力转移给车轮，这也是汽车动力学研究的重要方面。
车辆系统动力学
下面介绍一下键合图的基本知识。
根据我们所学到知识，存在如下几种功率形式，虽然它 们表现为机械能、液压能和电能，但是具有共同的功率表 达形式，即可表达为：势变量与流变量的乘积。
势量（e） 流量（f） 功率变量（p）
机械直线运动 力（F） 速度（v）
功率（F·v）
机械转动
转矩（M） 速度（ω） 功率（M·ω）
1.3.3.1. 各种数学方程式 微分方程式，差分方程，状态方程，传递
函数等。
1.3.3.2. 用数字和逻辑符号建立符号模型—方框图 方框图又称动态结构图，采用它便于求传
递函数，同时能形象直观地表明输入函数在对 象中的传递过程。
方框图如图1-6是一些符号组成的，有表示输 入和输出的通路及箭头，有表示信号进行加减 的综合点，还有一些方框，方框两侧为输入量 和输出量，方框内写入该输入、输出的传递函 数。
本文主要是研究人工的物理系统及其特性。
如果把汽车的构成看成是一大系统，那么这一系 统应表示为(如图1-1)：
一、什么叫做系统?
钱学森对系统作如下定义：“把极其 复杂的研究对象称为系统，即由相互作 用和相互依赖的若干组成部分结合而成 具有特定功能的有机整体，而且这个系 统的本身又是它所从属的一个更大系统 的组成部分”。
1.2.2 汽车系统动力学的研究内容归 纳为以下四点：
1. 路面特性分析、环境分析及环境与 路面对汽车的作用；
2. 汽车系统及其部件的运动学和动力 学；汽车内各个子系统的相互作用；
3. 汽车系最佳控制和最佳使用；
4. 车辆-人系统的相互匹配和模型的作 用，驾驶员模型，以及车辆的工程技术设 计适合于人的使用，从而使人-机系统对工 作效率最高。
2. 如已知输入和输出来研究系统的特性，这 样的任务叫系统识别；
汽车系统动力学-kejian
5.发展趋势：
车辆动力学研究由被动元件设计转变为采用主动控制 来改变车辆动态性能。随着多体动力学的发展及计算机技 术的发展，使汽车系统动力学成为汽车 CAE技术的重要组 成部分，并逐渐朝着与电子和液压控制、有限元分析技术 集成的方向发展。
一、车辆主动控制
车辆控制系统的构成都将包括三大组成部分，即控制 算法、传感器技术和执行机构的开发。而控制系统的关键， 控制律则需要控制理论与车辆动力学的紧密结合。
动力学的发展过程分为三个阶段：
阶段一（20世纪30年代） 1.对车辆动态性能的经验性的观察 2.开始注意到车轮摆振的问题 3.认识到车辆舒适性是车辆性能的一个重要方面 阶段二（30年代—50年代） 1.了解了简单的轮胎力学，给出了轮胎侧偏角的定义 2.定义不足转向和过度转向 3.建立了简单的两自由度操纵动力学方程 4.开展了行驶平顺性研究，建立了K2实验台， 5.引入前独立悬架
③数学等效模型：动态行为的数学形式是相同 的，可用等效的常系数微分方程来描述 数学模型有理论建模和试验建模两类： a.理论建模是指从机械结构的设计图样出发，作出必要的 假定和简化，根据力学原理建模。
系统分析法 理论方法： 状态空间法
健合图法 b.试验建模包括系统识别和参数识别。
模态分析法 实验方法:
第一章 概述
阶段三（1952 年以后） 1.通过试验结果和建模，加深了对轮胎特性的了解 2.在两自由度操纵模型的基础上，建立了包括侧倾的三自由 度操纵动力学方程 3.扩展了对操纵动力学的分析，包括稳定性和转向响应特性 分析 4.开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测
随后几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定 性在产品中的重要作用。随着计算机技术的发展 ADMAS,ABS,
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。
汽车系统动力学动力传动系统的扭振分析课件
7.2扭振振动分析的传递矩阵法
曲线：
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16
汽车系统动力学动力传
7.3扭振系统模型与分析
1.扭振力学模型
动力传动系统扭振力学模型
iL
L i1
MR i1 ki
①当量转动惯量的计算：
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与曲轴同速旋转条 件下的转动惯量。
1L MNR 0
②当量扭转刚度的计算： 按弹性变形能相等的原则计算
2 n
M汽iL车系统M 动力iR学1动力传
17
7.3扭振系统模型与分析
1.扭振力学模型
gg
JCKN
18
汽车系统动力学动力传
7.3扭振系统模型与分析
各质量处的相对大小，对应于 即为固有振动模态。
例：求三圆盘扭振系统的固有频率和扭转振动模态。
设J1=500N.cm.s2，J2=1000N.cm.s2， J3=2000N.cm.s2，k2=10000000N.cm/rad， k3=20000000N.cm/rad。 解：
N=3，两端自由
(K2J) 0
6
汽车系统动力学动力传
7.1扭振系统的激振源
4.其他因素 轮胎、轮辋、制动盘等旋转部件的不平衡质量以及不平路面的激励均可能引 起传动系统的扭振，若与悬架运动产生的振动耦合，还可能导致传动系统的 自激励振动。
7
汽车系统动力学动力传
7.2扭振振动分析的传递矩阵法
工程中对轴状或链状特征的结构进行振动分析，如汽车发动机的 曲轴、动力输出轴系等，传递矩阵法是一个行之有效的方法。 传递矩阵法：将有链状或者轴状特点的实际结构，离散成具有集中广义 质量和刚度元素的串联在一起的弹簧－质量的单元链系统。 定义出各单元两端内力和位移为状态向量，通过点传递矩阵表达质量点 左右两边包括惯性状态向量的变化，通过场传递矩阵表达一段无质量轴 左右两端由于变形体弹性性质导致的两端状态变量间的联系，最后形成 一端的状态变量到另一端的传递关系。
汽车系统动力学作业
一.单轮车辆模型分析
1.运动方程： 应用牛顿运动定律， 根据如图 1.1 单轮模型的运动模型， 可以得出表达式如下：
1 z 2 ) mw z 1 K t ( z0 z1 ) Ks ( z1 z 2 ) Cs ( z 2 Ks ( z1 z 2 ) Cs ( z 1 z 2 ) mb z
3.输出三个指标对路面激励的频率响应函数
1) clear all mb=317.5; mw=45.4; ks=22000; kt=192000; cs=1500; syms f w=sym('2*pi*f'); i=(-1)^0.5; A1=cs*i*w+ks+kt-mw*w^2; A2=-cs*i*w-ks; A3=cs*i*w+(ks-mb*w^2); A4=-cs*i*w-ks; X1=5*10^-5*20^1.5/f^2.5; X2=kt*A3/det([A1,A2;A4,A3]); X3=kt*(-A2)/det([A1,A2;A4,A3]); Gsw=X2-X3; FS=inline(Gsw); f=0:0.01:15; plot(f,abs(FS(f)),'g') ylabel('悬架动行程增益') xlabel('频率/Hz') 2) clear all
elseif f(n)<=4 && f(n)>1 Weight=10^(-0.6+0.2*(f(n)-1)); elseif f(n)<=8 && f(n)>4 Weight=1; else Weight=10^(-0.075*(f(n)-8)); end %Z0=sqrt(G0*u.^(p-1).*0.5.*2/0.5.^p); HZ2a=(-w(n)).^(2).*HZ2; Gaw(n)=abs(HZ2a); Aaw=Weight.*abs(HZ2a)/2; Saw(n)=SIn.*(abs(HZ2a)).^2.*Weight.*0.1; aw=aw+Saw(n); end aw=sqrt(aw) aw = 2.1633
车辆系统动力学课件
11
Vehicle System Dynamics
1.3 车辆特性和设计方法
1、期望的车辆特性
● 操纵动力学：人为因素多（驾驶员）
评价：利用系统转向特性，开环评价和闭环评价（如图）
Open
Closed
2021/4/14 星期三
12
Vehicle System Dynamics
1.3 车辆特性和设计方法
47
轮胎模型
2021/4/14 星期三
48
轮胎模型
2021/4/14 星期三
49
第3章 轮胎动力学
概述 轮胎的功能、结构与发展 轮胎模型 轮胎纵向动力学 轮胎垂向动力学 轮胎侧向动力学
2021/4/14 星期三
50
轮胎纵向动力学
2021/4/14 星期三
51
轮胎纵向动力学
2021/4/14 星期三
2021/4/14 星期三
20
动力学方程的建立方法
2021/4/14 星期三
21
动力学方程的建立方法
2021/4/14 星期三
22
Hale Waihona Puke 动力学方程的建立方法2021/4/14 星期三
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动力学方程的建立方法
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第2章 车辆动力学建模方法
动力学方程的建立方法 动力学方程的求解方法 从控制工程角度看动力学系统 处理动力学系统的方法和步骤
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轮胎纵向动力学
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轮胎纵向动力学
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轮胎纵向动力学
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第3章 轮胎动力学
汽车系统动力学转向系统动力学及控制
高速行驶时，为防止回正超调。当转向盘转到中间位置时，电控单 元将使电动机电流逐渐减少，电动机将产生一个与转速成正比的阻力矩， 使其对转向轮产生回正阻尼，使汽车获得稳定的转向特性。
(3) 阻尼控制 高速行驶时，如果路面有高频的干扰，转向盘便会在中间位置附近
16.4电动助力转向系统
➢关键技术
• EPS助力特性的曲线特征
EPS的助力特性具有多种曲线形式，下图为三种典 型助力特性曲线。图中助力特性曲线可以分成三个区， 分别为无助力区，助力变化区和助力不变区。
I/A I/A
I/A
Imax
V=0
Imax
V=0
V=Vmax
Td0 Tdmax Td/N·m
a）直线型
1
16.1转向系统结构及转向几何学
□转向系统结构 车辆转向时，为获得左右不等的转向角，转向杆系构成的几何形 状通常设计成不等边四边形，称做“转向梯形”，通过转向梯形 使两侧转向轮绕主销转动，实现车辆转向的目的。
典型转向系统结构
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2
16.1转向系统结构及转向几何学
□转向几何学
阿克曼转向几何原理 cot o cot i tkp / L o 为外侧转向轮转角， i 为内侧转向轮转 角，L 为车辆轴距， tkp 为两主销轴线与
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16.4电动助力转向系统
➢关键技术
• 曲线型助力特性曲线的函数表示
0 I K (V ) f (Td )
I max
0 Td Td 0 Td 0 Td Td max
Td Td max
I/A
汽车系统动力学第7章【可编辑全文】
根据式(7-10)求得的特征值ω就是扭振系统的固有圆频率,其对应的特 征矢量就是该固有频率所对应的振型。此外,可根据求得的振型画出振型图, 并将振型图中振幅为零的质点称为节点。根据表7-1中的参数计算得出的 六节点以下的固有频率及其振型见表7-2,所对应的振型图如图7-5所示。 由于节点处的振幅最小,而扭转切应力最大,所以节点处是危险截面。该货 车第四档下的动力传动系节点位置见表7-3。
由图7-3所示的传递特性来说明。在存在轴向角的情况下,万向节不能均匀 地传递输入和输出,即使输入的角速度ω1恒定,输出角速度ω2也将产生周
期性波动,由此产生的参数化激励振动将可能导致系统共振。
图7-3 万向节的传递特性
第一节 扭振系统的激振源
4.其他因素 轮胎、轮辋、制动盘等旋转部件的不平衡质量以及不平路面的激励均
d)对应ft4的四节点振型 e)对应ft5的五节点振型
第二节 扭振系统模型与分析
振型
表7-3 第四档下动力传动系的节点位置 单节点 双节点 三节点 四节点
五节点
六节点
节点位置 (即危险截面)
K13
K11、 K13
K7、KK1312、
KK71、2、KK9、13
KK61K、21、0K、K8、13
KKK941、、2、KK1K7ห้องสมุดไป่ตู้、、13
第七章 动力传动系统的振动分析
□第一节 扭振系统的激振源 □第二节 扭振系统模型与分析 □第三节 动力传动系统的减振措施
引言
由离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器、驱动半轴 和轮毂等组成的车辆动力传动系统,在激励作用下通常会产生弯曲振动和 扭转振动。
本章中,首先分析扭振系统的激振源,然后建立动力传动系统的扭振模 型,对系统的固有频率和振型进行分析,确定系统的共振转速,讨论在稳定 工况下传动系统由发动机激振转矩引起的载荷变化特征,最后介绍几种已 在实车中应用的传动系统减振措施。
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第一节 历史回顾《汽车系统动力学》教学大纲、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, 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。
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. 教学内容为今后汽车系统动力学分成绩考核形式：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。
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牛顿矢量力学体系、分析力学体系、虚功率原理、高斯原理；了解非完整系统动力学、非完整约束方程的实例、车辆动力学中应用非完整约束的利弊相应概念；理解多体系统动力学方法的研究方法3.教学重点和难点教学重点是动力学方程的建立方法、多体系统动力学方法。
教学难点是非完整系统动力学。
4教学内容第一节动力学方程的建立方法1.牛顿矢量力学体系2.分析力学体系3.虚功率原理4.高斯原理第二节非完整系统动力学1.非完整系统动力学2.非完整约束方程的实例3.车辆动力学中应用非完整约束的利弊第三节多体系统动力学方法1.发展概况2.研究方法第三章充气轮胎动力学1.教学基本要求让学生了解汽车轮胎的功能、结构及发展、轮胎模型、轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。
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汽车轮胎滚动助力、道路阻力、轮胎侧偏阻力、总的车轮滚动阻力、轮胎纵向力与滑动率的关系；轮胎垂向力学特性的轮胎的垂向特性、轮胎噪声、轮胎垂向振动力学模型；轮胎侧向力学特性的纯转向工况、、联合工况、整车建模对轮胎模型的考虑。
3.教学重点和难点教学重点是轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。
教学难点是轮胎力学模型。
4.教学内容第一节概述1.轮胎坐标系2.车轮运动参数第二节轮胎的功能、结构及发展第三节轮胎模型第四节轮胎纵向力学特性1.轮胎滚动助力2.道路阻力3.轮胎侧偏阻力4.总的车轮滚动阻力5.轮胎纵向力与滑动率的关系第五节轮胎垂向力学特性1.轮胎的垂向特性2.轮胎噪声3.轮胎垂向振动力学模型第六节轮胎侧向力学特性1. 纯转向工况2. 联合工况3. 整车建模对轮胎模型的考虑第四章 空气动力学基础1. 教学基本要求让学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆 空气阻力。
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空气的特性、 伯努利方程、压力分布和压力系数、 空气动力学 试验、车辆空气阻力相关概念。
3. 教学重点和难点教学重点是汽车车辆空气阻力。
教学难点是汽车车辆空气阻力。
4. 教学内容1. 空气密度2. 空气粘度1. 压力分布2. 压力系数1. 风洞试验2.雷偌数3. 流场可视化1.SAE 坐标系2. 空气阻力系数1. 教学基本要求让学生了解动力的需求与供应、 动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制 动性。
第一节 概述 第二节空气的特性第三节 伯努利方程第四节压力分布和压力系数第五节 实际气流特性概述 第六节空气动力学试验第七节车辆空气阻力第五章第一篇纵向动力学纵向动力学性能分析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车辆所受的垂向力、车辆所受的纵向力、前后轴的附着率、路面附着限制的加速或爬坡能力、驱动效率；制动性制动性的评价、直线制动动力学分析；制动稳定性分析；转弯制动动力学分析；制动控制系统。
3.教学重点和难点教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的必要性。
教学难点是汽车匹配的国内外现状。
4.教学内容第一节动力的需求与供应1.车辆对动力的需求2.车辆的动力供应第二节动力性1概述2.爬坡能力3.加速能力第三节燃油经济性1.燃油消耗量计算2.减少油耗的途径第四节驱动与附着极限和驱动效率1.车辆所受的垂向力2.车辆所受的纵向力3.前后轴的附着率4.路面附着限制的加速或爬坡能力5.驱动效率第五节制动性1.制动性的评价2.直线制动动力学分析3.制动稳定性分析4.转弯制动动力学分析5.制动控制系统第六章纵向动力学控制系统1.教学基本要求让学生了解汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统、车辆稳定性控制系统。
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汽车防抱死制动控制的控制目标、 力控制系统的基本原理和控制目标、 控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的基本原理和控制 目标、控制方式。
3. 教学重点和难点教学重点是汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统。
教学难点、车辆稳定性控制系统。
1概述 2. 控制目标 3. 控制过程 4. 控制策略 5. 应用举例1概述2. 基本原理和控制目标3. 控制方式1概述2.系统组成和工作原理1. 教学基本要求让学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析、动力传动系统的减振措施。
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扭振系统的激振源、 扭振系统模型与分析的动力学方程和振型 分析、动力传动系统的减振措施。
3. 教学重点和难点教学重点是汽车固有频率与振型分析、 动力传动系统的减振措施。
教学难点是汽车固有 频率与振型分析。
控制过程、控制策略；驱动4教学内容第一节防抱死制动控制第二节驱动力控制系统第三节车辆稳定性控制系统3.控制方式第七章动力传动系统的振动分析1. 扭振力学模型2. 扭振动力学方程3. 固有频率与振型分析4. 发动机的临界转速第三节 第二篇行驶动力学 第八章路面输入及其模型1. 教学基本要求让学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能据处理方法。
3. 教学重点和难点教学重点是路面测量技术及数据处理、路面输入模型。
教学难点是特殊路面输入。
4. 教学内容第一节路面测量技术及数据处理1.路面测量技术2.数据处理1.频率模型2.时域模型3. 四轮输入时的考虑第三节第九章1.教学基本要求让学生了解汽车与平顺性相关的部件。
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汽车与平顺性相关的部件：弹簧、减振器、导向机构、座椅。
4教学内容第一节 扭振系统的激振源 第二节扭振系统模型与分析动力传动系统的减振措施通过本章教学使学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入的数第二节路面输入模型特殊路面输入 与平顺性相关的部件1. 教学基本要求让学生了解人体对振动的反应。
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人体对振动的反应的标准、平顺性测量。
3. 教学重点和难点4. 教学内容第二节 第三节平顺性测量第十一章行驶动力学模型1. 教学基本要求让学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析，整车模 型的推导及分析。
3.教学重点和难点教学重点是汽车弹簧、减振器、导向机构。
教学难点是汽车弹簧。
4.教学内容第一节 概述 1•金属弹簧 2.气体弹簧1概述2.摩擦式减振器3.液力减振器4.减振器特性第十章第二节第三节第四节 弹簧减振器导向机构 座椅第五节人体对振动的反应教学重点是人体对振动的反应的标准、平顺性测量。
第一节 概述 标准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模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析的运动方程与结果分析，整车模型的推导及分析。
3. 教学重点和难点教学重点是单轮车辆模型的推导。
教学难点是单轮车辆模型的推导。
1.运动方程2•线性分析3. 系统的性能指标4. 例题计算5. 结果分析1.运动方程2.结果分析1. 教学基本要求让学生了解汽车可控悬架系统。
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身高度调节系统、自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、 全主动系统、有限带宽主动系统、连续可变阻尼的半主动系统、各类悬架系统的性能比较、 主动悬架控制算法介绍。
3. 教学重点和难点教学重点是自适应阻尼调节系统、 可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统, 各类悬架系统的性能比较。
教学难点是全主动系统。
车身高度调节系统自适应阻尼调节系统 可切换阻尼系统 全主动系统 有限带宽主动系统 连续可变阻尼的半主动系统 各类悬架系统的性能比较 主动悬架控制算法介绍4教学内容第一节第二节模型推导的前提 单轮车辆模型的推导第三节半车模型的推导及分析第四节第十二章整车模型的推导及分析可控悬架系统4教学内容第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节1.随机线性最优控制2.预瞄控制第三篇操纵动力学第十三章基本操纵模型1.教学基本要求让学生了解汽车基本操纵模型相应概念。
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汽车基本操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析、对实际问题的考虑。