车辆系统动力学试卷

1、系统动力学有哪三个研究容？

（1）优化：已知输入和设计系统的特性，使得它的输出满足一定的要求，可称为系统的设计，即所谓优化。就是把一定的输入通过选择系统的特性成为最优化的输出。

（2）系统识别：已知输入和输出来研究系统的特性。

（3）环境预测。已知系统的特性和输出来研究输入则称为环境预测。

例如对一振动已知的汽车，测定它在某一路面上行驶时所得的振动响应值（如车身上的振动加速度），则可以判断路面对汽车的输入特性，从而了解到路面的不平特性。

车辆系统动力学研究的容是什么？

（1）路面特性分析、环境分析及环境与路面对车辆的作用；

（2）车辆系统及其部件的运动学和动力学；车辆各子系统的相互作用；

（3）车辆系统最佳控制和最佳使用；

（4）车辆-人系统的相互匹配和模型研究、驾驶员模型、人机工程等。

2、车辆建模的目的是什么？

（1）描述车辆的动力学特性；

（2）预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案；

（3）解释现有设计中存在的问题，并找出解决方案。

车辆系统动力学涉及哪些理论基础？

（1）汽车构造

（2）汽车理论

（3）汽车动力学

（4）信号与系统

在“时间域”及“频率域”下研究时间函数x(t)及离散序列

x(n)及系统特性的各种描述方式，并研究激励信号通过系统

时所获得的响应。

（5）自动控制理论

（6）系统辨识

（7）随机振动分析

研究随机振动中物理量的描述方法(相关函数、功率谱密度)，

讨论受随机激励的振动系统的激励、系统特性、响应三者统

计规律性之间的关系。

（8）多体系统动力学

建立车辆系统动态模型的方法主要有哪几种？

数学模型

（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。

（2）用数字和逻辑符号建立符号模型—方框图。

3、路面不平度功率谱密度的表达式有几种？各有何特点？试举出2

种以上路面随机激励方法，并说明其特点。（10分）

路面功率谱密度的表达形式分为幂函数和有理函数两种

（1）路面不平度的幂函数功率谱密度

ISO/DIS8608和国家标准GB7031-1987《车辆振动输入路面平

度表示方法》中建议采用垂直位移单边功率谱密度G q(n)来描述路面平度的统计特性：G q(n)=G q(n0)（n/n0）−W

式中：n为空间频率，是波长的倒数，表示每米长度上变化的次数，m−1；n0为参考空间频率，n0=0.1m−1；G q(n0)为参考空间频率n0下的路面功率谱密度值,称为路面平整度系数，m2/m−1；W为拟合指数。

上述两个文件还提出了按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，按频率指数W=2，规定了不同路面不平度系数G q(n0)的几何平均值。

给出了空间频率0.011m−1

（2）路面不平度的有理函数功率谱密度

有理函数功率谱密度一阶表达式为

G q(n)=2αρ2

π

1

α

2

+n2

有理函数功率谱密度二阶表达式为

G q(n)=2αρ2

π

n2+α2+β2

（n2−α

2

−β2）

2

+4α2n2

式中，α为与路面等级有关的参数，m−1；β为与路面等级有关的参数，m−1；ρ为与路面等级有关的参数，m。

在幂函数功率谱密度表达式中，当n→0时，功率谱密度不再保持一个有限值，而是趋于无穷大；当n→∞时，功率谱密度为0。而采用有理函数功率谱密度，当n→0时，为有限值；当n→∞时，路面位移功率谱密度函数均衰减为G q(n)≈1/n2。因此，有理函数功率谱密度可以

描述整个空间频率围的路面不平度特性。

非接触式路面测量装置

假如路面的细致纹理也需考虑，则可以采用非接触式测量方法，如激光或超声波方法。路面与测量装置中的质量块间的相对位移可由加速度传感器间接获得。非接触式路面测量装置通常安装在车辆前部的支承横梁上，可安装多个测量装置进行多道同时测量。倾斜测量装置

第二章路面输入及其模型可使用一辆双轮小车并配合自立式陀螺仪来测量非路面的不平度。地表面的倾斜度由陀螺仪测量，然后通过积分得出位移。

4、何谓轮胎模型？魔术公式轮胎模型有何特点？（6分）

答：轮胎模型描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系。

“魔术公式”轮胎模型的特点：

1）用一套公式可以表达出轮胎的各向力学特性，统一性强，编程方便，需拟合参数较少，且各个参数都有明确的物理意义，

容易确定其初值。

2）无论对侧向力、纵向力还是回正力矩，拟合精度都比较高。

3）由于“魔术公式”为非线性函数，参数的拟合较困难，有些参数与垂直载荷的关系也是非线性的，因此计算量较大。

4）C值的变化对拟合的误差影响较大。

5）不能很好地拟合小侧偏情况下轮胎的侧偏特性。

5、轮胎的滚动刚度与静态刚度有何区别？滚动刚度与静态刚度有何关系？（6分）

静刚度

轮胎的静态垂向刚度由静载荷与变形关系曲线的斜率所决定。当充气压力一定时，除了在极低载荷作用下外，斜交轮胎和子午线轮胎的载荷与变形关系基本上均呈线性特征。可认为在实际载荷围，轮胎的垂向刚度不随载荷的变化而变化。

滚动动刚度

通常可通过考察滚动轮胎对已知简谐振动激励的响应来衡量轮胎的

滚动动刚度。响应在轮轴处测量而激励施加于胎面。通过测试输出与输入的幅频和相频特性，来获得滚动轮胎的动刚度和阻尼系数。

另一种测量方法是，通过测量轮胎在转鼓或传动带上滚动时的共振频率，来获得滚动轮胎的动刚度。

6、车辆空气动力学研究的主要容有哪些？空气动力对汽车性能有那些影响？为什么？（8分）

车辆空气动力学的主要研究容：

1）通过车身外部造型、流体控制和部流通管道的设计来减小车辆的空气阻力。

2）在空气阻力一定的情况下，尽可能增加向下的气动压力以提高轮胎附着性，但同时减小对轮胎侧偏力的影响。

3）比例模型或全尺寸车辆空气动力学试验，以及对试验结果的分析。4）研究空气动力与底盘设计及车辆使用情况之间的相互关系及影响。