车辆系统动力学
车辆系统动力学【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版车辆系统动力学车辆系统动力学是一门涉及汽车系统的动力性研究的学科，旨在分析和模拟汽车的动力性能。
它是由应用力学和流体力学原理来研究动态特性，从而为汽车开发工程人员提供关键性信息和支持，以实现车辆系统的有效运行。
车辆系统动力学的研究分为两个主要方面:静动力学和结构动力学。
静动力学是研究汽车静力学和动力学系统，以及它们之间的相互作用。
静动力学的研究内容包括汽车的刚性构件的静力学计算，汽车转矩和加速度的动态测定，车辆悬架系统的构造、测量和控制，动力性能的行驶特性测定，以及汽车的操纵和漂移特性的研究。
结构动力学包括研究汽车结构，如悬架、底盘和发动机，以及这些系统的动态特性测定。
车辆系统动力学的研究可以分为三个主要领域：实验动力学、分析动力学和仿真动力学。
实验动力学主要负责试验机械结构以及机械系统的动力特性测定。
它可以分析出机械系统的动力特性，以及机械系统和动力学分析模型之间的关系。
分析动力学是通过数学分析的方法，计算和分析汽车的动力特性。
仿真动力学则使用计算机模拟技术，模拟汽车在不同行驶条件下的性能，并进行动力学和控制分析。
车辆系统动力学是一个复杂的研究领域，需要广泛的原理、理论和技术来支持。
它为车辆开发工程人员提供关键的研究信息，以便更好地了解汽车的动力性能，从而更好地解决汽车发动机、悬架和底盘等系统的限制问题，实现更低排放、更安全的汽车运行。
车辆系统动力学的研究目标是提高汽车的动力性能：提高燃油经济性、排放控制效果，降低汽车维护成本，延长汽车使用寿命，减少汽车故障发生率，并提高汽车在不同地形环境下的行驶质量。
未来，随着新技术的发展，车辆系统动力学的研究将不断进步，为汽车的改进和开发提供可靠的技术支持。
从而，车辆系统动力学是一门跨学科领域的非常重要的研究领域，它不仅涉及传统的汽车工程学科，还涉及力学、控制、物理、流体、电子、计算机等学科，是一门复杂而又有应用前景的学科。
因此，车辆系统动力学是汽车研发、维护和诊断的重要基础，也是汽车系统安全、经济、高效运行的关键。
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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。
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。
车辆系统动力学复习重点
车辆系统动⼒学复习重点1.系统动⼒学研究内容及发展趋势研究内容长期以来，⼈们⼀直在很⼤程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独⽴研究车辆动⼒学问题；⽽实际中的车辆同时会受到三个⽅向的输⼊，各⽅向所表现的运动响应特性必然是相互作⽤、相互耦合的.纵向动⼒学：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。
按车辆⼯况的不同，可分为驱动动⼒学和制动动⼒学两⼤部分。
⾏驶动⼒学：主要是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辆的运动。
操纵动⼒学：主要研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向⼒有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。
操纵动⼒学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度越⼩于0.4kg时，通常意味着车辆在⾼附着路⾯做⼩转向运动；⾮线性域：在超过线性域且⼩于极限侧向加速度（约为0.8kg）范围内；⾮线性联合⼯况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。
发展趋势：（1）车辆主动控制：ABS,TCS等逐步向车⾝侧倾控制，可切换阻尼的半主动悬架和四轮底盘控制系统的集成，转向等当⾯扩展。
通过控制算法、传感器技术和执⾏机构的开发实现的⾃动调节。
（2）车辆多体运动动⼒学：车辆的多刚体模型逐步向多柔体模型发型。
可以准确分析虚拟样机的性能，检查虚拟样机的缺陷从⽽缩短产品的设计周期，节约试制费⽤，同时提⾼物理样机与最终产品之间的相似性。
（3）“⼈—车—路”闭环系统：充分考虑驾驶员模型以及车辆本⾝的⼀些动⼒学问题来提⾼汽车稳定性。
2.轮胎滚动阻⼒概念及其分类：概念：当充⽓的轮胎在理想路⾯（通常指平坦的⼲、硬路⾯）上直线滚动时，其外缘中⼼对称⾯与车轮滚动⽅向⼀致，所受到的滚动⽅向相反的阻⼒。
分类：弹性迟滞阻⼒、摩擦阻⼒和风扇效应阻⼒。
3.什么是滚动阻⼒系数？影响因素有哪些？其值等于相应载荷作⽤下滚动阻⼒F R与车轮垂直载荷F X的⽐值。
影响因素：车轮载荷（反⽐）、胎压（反⽐）、车速（正⽐，先缓慢增加，再明显增加）、轮胎的结构设计、嵌⼊材料和橡胶混合物的选⽤。
车辆动力学与悬挂系统
车辆动力学与悬挂系统车辆动力学是研究车辆运动原理和性能的科学，而悬挂系统是车辆动力学中至关重要的组成部分。
本文将介绍车辆动力学和悬挂系统的基本原理，并探讨它们对车辆行驶性能和安全性的影响。
一、车辆动力学的基本原理车辆动力学研究的是车辆在运动过程中所受到的各种力和力的相互作用。
它涉及诸多因素，包括车辆的质量、惯性、驱动力、制动力、轮胎附着力等。
了解这些基本原理对于设计高性能和安全的车辆至关重要。
1.1 车辆质量和惯性车辆的质量决定了它在运动过程中所受到的力的大小和方向。
质量越大，惯性也越大，车辆对外力的变化反应越迟钝。
这会对车辆的操控性和稳定性产生重要影响。
1.2 驱动力和制动力驱动力和制动力是车辆行驶中最常用到的力。
驱动力使车辆加速或保持匀速行驶，而制动力则使车辆减速或停止。
合理和精确地控制驱动力和制动力，可以提高车辆的运动性能和驾驶舒适性。
1.3 轮胎附着力轮胎附着力是车辆行驶安全性的关键因素之一。
良好的轮胎附着力可以提供足够的抓地力，使车辆在转弯、加速或刹车时更加稳定。
轮胎的选择和悬挂系统的调校对轮胎附着力有着直接的影响。
二、悬挂系统的基本原理悬挂系统是连接车身和车轮的重要组成部分，它不仅可以提供悬挂和支撑车身的功能，还对车辆行驶的舒适性、稳定性和操控性起着重要作用。
根据不同的需求和应用场景，悬挂系统有多种类型和结构。
2.1 悬挂系统的主要功能悬挂系统的主要功能是减震和支撑车身。
在行驶过程中，悬挂系统可以通过减震装置吸收来自不平路面的冲击，提供更加舒适的乘坐感受。
同时，悬挂系统还要支撑车身，使车辆保持稳定的姿态。
2.2 悬挂系统的类型根据悬挂系统的结构和工作原理，可以将其分为独立悬挂系统和非独立悬挂系统。
独立悬挂系统的各个轮子都有独立的悬挂装置，可以单独响应路面的不平。
而非独立悬挂系统的各个轮子之间存在一定的连接，受到的力会相互影响。
2.3 悬挂系统对车辆性能的影响悬挂系统对车辆的性能有着直接的影响。
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。
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。
车辆系统动力学
2. 系统具有整体性
系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。
4. 系统具有功能共性
系统中存在着物质、能量和信息的流动， 并与外界(环境)进行物质、能量和信息的交 流，既可以从外界环境向系统输入或从系统向 外界环境输出物质、能量和信息。这是任何系 统都具有的功能，称为系统的功能共性。如汽 车系统中把燃料的燃烧热能转换为汽车的行驶 动能，在这一过程中，发动机吸收氧气，而排 除废气。这一过程有能量的交流，也有物质的 交流。
第一章 绪论
• 1.1 系统与系统动力学的概念 • 1.2 汽车系统动力学的研究内容和特点 • 1.3 汽车系统动力学的研究方法
1.1 系统与系统动力学的概念
在我们真实的大千世界中，存在着许多由一组物 件构成，以一定规律相互联系起来的实体，这就是系 统，自然界就有太阳系、银河系这样的大系统，这种 系统是脱离人的影响而自然存在，称为自然系统，还 有如生物、原子内部也构成了自然系统，还有一种系 统是通过人的设计而形成的系统，称为人工系统，如 生产系统、交通运输系统、通信系统；人工组合和自 然合成的组合系统,如导航系统。 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)：
一个系统可能由若干个环节组成，画出各环节的 方框图，然后将这些方框图联系起来，就构成了系 统的方框图。因此，方框图是数学模型－传递函数 的图解化 。
车辆系统动力学结构模型
mb2
Ib2
kp
mw4
zw4
cp
z b2 b2
mw3
zw3
I hp
m 2lc
oc
hp
zc c
cs
kp
mb1
Ib1
cp
zb1 b1
mw2
zw2
mw1
zw1
29
车辆部件受力分析
Fs(2)
Mc. g
Fs (1)
Fp(4) Mb. g Fp(3)
Fp(2) Mb. g Fp(1)
Fw(4)
Fw(3)
Fw(2)
Mb Kp Cp zb
Mw
zw
19
三自由度系统振动方程
（7.3）
M c zc cs (zs zb ) k s (zs zb ) 0
M b zb cs (zs zb ) k s (zs zb ) c p (zb zw ) k p (zb zw ) 0
M w zw c p (zb zw ) k p (zb zw ) 0
Fs
Fg
mx Fg Fs
Fg mg
mx cx kx mg
Fc kx cx
x (Fg Fs ) / m
xn1
xn1
xn xn
xnt (1/ 2 )xnt2 (1 )xnt xn1t
xn1t 2
(2)
17
m 1000kg, k 108 N/m, c 104 N s/m, t 10-4, 0.5
26 22 30 34
17 18
33
29 21 25
11,12 3,4
9,10 1,2
1-8 轮轨力 17-20 中央悬挂力 25-28 抗蛇行减振器阻尼力 33-36 牵引拉杆力
车辆系统动力学报告
车辆系统动力学报告
车辆系统动力学报告是对车辆的动力学性能进行分析和评估的报告。
动力学是研究物体在运动过程中的力学性质和力学规律的学科，车
辆动力学则是研究车辆运动的力学性质和规律。
车辆系统动力学报告一般包括以下内容：
1. 车辆运动学分析：对车辆的运动状态进行分析，包括位移、速度、加速度等参数的计算和分析。
2. 动力学模型建立：建立车辆的动力学模型，包括车辆的质量、惯性、摩擦等参数的确定。
3. 动力学性能评估：根据动力学模型，对车辆的动力学性能进行评估，例如加速度、制动距离、悬挂系统的稳定性等。
1
4. 动力学优化设计：根据动力学性能评估结果，对车辆的设计进行优化，从而提高车辆的动力学性能。
5. 动力学仿真分析：通过使用动力学仿真软件，对车辆的动力学性能进行模拟和分析，从而预测车辆在不同工况下的行驶性能。
6. 动力学实验验证：通过实际的测试和测量，验证动力学模型和仿真结果的准确性，进而提供更可靠的动力学性能评估结果。
总之，车辆系统动力学报告旨在分析和评估车辆的动力学性能，并提出优化设计建议，以提高车辆的运动性能和安全性。
2。
车辆系统动力学
车辆系统动力学概述车辆系统动力学是研究车辆运动和控制的重要分支，主要关注车辆在不同条件下的运动特性和动力学行为。
它涉及到车辆控制、悬挂系统、轮胎力学、车辆稳定性等多个方面的知识，并在实际应用中对车辆的设计、开发和安全性能有着重要作用。
车辆运动模型在车辆系统动力学中，常用的车辆运动模型有点模型、刚体模型和多体模型。
点模型点模型是简化的车辆运动模型，将车辆简化为质点，只考虑车辆的整体运动特性，忽略车辆的细节结构和内部力学行为。
虽然点模型失去了对车辆细节的描述，但其简单性使得其在一些特定的场景中得到广泛应用，如路径规划、运动控制等。
刚体模型刚体模型是将车辆看作一个刚性物体，不考虑车辆内部部件的变形和变动。
其关注车辆整体的旋转和平移运动状态，通过刚体模型可以研究车辆的稳定性、操控性和安全性能，对车辆动力学的分析具有重要意义。
多体模型多体模型是将车辆分解为多个连接的刚体，考虑车辆内部各个部件之间的相互作用和相互影响。
多体模型可以更准确地描述车辆的运动特性，并考虑轮胎和地面之间的接触力、悬挂系统的影响等因素，对于研究车辆的运动控制和动力学行为更具有实用性。
轮胎力学轮胎是车辆系统动力学中一个重要的组成部分，其力学特性对车辆的运动和稳定性有着直接影响。
轮胎在车辆运动过程中扮演着传递动力、提供支撑力和提供制动力的重要角色。
轮胎的力学特性主要包括纵向力学、横向力学和侧向力学。
纵向力学纵向力学研究轮胎在车辆加速和制动过程中的力学行为。
在车辆加速时，轮胎需要传递动力到地面，提供足够的附着力，以确保车辆的稳定性。
在制动过程中，轮胎需要提供足够的制动力，使得车辆能够迅速停下来。
了解轮胎的纵向力学特性对于车辆的动力学行为分析和控制具有重要意义。
横向力学横向力学研究轮胎在车辆转向过程中的力学行为。
在车辆转向时，轮胎需要提供足够的侧向力，以保持车辆的稳定性。
横向力学的研究对于车辆的操控性能分析和提升具有重要意义。
侧向力学侧向力学研究轮胎在侧向偏移和滑移过程中的力学行为。
高速列车车辆系统动力学分析
高速列车车辆系统动力学分析近年来，随着中国高铁的不断发展，高速列车成为了人们出行的主要选择之一。
与传统的火车相比，高速列车具有更快的速度、更静谧的环境，以及更高的安全性能。
高速列车所需的车辆系统动力学分析也日益重要。
本文将对高速列车车辆系统动力学分析进行详细解析。
高速列车车辆系统动力学分析的基本概念所谓车辆系统动力学分析，简单地说就是分析车辆在不同外部环境下的运动。
动力学分析可以帮助我们了解车辆的性能特点、响应机理以及安全性能等方面的问题。
在高速列车的设计中，车辆系统动力学分析是一个非常重要的步骤。
它可以帮助工程师确定车辆的设计参数，预测车辆的运动响应，以及评估车辆的安全性能。
高速列车车辆系统动力学分析的主要理论架构为了进行高速列车车辆系统动力学分析，我们需要使用基于力学原理的理论架构。
这个理论架构可以被分为三个主要部分：车辆力学模型、轨道力学模型和车轨耦合模型。
车辆力学模型描述了车辆的动力学特性，包括车辆重量、车速、制动力等因素。
通过车辆力学模型，我们可以计算车辆的加速度、惯性力和制动力等参数。
轨道力学模型描述了轨道的几何形状、质量、弹性以及铺设方式等因素。
通过轨道力学模型，我们可以得到轨道的等效坡度、弯曲半径和轨道几何形状等参数。
车轨耦合模型是车辆力学模型和轨道力学模型的结合。
它描述了车辆动力学响应和轨道几何形状之间的相互作用。
车轨耦合模型可以用来计算车轮与轨道之间的动力学力学响应。
通过对车轨耦合模型的分析，我们可以预测车辆在不同外部环境下的运动响应和振动特性。
高速列车车辆系统动力学分析的实施方法在高速列车的设计过程中，可以使用多种方法来实施车辆系统动力学分析。
其中最常用的方法是数值模拟方法。
这种方法通常使用计算机数值模拟软件，如Adams等，将车辆的动力学特性和轨道几何特征数值化，并进行计算模拟。
通过这种方法，我们可以分析车辆在不同外部环境下的运动响应和振动特性。
此外，还可以使用试验方法来实施车辆系统动力学分析。
车辆系统动力学一PPT课件
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第一节 车辆系统运动认识
•车辆系统是一个复杂的多自由度的动态系 统 •一般情况下，车辆系统考虑成多刚体系统， 如车体、构架等 •每一刚体可考虑成6个自由度，三个位移 和三个转动，沿x,y,z轴3个方向的直线运 动和绕三根轴的回转运动。
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6个名称： 1、伸缩振动 2、横摆振动 3、浮沉振动 4、侧滚振动 5、点头振动 6、摇头振动
针对被动悬挂的局限性，20世纪50年代便有学者 提出了主动悬挂的概念。主动悬挂实际上是一个 闭环控制的动力驱动系统，通过合理调节输入到 减振系统的能量来抵消来自外界的激扰，从而达 到减振的目的。
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半主动悬挂的概念于20世纪70年代中期提出，半主 动悬挂采用阻尼特性可调的可控减振器和/或刚度特 性可调的可控弹簧作为作动器，通过实时调节可控减 振器的阻尼特性或可控弹簧的刚性特性，间接地获得 合理的悬挂力。实际应用中，可控弹簧实现起来比较 困难，目前的半主动悬挂一般采用可控减振器。
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当列车与对面列车交汇行驶时会产生多大程度的振 动？同时会产生多大的横向压力？
在新建供各种不同速度车辆行驶用的线路时，如何 考虑复线间隔、舒适度和安全上的限制？
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5、脱轨安全性
如何保证列车既能够高速行驶又不至于脱轨？
当外界因素如地震、泥石流等引发大面积轨 道转移时，车辆能否保证不脱轨？ 对于目前脱轨安全评价标准体系中仍无法评估 的振动，将如指同一车辆两转向架中心之 间的纵向距离，车辆定距决定了车辆长度和载 客量。客车/动车组25m，轻轨车辆一般为13m， 货车一般9m。
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4、轴箱悬挂。是将轴箱和构架在纵向、横向以 及垂向联接起来，并使两者在这三个方向的相 对运动受到相对约束的装置。 对于客车/动车组而言，主要包括轴箱弹簧、轴 箱定位装置以及轴箱减振器等。 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。
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。
车辆系统动力学
车辆系统动力学
1 车辆系统动力学
车辆系统动力学是一门关于车辆系统的动态行为的学科，研究的
对象是具有轮式载具的制动，转向，坡曲，悬挂和其他因素的车辆系统。
它结合了力学，控制技术，计算机，基础交通理论等多种技术，
以便获得可靠的车辆系统动力学分析。
有时，车辆系统动力学也作为汽车动力学或汽车动力学的代表性
学科而被引用，因为它涉及了汽车的空间方向性行为，特别是涉及汽
车在坡道，悬挂，转弯，刹车等特定情况下表现出来的行为，也更多
地涉及牵引力，阻力和悬挂参数研究方面的工作。
研究人员利用数学模型模拟车辆行驶时外界力对车辆运动产生的
影响。
车辆行驶过程中受有多种力的影响，包括重力作用，悬挂受力，地形受力，波动荷载，操作荷载等，根据不同的外界力的组合分析出
车辆行驶时的偏航角，离地高度或悬挂角等振动量度，以减小其对车
辆稳定性的不利影响。
车辆系统动力学的分析计算可以帮助设计出符合对车辆行驶稳定
性有较高要求的汽车，例如减少偏航或调整悬挂设计，提高车辆行驶
稳定性，从而确保乘员、车辆和财产安全。
车辆系统动力学是一门复杂的学科，并且在实际应用中需要考虑
众多因素，及时调整设计技术，以更好地利用实际条件。
只有对车辆
整体运动性能及全面的分析评估，车辆系统动力学才能发挥作用，帮助设计出能够满足实际要求的车辆系统。
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汽车系统动力学的发展现状仲鲁泉2014020326摘要：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，还有汽车在垂直和横向两个方面的动力学内容。
介绍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，重点介绍了受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学和操纵动力学内容。
本文主要讲述的是通过对轮胎和悬架的系统动力学研究，来探究汽车系统动力学的发展现状。
关键词：轮胎；悬架；系统动力学;现状0 前言汽车系统动力学是讨论动态系统的数学模型和响应的学科。
它是把汽车看做一个动态系统，对其进行研究，讨论数学模型和响应。
是研究汽车的力与其汽车运动之间的相互关系，找出汽车的主要性能的内在联系，提出汽车设计参数选取的原则和依据。
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，最早可以追溯到100年前。
事实上，知道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、美国的Olley、法国的Broulhiet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。
在过去的70多年中，车辆动力学在理论和实际应用方面也都取得了很多成就。
在新车型的设计开发中，汽车制造商不仅依靠功能强大的计算机软件，更重要的是具有丰富测试经验和高超主观评价技能的工程师队伍。
在随后的20年中，车辆动力学的进展甚微。
进入20世纪50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的―黄金时期‖。
这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。
随后有关行驶动力学的进一步发展，是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。
人们对车辆动力学理解的进程中，理论和试验两方面因素均发挥了作用。
随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。
计算机及应用软件的开发，使建模的复杂程度不断提高。
1 轮胎的系统动力学的探究1.1 轮胎模型车辆行驶过程中，来自地面的冲击通过滚动的轮胎、悬架和座椅传递到驾驶员，所以，轮胎的选用至关重要，它的结构参数和力学特性对汽车的行驶性能起着重要影响。
整车动力学模型中，轮胎模型的精度必须与整车模型的精度相匹配，选择符合实际又便于使用的轮胎模型是关键。
ADAMS 提供了 5 种用于动力学仿真的轮胎模型，Deflt轮胎模型、Fiala轮胎模型、Smithers 轮胎模型、UA 轮胎模型和User Defined 轮胎模型，其中Fiala 轮胎模型、UA 轮胎模型和User Defined 轮胎模型为解析模型，具有解析表达式；Deflt 轮胎模型和Smithers 轮胎模型为试验模型，需要大量的实验数据，参数的获得非常昂贵。
本文选用UA 轮胎模型，采用弹性梁模型进行建模，使用摩擦圆概念计算由侧偏角、滑移率以及垂向变形等综合因素影响下的力和力矩，模型参数如表1所示[4] 。
表1 轮胎的特性参数1.2 系统拓扑结构车辆振动系统由轮胎、悬架、座椅等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成。
整车模型包括车架、铰接架、回转支撑、悬架系统、发动机、人椅系统、货箱等22个构件，32个自由度。
该模型前、后车架以铰接架和回转支撑连接，前车架以铰接点为中心整体转向，回转支撑允许前、后车架独立转动以减小车架扭转应力[2] 。
U型架承担车辆行驶的纵向力，横拉杆承担横向力，前螺旋弹簧和减震器以及中、后橡胶弹簧承担垂向力，保证了车桥可以在一定范围内自由摆动，使所有车轮始终与地面接触，该车拓扑结构如图 1 所示。
1.3轮胎模型分析仿真分析之前，需要对所建立的模型进行调试，模型调试阶段主要解决以下问题：(1)保证系统自由度正确，消除过约束；(2)编制了不产生数值突变的驱动力矩step 函数，使ADAMS 软件积分容易收敛，同时使驱动力矩缓慢加到驱动轮上，达到给定车速后逐渐减小驱动力矩直到可以平衡车辆行驶中的阻力，保证车辆以给定车速匀速通过仿真试验路段；(3)为使仿真工作顺利进行，需要选用合适的求解器和适当调整求解器的精度。
根据国标GB/T 4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》[4]的要求，使车辆在C 级路面下行驶。
C级路面由ADAMS提供，添加时调整路面重力方向以及路面与车辆的位置关系。
车辆状态为满载，通过添加在车轮上的驱动力矩函数使车辆分别以10km/h20km/h，30km/h 和40km/h 不同车速行驶，设置加速度传感器测量路面不平通过悬架、车身、座椅传递到人体的振动加速度，设置仿真时长为50s，仿真步长为0.01s。
利用总加权加速度均方根值来评价振动对人体舒适性的影响，这一方法适用于正常行驶工况下的各种汽车，包括越野汽车。
根据测量的驾驶员座椅处各轴向加速度时间历程，计算总加权加速度均方根值。
利用ADAMS后处理功能,对其各方向加速度进行分析。
仿真结果表明，由路面不平引起的z向振动主要集中在低频区域；x方向的振动主要是由添加在车轮上的驱动力矩引起，该驱动力矩随着实际车速与目标车速的接近而逐渐减小，直至车辆匀速行驶时该力矩保持恒定，用于克服车轮与地面的摩擦；y方向的振动则是由于路面不平作用在不同车轮而引起的车架和驾驶员的振动。
利用各方向功率谱密度函数，得出其总加权加速度均方根值。
不同车速下驾驶员座椅处总加权加速度均方根值如表2所示。
表2 不同车速下的加权加速度均方根值根据ISO2631-1:1997(E)，总加权加速度在低于0.315ms-2时，人体没有不舒适的感觉，在0.315ms-2到0.63 ms-2时，人体有一些不舒适。
由表 2 可知，所设计自卸汽车在车速低于30km/h 时驾驶员没有不舒适的感觉，车辆行驶平顺性较好；车速为40km/h 时，驾驶员有一些不舒适。
2 悬架系统动力学的发展现状车辆悬架系统是车架与车桥之间连接和传力装置的总称，包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，起着缓和、消减由于路面不平所引起的冲击和振动，传递并承受各种力和这些力所形成的力矩等作用H，是车辆上的一个非常重要的系统。
本文针对某型车前悬架系统进行动力学仿真研究。
该悬架为麦弗逊独立式悬架，即每个车轮单独通过一套悬架安装于车身或者车桥上、车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上，此种悬架两边车轮受冲击时互不影响，而且由于悬架质量较轻，缓冲与减震能力很强，乘坐舒适，各项指标都优于非独立式悬架。
麦弗逊悬架一般用于汽车前轮，其主要结构是由螺旋弹簧加上减震器组成。
减震器可以避免弹簧受力时向左、右、前、后偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并可以用减震器的行程及松紧，来设定悬架的软硬及性能。
2．1 前轮定位角2.1.1 主销内倾角主销内倾能使主销偏距减小，从而可减少转向时驾驶员加在方向盘上的力，使转向操纵轻便,同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。
在车轮跳动时，若主销内倾角变化过大，将会使转向沉重，加速轮胎磨损。
实际设计时，大致范围为7—l3现代汽车主销内倾角有明显增大的趋势。
如奥100和上海桑塔纳轿车的主销内倾角为1.4-2.02 捷达为l-4。
图3为主销内倾角随车轮跳动的变化曲线。
由图可以看出，主销内倾角的变化范围为l4 .3一l7.5之间，可进一步进行优化。
图2 主销内倾角变化曲线2.1.2主销后倾角主销后倾角设计应保证车轮具有合适的回正力矩，使汽车具有良好的行驶稳定性。
当车轮随载荷变化而发生跳动时，如果主销后倾角出现大的变化，则回正力矩将出现过大或过小的现象,l使汽车的操纵稳定性恶化。
主销后倾角对转向时的车轮外倾变化影响较大。
假如主销后倾角设计较大，则外侧转向轮的外倾角会向负方向变化。
因此，当前轮主销后倾角较大时，需增加前轮转向所必须的横向力，以抵消外倾推力，这将导致不足转向能力较弱，最大横向加速度会增大。
一般认为2-3是合理的范围。
图3为车轮跳动时主销后倾角的变化曲线。
由图4可见，当车轮在士 5 0 m m跳动时,主销后倾角的变化范围为0.65 一1.35满足设计要求。
图3 主销后倾角变化曲线2.1.3 前轮外倾角除主销内倾角和后倾角两个角度保证车辆直线行驶的稳定性外，前轮外倾角也具有定位作用。
如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时，车桥将因承载变形，而可能出现车轮内倾。
这将加速汽车轮胎的偏磨。
另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低它们的使用寿命。
因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。
同时，车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。
但是外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。
为防止车轮出现过大的不足转向或过渡转向趋势，一般希望车轮在上下跳动5 0 m m的范围内，外倾角一般在 1 。
左右变化。
图5为左右车轮同步上下跳动时车轮外倾角的变化曲线。
可以看出，在车轮上跳过程( 横坐标一50mm) 中，车轮外倾角在0.5一1.5之间变化，满足设计要求。
2.1.4 前轮前束角车轮上跳及车轮下落时的前束变化对车辆的直行稳定性、车辆的稳态响应( 不足转向、过多转向) 特性有很大的影响，是汽车悬架的重要设计参数之一。
设计时希望在车轮跳动时前束角不变或变化幅度较小。
前束变化的较理想特性值为：前轮上跳时，为零至负前束（-0.5—5 0mm）。
图6为前轮上跳时，前束变化值为0—0.5mm，不满足设计要求。
图4 前轮外倾角变化曲线图5 前轮前束变化曲线2.2转向角、轮距变化量转向角：在车轮跳动过程中，方向盘固定，山于转向拉杆的作用，左右车轮会产生绕主销的转动，从而使左右车轮产生转向角。
一般要求将该转角控制在一定范围内，否则不仪影响汽车的操纵稳定性，而且会加剧轮胎的磨损。
图7所示为转向角变化曲线，可见，转向角变化稍微过大，可进一步进行优化。
图6 转向角变化曲线轮距变化量：左右车轮跳动时绕各自瞬时中心摆动，左右轮之间的距离也必然随之产生变化。
轮距的变化一方面影响汽车的操纵稳定性，另一方面，由于轮胎的横向滑移，导致轮胎的磨损，降低了轮胎的使用寿命。
一般情况下，汽车的轮距变化应在一50m m~5 0 m m之间。
图8所示为左右车轮轮距变化量，可见，左右轮轮距变化量完全符合设计要求[6] 。
图7 轮距的变化曲线2.3悬架系统参数变化与基准车相比，电动车因重量增加、轴荷分布和质心高度的变化。
悬架系统的主要更改概括为以下几个方面。