汽车系统动力学配套教学课件第2版喻凡 第1章.ppt

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1、第一章车辆动力学概述第一节历史回顾第二节研究内容和范围第三节车辆特性和设计方法第四节术语、标准和法规□□□□□第五节发展趋势第一节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[1]。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[2]、美国的Olley[3]、法国的Broulhiet开始了车辆独立悬架的研究,并就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

2、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。第一节历史回顾回顾车辆动力学的发展过程,首先要肯定FrederickW.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。第一节历史回顾根据Segel[12]提出的阶段划分对车辆动力学早期成就的总结第一节历史回顾底盘控制系统与车辆动力学关系示意图第一节历史回顾在过去的80多年中,车辆动力学在理论和实际应用方面

3、都取得了很多成就。然而,尽管工程师拥有功能强大的计算机软件,可求解几十甚至几百个自由度的复杂车辆模型,但事实上没有一个车辆制造商会完全用理论分析来取代自己详尽的车辆开发过程。在新车型的设计开发中,汽车制造商仍然需要依赖具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍。实际测试和主观评价在车辆开发中的重要作用显而易见,且二者不可替代,但这并不排除模型分析在动力学中的作用,设计者仍需通过建模来分析和理解系统内在的复杂关系,找出关键的影响因素,并为车辆性能的变化趋势提供预估。第二节研究内容和范围严格地说,车辆动力学是研究所有与车辆系

4、统运动有关的学科。它涉及的范围很广,除了影响车辆纵向运动及其子系统的纵向动力学(如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面)的内容外,还有车辆在垂向和侧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,并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。第二节研究内容和范围一、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

5、同,可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。驱动动力学研究中,首先要了解车辆的行驶阻力,由此才可决定车辆驱动轮上所需的力矩和功率,以及能量消耗。行驶阻力的两个最基本部分是轮胎的滚动阻力和车辆的空气阻力,相关内容分别在第三章和第四章中予以详细介绍。行驶阻力代表了车辆对动力和功率的需求,而车辆的动力与传动系统则为车辆提供了对动力和功率的供应,需求与供应之间的平衡关系还与路面附着系数有关,直接影响车辆的驱动性能。第二节研究内容和范围制动动力学研究中,首先要了解车辆制动性能的评价指标;在此基础上,介绍直线制动动力学分析(包括前、后车轮

6、制动力的分配关系,并分析车辆的制动稳定性);最后,从章节安排上考虑,将转向制动动力学分析也放在一起给予介绍。因此,第一篇的主要内容是:首先在概括总结车辆的行驶阻力的基础上,分析车辆对动力及功率的供求关系;然后分析包括动力性、燃油经济性和制动性在内的纵向动力学性能;最后介绍相关的纵向动力学控制系统,如ABS、TCS等。第二节研究内容和范围二、行驶动力学与车辆行驶动力学有关的主要性能及参数第二节研究内容和范围实际上可将行驶动力学问题分为两类[19]。一类是可通过数学建模来分析的行驶动力学问题,有人将其称为“主行驶问题”。关于主行

7、驶动力学的数学建模及随机路面输入下车辆响应分析的内容,将在第二篇的行驶动力学中介绍。此外,对用于改善行驶平顺性及包括操纵稳定性在内的车辆总体性能的悬架控制系统,本书在第十章中给出了详细的介绍。第二节研究内容和范围三、操纵动力学在车辆动力学研究中,操纵动力学的内容最为丰富,将在第三篇中加以介绍。需要强调的是,由于轮胎的重要性,在操纵动力学建模中必须要与轮胎模型精度相匹配,否则会影响仿真结果的精度,从而使建立的操纵模型失去意义。分析车辆操纵特性可以从最基本的两自由度车辆模型入手。在两自由度基本操纵模型中,车辆向前的速度被假定为恒

8、定的,而两个变量分别是车辆的侧向速度和横摆角速度。虽然这个模型很简单,但它为操纵性能分析提供了十分重要的基础。在线性范围内,两自由度模型的预估精度可能会达到70%以上。第二节研究内容和范围更重要的是,通过对基本操纵模型的分析,得到了一个关于车辆操纵特性的最基本的概念,即车辆的“不足或过度转