汽車動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié).docx

汽車動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)總結(jié)嚴(yán)格地說(shuō)，車輛動(dòng)力學(xué)是研究所有與車輛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的學(xué)科。它涉及的范圍很廣，除了影響車輛縱向運(yùn)動(dòng)及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、加速、制動(dòng)、防抱死和牽引力控制系統(tǒng)等方面的因素）外，還有車輛在垂向和橫向兩個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，即行駛動(dòng)力學(xué)和操縱動(dòng)力學(xué)。行駛動(dòng)力學(xué)主要研究由路面的不平激勵(lì)，通過懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動(dòng)和俯仰以及車輪的運(yùn)動(dòng)；而操縱動(dòng)力學(xué)研究車輛的操縱性，主要與輪胎側(cè)向力有關(guān)，并由此引起車輛側(cè)滑、橫擺和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。1輪胎動(dòng)力學(xué)輪胎是車輛重要的組成部分，直接與地面接觸。其作用是支承整車的重量，與懸架共同緩沖來(lái)自路面的不平度激勵(lì)，以保證車輛具有良好的乘坐舒適性和行駛平順性；保證車輪和路面具有良好的附著性，以提高車輛驅(qū)動(dòng)性、制動(dòng)性和通過性，并為車輛提供充分的轉(zhuǎn)向力。所以輪胎動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)于整車動(dòng)力學(xué)研究具有重要意義。輪胎的結(jié)構(gòu)特性很大程度上影響了輪胎的物理特性。所以輪胎模型的建立對(duì)于車輛輪胎動(dòng)力學(xué)特性的研究具有重大影響。輪胎模型描述了輪胎六分力與車輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，輪胎模型在特定工作條件下的輸入量有縱向滑動(dòng)率s 側(cè)偏角 徑向變形 車輪外傾角 車輪轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)偏率而輸出量為縱向力Fx 側(cè)向力Fy 法向力Fz 側(cè)向力矩Mx 滾動(dòng)阻力矩My 回正力矩Mz 根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容不同，輪胎模型可分為：1） 輪胎縱滑模型 主要用于預(yù)測(cè)車輛在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況時(shí)的縱向力滾動(dòng)的車輪產(chǎn)生的所有阻力為車輪滾動(dòng)阻力，主要包括輪胎滾動(dòng)阻力分量、道路阻力分量和輪胎側(cè)偏阻力分量。其中車輪滾動(dòng)阻力包括彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風(fēng)扇效應(yīng)阻力；由不平路面、塑性路面和濕路面的道路情況引起的阻力成為道路阻力；側(cè)向載荷和車輪定位引起的側(cè)偏阻力。2） 輪胎側(cè)偏模型和側(cè)傾模型 主要用于預(yù)測(cè)輪胎的側(cè)向力和回正力矩，評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向工況下低頻轉(zhuǎn)角輸入響應(yīng)。影響輪胎側(cè)向力的三個(gè)重要的因素是側(cè)偏角、垂向載荷和車輪外傾角。側(cè)偏角由輪胎的運(yùn)行條件決定，它取決于車輛前進(jìn)速度、側(cè)向速度、橫擺角速度和轉(zhuǎn)向角。輪胎的垂向載荷靜態(tài)值由車輛質(zhì)量分布決定，但隨著載荷在縱向和側(cè)向的重新分配，輪胎的垂向載荷會(huì)發(fā)生變化。車輪外傾角由轉(zhuǎn)向角和通過懸架桿系作用的車身側(cè)傾所決定。3）輪胎垂向振動(dòng)模型 主要用于高頻垂向振動(dòng)的評(píng)價(jià)，并考慮輪胎的包容特性（包含剛性濾波和彈性濾波特性）輪胎的緩沖作用與輪胎的彈性有關(guān)，在法相載荷下，輪胎會(huì)發(fā)生變形通常以輪胎所受載荷和變形的曲線來(lái)表示輪胎的剛度特性，根據(jù)輪胎的測(cè)試條件的不同，輪胎的垂向剛度有三種不同的定義，分別為：靜剛度、非滾動(dòng)剛度及滾動(dòng)剛度。此外輪胎模型還可以分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢砟Ｐ停谖锢砟Ｐ椭杏挚梢苑譃橄夷Ｐ?、梁模型等，在不同的?chǎng)合中根據(jù)計(jì)算效率和計(jì)算精度選取不同的模型。2縱向動(dòng)力學(xué)特性汽車的縱向動(dòng)力學(xué)特性分析包括動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和制動(dòng)性。車輛的動(dòng)力性由加速能力、爬坡能力和最高車速衡量。汽車的驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡方程為Ft=Ff+Fi+FW+Fj即Ttqigi0Tr=Gf+Gi+CDA21.15ua2+mdudt其中Ft為驅(qū)動(dòng)力 Ff為滾動(dòng)阻力 Fi為坡阻力 FW為風(fēng)阻 Fj為加速阻力Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 ig為變速器傳動(dòng)比 i0為主減速器傳動(dòng)比 T為機(jī)械效率 r為輪胎半徑G為車重 f為滾阻系數(shù) i為道路坡度 CD為風(fēng)阻系數(shù) A為迎風(fēng)面積 ua為當(dāng)前車速 為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) m為整車質(zhì)量可以通過汽車的驅(qū)動(dòng)力行駛阻力方程看出汽車的動(dòng)力性。汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性主要以燃油消耗量來(lái)表示。在汽車設(shè)計(jì)上可以通過降低汽車行駛阻力，盡可能降低附屬設(shè)備（如空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、動(dòng)力制動(dòng)等）的能耗和幾套傳動(dòng)效率等途徑來(lái)提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。車輛的制動(dòng)性主要通過制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的穩(wěn)定性以及制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性來(lái)評(píng)價(jià)，在現(xiàn)代汽車控制中對(duì)制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性進(jìn)行了很多研究，例如ESP等的應(yīng)用。3行駛動(dòng)力學(xué)1）路面輸入模型大量路面測(cè)量文獻(xiàn)表明，對(duì)于不同等級(jí)的路面，主要區(qū)別在于路面粗糙程度的不同，通常用路面不平度系數(shù)G0來(lái)表示其粗糙程度。如果將一段平滑的路面的所有頻譜成分的振幅均按一定比例增加，實(shí)際上就可形成一段粗糙的路面譜，這樣，就可以方便的用一個(gè)通用的譜密度函數(shù)來(lái)大致表達(dá)不同粗糙程度的路面，以作為車輛系統(tǒng)的輸入激勵(lì)。2）行駛動(dòng)力學(xué)模型假定車身是一個(gè)剛體，當(dāng)車輛在水平面做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，車身具有上下跳動(dòng)、俯仰、側(cè)傾三個(gè)自由度；兩個(gè)前輪分別具有垂向運(yùn)動(dòng)自由度；剩下的兩個(gè)自由度表示獨(dú)立懸架的兩個(gè)后輪垂向運(yùn)動(dòng)，或表示非獨(dú)立懸架中后軸的垂向跳動(dòng)和側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)。上述整車七自由度模型雖然對(duì)真實(shí)的車輛而言已經(jīng)非常簡(jiǎn)化，并且還忽略了懸置發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛員及座椅。但對(duì)于車輛基本行駛特性分析求解來(lái)說(shuō)，七自由度模型還是有些復(fù)雜。還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化而形成四自由度模型和兩自由度模型，簡(jiǎn)化過程可分兩點(diǎn)：l 在低頻路面激勵(lì)下，可以認(rèn)為車輛的左右兩個(gè)車輪軌跡輸入具有較高的相關(guān)性，即認(rèn)為左右輸入基本一致。再考慮車輛的幾何尺寸及質(zhì)量分布通常左右對(duì)稱，則可認(rèn)為車輛左右兩側(cè)以完全相同的方式運(yùn)動(dòng)。l 在高頻路面激勵(lì)下，車輛所受的激勵(lì)實(shí)際上大多只涉及到車輪跳動(dòng)，對(duì)車身運(yùn)動(dòng)影響甚微，這樣車身左右兩邊的運(yùn)動(dòng)就可以忽略。結(jié)合單輪車輛模型的運(yùn)動(dòng)方程對(duì)整車進(jìn)行分析mwz1=Ktz0-z1-Ksz1-z2-Csz1-z2mbz2=Ksz1-z2+Csz1-z2Ks為懸架彈簧剛度； Kt為輪胎等效剛度； Cs為懸架阻尼系數(shù)通過分析可知，懸架系統(tǒng)各項(xiàng)性能要求相互沖突和矛盾，而車輛又被要求在各種不同的行駛工況下工作則可調(diào)減振和變剛度彈簧等技術(shù)逐漸運(yùn)用在汽車懸架中，主動(dòng)懸架的控制也逐漸在被研究。4操縱動(dòng)力學(xué)作用于車輛的外力和外力矩有兩種，即輪胎力和空氣動(dòng)力。當(dāng)車輛在靜止的空氣中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要受到空氣阻力、升力和俯仰力矩的作用。由于這些力和力矩的作用，車輛前后軸的載荷將發(fā)生變化，從而影響車輛的操縱穩(wěn)定性。而在這過程中，輪胎主要受到縱向、側(cè)向以及垂向三個(gè)方向的力和力矩，輪胎的縱向力使車輛加速或減速，輪胎側(cè)向力的作用是使車輛轉(zhuǎn)彎，單個(gè)輪胎在轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)產(chǎn)生回正力矩并通過轉(zhuǎn)向盤反饋給駕駛員。通過兩自由度操縱模型的運(yùn)動(dòng)方程對(duì)車輛進(jìn)行穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析、穩(wěn)定性分析和頻率響應(yīng)分析。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析是讓車輛的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)向角度均為定值，從而使車輛以固定的轉(zhuǎn)彎半徑行駛。穩(wěn)定性分析是指在直線行駛條件下，分析車輛持續(xù)受到的小干擾，如風(fēng)的擾動(dòng)或不平路面的激勵(lì)，其偏離本身平衡狀態(tài)的程度。頻率響應(yīng)分析是指車輛在轉(zhuǎn)向角為正弦輸入下的響應(yīng)，它代表了車輛對(duì)轉(zhuǎn)向盤輸入的一般動(dòng)態(tài)響應(yīng)。車輛的操縱穩(wěn)定性能很大程度上取決于前、后輪胎側(cè)向力的平衡。因而，對(duì)任何一個(gè)有效的操縱動(dòng)力學(xué)模型來(lái)說(shuō)，都應(yīng)盡可能地考慮影響輪胎側(cè)向力及其平衡的相關(guān)因素。顯然，其中最重要的因素是輪胎的側(cè)偏剛度和車輛質(zhì)心的縱向位置。隨著車身側(cè)傾轉(zhuǎn)向效應(yīng)的變化，車輛轉(zhuǎn)向特性也不同程度上受其影響。對(duì)獨(dú)立懸架而言無(wú)論是前橋還是后橋，懸架運(yùn)動(dòng)對(duì)于車輪轉(zhuǎn)向角、車輪外傾角和輪胎接地印跡側(cè)向位移的影響均很重要。駕駛員在通過轉(zhuǎn)向盤操縱車輛行駛的過程中也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。一個(gè)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)，分為車輛前軸的側(cè)傾振動(dòng)和前輪繞主銷的擺振。另外一個(gè)是系統(tǒng)外界的激振，其又分為周期性變化激勵(lì)和偶然離散激勵(lì)，轉(zhuǎn)向系受到的周期性變化激勵(lì)可以是由車輪不平衡質(zhì)量引起的離心慣性力，也可以是由懸架與桿系運(yùn)動(dòng)關(guān)系不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的激勵(lì)。偶然離散激勵(lì)是當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，可能受到的側(cè)向陣風(fēng)或車輪受到路面離散的側(cè)向輸入作用，這些偶然的離散激勵(lì)都會(huì)引發(fā)車輪的偏轉(zhuǎn)擺振。一種情況是，當(dāng)外界激勵(lì)消除后，若系統(tǒng)的阻尼足夠大，振動(dòng)會(huì)逐漸衰減，系統(tǒng)表現(xiàn)為通常的有阻尼自由振動(dòng)。另外一種情況是，當(dāng)外界激勵(lì)消除后，振動(dòng)并不衰減，相反卻因此激發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部的某種周期性交變力，從而引起持續(xù)的振動(dòng)。車輛在實(shí)際的行