lecture01汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ).ppt

南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 車(chē)輛工程技術(shù)研究中心 汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 一 汽車(chē)是一種復(fù)雜產(chǎn)品 為什么要研究汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 容量 210L 額定制熱量 5320W 額定出水溫度 55 最高出水溫度 100 太陽(yáng)光吸收率 95 二 我們期望汽車(chē)具有什么樣的性能 怎樣達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo) 為什么要研究汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 樣機(jī) 控制 設(shè)計(jì) 性能優(yōu)良的汽車(chē) 初步設(shè)計(jì) 試驗(yàn)評(píng)價(jià) 理論評(píng)價(jià) 計(jì)算理論 車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是基礎(chǔ) 1 描述車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能 為什么要研究汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 三 研究車(chē)輛動(dòng)力學(xué) 為車(chē)輛設(shè)計(jì) 控制服務(wù) 2 預(yù)測(cè)車(chē)輛性能并由此產(chǎn)生一個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案 3 解釋現(xiàn)有設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題 并找出解決方案 研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo) 1 縱向動(dòng)力學(xué) 3 橫向 操縱 動(dòng)力學(xué) 2 垂向 行駛 動(dòng)力學(xué) 研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo) 動(dòng)力性 燃油經(jīng)濟(jì)性 安全性 制動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 操縱穩(wěn)定性 被動(dòng)安全性 舒適性 平順性 NVH 機(jī)動(dòng)性 通過(guò)能力 可靠性 耐久性 多學(xué)科基礎(chǔ) 輪胎力學(xué) 空氣動(dòng)力學(xué) 一般力學(xué)學(xué)體系 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論 一 牛頓矢量力學(xué)體系 式中 m 質(zhì)點(diǎn)系總質(zhì)量 r 質(zhì)心位移 Fi 外力 式 1 式中 I 剛體繞某軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣 剛體的角速度投影矩陣 M0 外力對(duì)于O點(diǎn)的主矩 式 2 牛頓第二定律 歐拉方程 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論 二 分析力學(xué)體系 式中 ET Ev ED 系統(tǒng)總動(dòng)能 總勢(shì)能 總耗散能 qi 描述系統(tǒng)的廣義坐標(biāo) 主變量 Qi 作用于系統(tǒng)的廣義力 力或力矩 n 系統(tǒng)方程階數(shù) 式 3 拉格朗日方程 虛功率原理 高斯原理 非完整系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論 三 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 1 以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ) 3 由計(jì)算機(jī)建立動(dòng)力學(xué)方程并進(jìn)行求解 2 多剛體 柔體的運(yùn)動(dòng) 采用分布參數(shù)體系 4 ADAMS SIMAPCK等 輪胎的基本功能 決定一輛汽車(chē)如何轉(zhuǎn)向 制動(dòng)和加速的關(guān)鍵控制力產(chǎn)生于四塊不大于人手掌大小的接觸區(qū) 1 支撐垂直載荷 3 提供加速和制動(dòng)所需的縱向力 4 提供轉(zhuǎn)向所需的側(cè)向力 2 緩沖路面引起的振動(dòng) 沖擊 輪胎模型 輪胎 縱向滑動(dòng)率s 側(cè)偏角 徑向變形 車(chē)輪外側(cè)角 車(chē)輪轉(zhuǎn)速 橫擺角 t 縱向力Fx 側(cè)向力Fy 法向力Fz 側(cè)傾力矩Mx 滾動(dòng)阻力矩My 回正力矩Mz 輪胎運(yùn)動(dòng)參數(shù) 輪胎六分力 輪胎模型 一 輪胎運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1 縱向滑移率s 表示車(chē)輪相對(duì)于純滾動(dòng)或純滑動(dòng)狀態(tài)的偏離程度 它是影響輪胎產(chǎn)生縱向力的一個(gè)重要因素 驅(qū)動(dòng)時(shí) 制動(dòng)時(shí) 滑轉(zhuǎn)率 滑移率 式中 u 輪心前進(jìn)速度 rd 車(chē)輪滾動(dòng)半徑 車(chē)輪角速度 輪胎模型 2 輪胎側(cè)偏角 影響輪胎側(cè)向力的一個(gè)重要因素 式中 u 輪心前進(jìn)速度 v 車(chē)輪側(cè)向速度 3 輪胎徑向變形 無(wú)負(fù)載時(shí)的輪胎半徑與負(fù)載時(shí)輪胎半徑之差 式中 rt 無(wú)負(fù)載時(shí)的輪胎半徑 rtf 負(fù)載時(shí)的輪胎半徑 輪胎模型 二 三個(gè)比較權(quán)威的輪胎模型 試圖完整描述輪胎力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系 揭示輪胎的本質(zhì)特性 如 側(cè)向力 側(cè)偏剛度 側(cè)偏角 1 冪指數(shù)統(tǒng)一輪胎模型 半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?郭孔輝院士 2 魔術(shù)公式 輪胎模型 MagicFormulaTireModel 3 SWIFT輪胎模型 難以準(zhǔn)確描述 實(shí)際中一般是查閱經(jīng)驗(yàn) 試驗(yàn) 數(shù)據(jù) 這樣做足夠了 伯努利方程的含義 單位體積空氣的總能量守恒 靜壓 動(dòng)壓 式中 P 氣動(dòng)壓強(qiáng) a 空氣密度 v 空氣流速 上部流速高 動(dòng)壓大 所以靜壓小 下部流速低 動(dòng)壓小 所以靜壓大 因此飛機(jī)能飛起來(lái) 車(chē)輛上的壓力分布 車(chē)表空氣壓力分布圖 試驗(yàn)法測(cè)得 車(chē)輛受到的空氣升力和阻力 不同車(chē)輛形式的空氣升力和阻力 車(chē)輛空氣阻力系數(shù)CD SAEJ1594標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)無(wú)量綱的空氣阻力系數(shù)CD 式中 FD 空氣阻力 NA 迎風(fēng)面積 m2q 動(dòng)壓力 Pa 等于0 5 a v2 車(chē)輛空氣阻力系數(shù)CD 現(xiàn)代轎車(chē)的空氣阻力系數(shù)值 作用在車(chē)輛上的氣動(dòng)力和力矩 DirectionForceMomentLongitudinal x axis positiverearward DragRollingmomentLateral y axis positivetotheright SideforcePitchingmomentVertical z axis positiveupward LiftYawingmoment 車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 1 通過(guò)車(chē)身外部造型 流體控制和內(nèi)部流通管道的設(shè)計(jì)來(lái) 車(chē)輛的空氣阻力 2 盡可能增加向下的氣動(dòng)壓力來(lái) 輪胎附著性 同時(shí) 對(duì)輪胎側(cè)偏力的影響 3 空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn) 比例模型或全尺寸車(chē)輛 以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析 4 研究空氣動(dòng)力學(xué)與底盤(pán)設(shè)計(jì)及車(chē)輛使用之間的