動(dòng)力學(xué)的發(fā)展過(guò)程分為三個(gè)階段

1、一、動(dòng)力學(xué)的發(fā)展過(guò)程分為三個(gè)階段：階段一（20世紀(jì)30年代）對(duì)車輛動(dòng)態(tài)性能的經(jīng)驗(yàn)性的觀察開始注意到車輪擺振的問題認(rèn)識(shí)到車輛舒適性是車輛性能的一個(gè)重要方面階段二（30年代50年代）了解了簡(jiǎn)單的輪胎力學(xué)，給出了輪胎側(cè)偏角的定義定義不足轉(zhuǎn)向和過(guò)度轉(zhuǎn)向建立了簡(jiǎn)單的兩自由度操縱動(dòng)力學(xué)方程4開展了行駛平順性研究，建立了K2實(shí)驗(yàn)臺(tái)，5.引入前獨(dú)立懸架階段三（1952年以后）1通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果和建模，加深了對(duì)輪胎特性的了解2在兩自由度操縱模型的基礎(chǔ)上，建立了包括側(cè)傾的三自由度操縱動(dòng)力學(xué)方程3擴(kuò)展了對(duì)操縱動(dòng)力學(xué)的分析，包括穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性分析4開始采用隨機(jī)振動(dòng)理論對(duì)行駛平順性進(jìn)行性能預(yù)測(cè)二、1定義：汽車系統(tǒng)動(dòng)力

2、學(xué)就是把汽車看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)其行為進(jìn)行研究，討論其數(shù)學(xué)模型和響應(yīng)。2目的：是研究汽車受的力及其與汽車運(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系，找出汽車主要性能的內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系，提出汽車設(shè)計(jì)參數(shù)選取的原則和依據(jù)動(dòng)力學(xué)：包括一切與車輛運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的方面，包括輪胎力學(xué)、驅(qū)動(dòng)特性（動(dòng)力性能）、制動(dòng)特性、空氣力學(xué)特性、操縱穩(wěn)定性、平順性、駕駛員汽車環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng)特性等內(nèi)容。而最核心的是行駛動(dòng)力學(xué)（平順性）和操縱動(dòng)力學(xué)（操縱穩(wěn)定性）兩大領(lǐng)域。3重要性：闡述汽車運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論基礎(chǔ)汽車動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的必要手段當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的四大主題（安全、節(jié)能、降低污染、舒適）都與汽車動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)4內(nèi)容：研究?jī)?nèi)容范圍很廣，包括車輛縱向運(yùn)動(dòng)及其子

3、系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，還有車輛垂向和橫向動(dòng)力學(xué)內(nèi)容。及行駛動(dòng)力學(xué)和操縱動(dòng)力學(xué)。行駛動(dòng)力學(xué)研究路面不平激勵(lì)，懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)；操縱動(dòng)力學(xué)研究車輛的操縱穩(wěn)定性，主要是輪胎側(cè)向力有關(guān)，引起的車輛側(cè)滑、橫擺、和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。三、汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法和理論基礎(chǔ)1研究方法把實(shí)際問題抽象并轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)化的模型，即建模。物理模型：物理本質(zhì)相同，形狀尺寸有別模型的分類：力學(xué)模型：經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后的物體實(shí)際受力模型數(shù)學(xué)等效模型：動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)形式是相同的，可用等效的常系數(shù)微分方程來(lái)描述數(shù)學(xué)模型有理論建模和試驗(yàn)建模兩類：a理論建模是指從機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖樣出發(fā)，作出必要的假定和簡(jiǎn)化，根據(jù)力學(xué)原理建模。系統(tǒng)分

4、析法理論方法：狀態(tài)空間法健合圖法b試驗(yàn)建模包括系統(tǒng)識(shí)別和參數(shù)識(shí)別。模態(tài)分析法參數(shù)識(shí)別法c計(jì)算機(jī)方法：有限元法；多體動(dòng)力學(xué)法理論基礎(chǔ)力學(xué)體系：牛頓定律，達(dá)朗貝爾原理，動(dòng)量定理，動(dòng)量矩定理，拉格朗日方程，虛功原理線性系統(tǒng)理論和現(xiàn)代控制系統(tǒng)理論四、建模方法當(dāng)汽車作為一個(gè)自然界的實(shí)體來(lái)觀察時(shí)，它是一個(gè)連續(xù)性的振動(dòng)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)有許多在三維空間無(wú)數(shù)自由度的單個(gè)部件組成。所以在進(jìn)行汽車動(dòng)力學(xué)時(shí)，通常先將實(shí)體模型簡(jiǎn)化成不可變形、有一定質(zhì)量和慣性矩的剛體，其間連著彈簧和減震器。通過(guò)轉(zhuǎn)化使汽車實(shí)際系統(tǒng)被由多個(gè)質(zhì)量塊、彈性體和阻尼組成的理想系統(tǒng)所代替，而保留了系統(tǒng)的基本特征。這樣就能夠計(jì)算很復(fù)雜的系統(tǒng)。根據(jù)上述的

5、簡(jiǎn)化處理和分析作出研究系統(tǒng)相應(yīng)的力學(xué)模型，由相應(yīng)的力學(xué)理論基礎(chǔ)建立研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在獲知系統(tǒng)參數(shù)的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、模擬計(jì)算分析。計(jì)算和研究的目的是研究系統(tǒng)的固有動(dòng)態(tài)特性（自由振動(dòng)）和受迫振動(dòng)特性（頻率響應(yīng)特性）。五、兩自由度系統(tǒng)模型（懸架模型）a、考慮Z方向上的振動(dòng)及繞Y軸的俯仰運(yùn)動(dòng)，此為研究汽車點(diǎn)頭時(shí)模型。MZ+K（ZL10）+K2（Z+L20）=0例如圖，若車身質(zhì)量M=1500kg,回轉(zhuǎn)半徑試確定車輛質(zhì)心的鉛垂運(yùn)動(dòng)及繞質(zhì)心的俯仰運(yùn)動(dòng)的主頻率和主振型。解：取質(zhì)心相對(duì)于靜平衡位置的坐標(biāo)x及車體繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)系為兩個(gè)廣義坐標(biāo)。由達(dá)朗伯原MZ+K（ZL0）+K（Z+

6、L0）=0s11s22I0K（ZL0）L+K（Z+L0尢=0s111s222）Z+（KL+KL）0=0s11s22（+（KL+KL）Z=0（M2+K+K）Z+（KL+KL）=0s1s2（s11s22）（KL+KL）Z+I2+KL21+KL2=0s11s22c=11m，L1=15m，L2=16m，Ks1=36kN/m，Ks2=39kN/m，理建立如下方程：或?qū)憺椋篗Z+:+Ks1s2L2+KL2s11s221）設(shè)：Z（t）=Zcos（t-e）代入得0（t）=cosCot-甲）s1115002+75000夕+8400=0頻率方程為15002+75008400Z+、18152+180840=0即72

7、254407.3852+13492.44=01=7.0344rad/s則求得固有頻率為：2=10.0077rad/s8400840018152+180840=0I0K（ZL0）L+K（Z+L0）L=0cs111s222由方程（2）得：ZKL+KLr=ss22M2+K+Ks1s2則第一階固有振型Z（1）1=7.0344rad/s；r1=10.8359（1）第二階固有振型&2=10.0077rad/s；r2=-=0.11170(2)六、車1/4模型.MZ+C2Z)+K(ZZ)=0(.2.1)sz21)0Z丿+KKZZ丿+KZ=01SimZ+C對(duì)方程進(jìn)行拉氏變換得：啊護(hù)恥)十S十二QZ+刷恥)-鳳訪

8、+S+Kj(Z*)-坯)首先求G20(s)=Z2(s(s)ZCS+K2=ssZ卜丿MS2+CS+KMS2+CS+K)0sst(C；S+K；)Ki由以上方程可求得：ssss最終求得：(3沁)=f、Zo(s)(MS2+CsS+Ks)(mS2+CES+Ks+Ki)-(CES+Ks)ssss因此，根據(jù)路面譜及懸架傳遞函數(shù)便可求出車身振動(dòng)加速度值七、非獨(dú)立懸掛整車七自由度模型此模型由吉林工業(yè)大學(xué)宋傳學(xué)老師建立，七個(gè)自由度分別為：車身的垂直運(yùn)動(dòng)Z3,車身的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)ex，車身的俯仰運(yùn)動(dòng)e，前、后輪的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)ee乂，前、后輪的垂直運(yùn)動(dòng)Z血Zith八、風(fēng)壓中心CP(CenterofairPressude)：這種

9、阻力形-定與重心重合，此合力點(diǎn)稱風(fēng)壓中心力作用點(diǎn)在汽車對(duì)稱面內(nèi)，但不一升力是由于汽車行駛中車身上部和車身底部空氣流速不等形成壓力差而造成的。升力不通過(guò)重心時(shí)，產(chǎn)生俯仰力矩。汽車的各個(gè)橫斷面形心的連線稱中線，簡(jiǎn)化為前后端形心，用直線連接稱中線，中線與水平面的夾角稱為迎角。中線前高后低，迎角為正，反之為負(fù)。一般車應(yīng)為負(fù)迎角。風(fēng)壓中心位于重心后好。側(cè)風(fēng)作用在汽車上產(chǎn)生側(cè)向力，風(fēng)力與縱軸稱T角，如風(fēng)壓中心在重心之前，汽車順風(fēng)偏轉(zhuǎn)，T增大，穩(wěn)定性更壞；在后逆風(fēng)穩(wěn)定性好，重合則側(cè)向移動(dòng)。九、懸架系統(tǒng)的評(píng)價(jià)參數(shù)車身垂直加速度（舒適性）車輪相對(duì)動(dòng)載（安全性）彈簧行程（彈簧壽命）在設(shè)計(jì)時(shí)，這三個(gè)量要盡可能小。十

10、、前橋的振動(dòng)形式：前軸繞汽車縱軸振動(dòng)。轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及拉桿組成了一個(gè)繞主軸銷擺動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)。前軸繞汽車縱軸振動(dòng)由振動(dòng)模型及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可得前軸自由振動(dòng)方程匸空=-Mi-M2dtM2=B2K2代入得：I”竽+*貨疋i+護(hù)疋003=求得：前軸角振動(dòng)的固有頻率aKi+B2K2V2A由此知：慣量增加，剛度降低，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率降低轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及拉桿組成一個(gè)繞主銷擺動(dòng)的振動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輪繞主銷的自由振動(dòng)微分方程為：Iz向輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;C3轉(zhuǎn)向輪繞主銷的剛度。若計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及拉桿的彈性，則應(yīng)Cs代替C3式中：i轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比；C1向軸剛度；Nm/radC2轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向輪之間連接桿剛度；Nm/radC3向機(jī)殼體

11、與車身的固緊剛度如C3=8,嚴(yán)_比Q則轉(zhuǎn)向輪繞主銷振動(dòng)的固有頻率為Cs和Iz減小，則固有頻率降低，現(xiàn)代汽車主銷振動(dòng)的固有頻率下降。上述兩種振動(dòng)系統(tǒng)中，在外界的干擾下，可激發(fā)起由阻尼的自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)前橋擺振時(shí)自激振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)，改變那些參數(shù)可以減少擺振自激振動(dòng)：當(dāng)汽車受到偶然的側(cè)向風(fēng)或汽車受路降作用時(shí)，車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)外激力消除后仍振動(dòng)，稱自激振動(dòng)。無(wú)需有持續(xù)周期作用的激勵(lì)，只要有偶然的單次性激勵(lì)；其激振力是伴隨振動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，振動(dòng)體停止，激振力消失。受迫振動(dòng)：1.周期變化的外界激勵(lì)作用引起a.車輪不平衡b.產(chǎn)生的陀螺力矩c.懸架于轉(zhuǎn)向系運(yùn)動(dòng)銷后傾角，可以降低前輪擺振強(qiáng)度。不協(xié)

12、調(diào)。2.系統(tǒng)振動(dòng)頻率與激振頻率一致，擺振明顯發(fā)生于共振區(qū)。3.激振力的存在與振動(dòng)體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。減小擺振：轉(zhuǎn)向輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剛度減小，則固有頻率降低，汽車主銷振動(dòng)的固有頻率下降。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度越大，對(duì)汽車前輪擺振的抑制作用越明顯；增加系統(tǒng)正阻尼，也有同樣效果。增加主Fcos8+F=m(u+0)Y1Y2vr7nF+F沁m(u+0)2rLFcos8-LF=IcoL1FY1-L2FY2-Izor1Y12Y2zr前輪角階躍輸入下汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等速圓周運(yùn)動(dòng)此時(shí)有：v=0,c0匕0+Lo卩=總=uua1=-(8弋)=卩+竺-81uLo=p-u(k+k)+(LkLk)ok8=muo12丿uU1122丿r1r0-Loa=-r.2u(L1k1-L2k2)U+U(Lk1-L2k2)Or-L1k18=0消除0,解方程，則有u/Lu/LFY2=k2a2mLL1+(嚴(yán)-2)u2L2kk211+Ku2=0K=-)穩(wěn)定性因數(shù)L2k2k1其中：Llkl-L2k2為穩(wěn)定裕度，表征