汽車系統(tǒng)動力學(xué)

1汽車系統(tǒng)動力學(xué)的主要研究內(nèi)容、范圍及其發(fā)展方向。答：內(nèi)容和范圍：嚴(yán)格地說，車輛動力學(xué)是研究所有與車輛系統(tǒng)運(yùn)動有關(guān)的學(xué)科。它涉及的范圍很廣，除了影響車輛縱向及其子系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)（如發(fā)動機(jī)、傳動、加速、制動、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方面的動力學(xué)內(nèi)容，即行駛動力學(xué)和操縱動力學(xué)。行駛動力學(xué)主要研究由路面的不平激勵，通過懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動和俯仰以及車輪的運(yùn)動；而操縱動力學(xué)研究車輛的操縱特性，主要與輪胎側(cè)向力有關(guān)，并由此引起車輛的側(cè)滑、橫擺和側(cè)傾運(yùn)動。發(fā)展方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)共同推動了現(xiàn)代汽車系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展。隨著各種底盤控制系統(tǒng)在車輛中應(yīng)用的增長趨勢及各功能控制系統(tǒng)集成程度的日益提高，車輛動力學(xué)在未來車輛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用將愈加重要，可以預(yù)見，未來的發(fā)展將在車輛主支控制、車輛多體動力學(xué)和向“人—車—路”閉環(huán)系統(tǒng)的擴(kuò)展等方面有所體現(xiàn)。2汽車空氣阻尼及怎么樣降低汽車空氣阻力。答：汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力成為空氣阻力?？諝庾枇κ强諝鈱η斑M(jìn)中的汽車形成的一種反向作用力，它的計(jì)算公式是：FD=116×scwv2其中v3描述主動懸架的工作原理。答：主動懸架的控制環(huán)節(jié)中安裝了能夠產(chǎn)生抽動的裝置，采用一種以力抑力的方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產(chǎn)生作用力，因此稱為主動懸架。主動懸架是由電腦控制的一種新型懸架，具備三個條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進(jìn)行運(yùn)算并決定控制方式。因此，主動懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。另外，主動懸架具有控制車身運(yùn)動的功能。當(dāng)汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產(chǎn)生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款CL型跑車，當(dāng)車輛拐彎時懸架傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度，電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。4可變阻尼半主動懸架的工作原理答：連續(xù)可變阻尼的半主動懸架，其減振器產(chǎn)生的阻尼力能獨(dú)立地跟蹤力需求信號，而與減振器本身的相對速度無關(guān)。根據(jù)四分之一單車輪模型，可寫出半主動系統(tǒng)的運(yùn)動方程如下：

mm其中，Ud如果懸架相對位移、車輪速度、車身速度可測，則作為有限狀態(tài)反饋?zhàn)兞浚枘崞鞯目刂屏?yīng)為：

U由于半主動系統(tǒng)的非線性限制，其控制力Ud應(yīng)用最優(yōu)控制理論實(shí)際上并不能完全實(shí)現(xiàn)，因而還須增加一條附加控制律：

即當(dāng)懸架相對速度與力需求信號符號相同時，則令控制力需求信號等于最優(yōu)控制力；否則令控制力需求信號為零。本質(zhì)上講，半主動系統(tǒng)減振器沒有能量輸入機(jī)構(gòu)，所需求的能量只是控制閥所需的電能而已。就控制力Ud而言，當(dāng)它與懸架相對速度符號相反時，即閥口充分打開，減振器上的控制力為零。實(shí)際上，由于減振器內(nèi)的粘滯阻力及控制閥口徑的限制，控制力U5人體振動的反應(yīng)。答：參見課本第166頁部分6請用單軌半車輛行駛運(yùn)動模型對某一汽車懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)答：參見課本第183頁。7汽車操縱性動力學(xué)的性能分析。答：汽車操縱動力學(xué)的性能分析包括穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析、穩(wěn)定性分析、頻率響應(yīng)分析。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析是一種穩(wěn)定的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，該狀態(tài)下，車輛的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)身角均為定值，從而使車輛以固定的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎行駛。它代表了車輛的基本操縱性能，并被作為一個公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)操縱性能的試驗(yàn)方法。穩(wěn)定性分析是沒有轉(zhuǎn)向角輸入的直線行駛狀態(tài)。實(shí)際中，通常指高速公路上以中、高速直線行駛的情況。穩(wěn)定性響應(yīng)是指在直線行駛條件下，車輛持續(xù)受到小的干擾，如風(fēng)的擾動或不平路面的激勵，使其偏離本身平衡狀態(tài)的程度。車輛對外界擾動的瞬態(tài)響應(yīng)是相當(dāng)重要的，對于小型車輛，瞬態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)可按“有效方向剛度”和“阻尼特性”來分類。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)。很顯然，實(shí)際中沒有與之直接對應(yīng)的情況，因而這不代表實(shí)際駕駛情況。然而，它代表了車輛對轉(zhuǎn)向盤的一般動態(tài)響應(yīng)特征?，F(xiàn)實(shí)中的輸入大部分能被分解為不同頻率的正弦波；頻率響應(yīng)函數(shù)為系統(tǒng)提供了對各種不同頻率成分響應(yīng)的完整描述；最后的輸出實(shí)際上就是這些響應(yīng)的線性疊加。因此，可以說頻率響應(yīng)函數(shù)間接地為車輛對任何形式的轉(zhuǎn)向輸入響應(yīng)提供了一個完整描述。事實(shí)上，上述三種不同形式的分析結(jié)果，相互之間有滲透及關(guān)聯(lián)。8轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)模型的分析（兩個方向振動）答：參見課本265頁。9.汽車動力學(xué)主要的分析軟件概述。答：車輛動力學(xué)研究中常用的計(jì)算方法及軟件基本上分為以下幾類：在早期的汽車動力分析軟件中，大多采用的是面向目標(biāo)設(shè)計(jì)的仿真軟件。該仿真軟件是基于特定的車輛模型推導(dǎo)出一組運(yùn)動方程編寫而成，可對多組不同的參數(shù)值進(jìn)行反復(fù)運(yùn)算，并可獲得時域下的仿真結(jié)果。在仿真程序編寫前首先要保證模型的正確性。由于針對某一特定的車輛進(jìn)行程序的編寫，這也意味著編寫后的仿真模型不能修改，也不能添加其他的特性。HVOSM包括了一個很詳細(xì)的轎車動力學(xué)模型、一個輪胎模型和幾個可選的懸架系統(tǒng)模型。針對某特定的車輛，用戶在使用該軟件時需提供大量的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖表，可獲得時域的仿真結(jié)果。該軟件除用于車輛行駛、操縱動力學(xué)建模外，還可用于模擬碰撞分析。由于用戶不能根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的車輛進(jìn)一步開發(fā)、修改或更新模型，因此限制了該軟件的使用范圍。例如，他既沒有包含轉(zhuǎn)向系模型，也不能結(jié)合四輪驅(qū)動系統(tǒng)等其它形式。LVDS軟件是基于三維的非線性操縱模型，并結(jié)合了多種懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動橋類型，具有動畫輸出功能。但是由于模型的不可變性，用戶還是僅局限于得到仿真結(jié)果而已。近二十年來，隨著，計(jì)算機(jī)硬件和建模軟件解算能力的實(shí)質(zhì)性改善，對車輛這樣復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行高精度仿真的能力大大提高。多體系統(tǒng)動力學(xué)理論為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化提供了有力的支持。由于系統(tǒng)各部件的大位移運(yùn)動和空間非線性關(guān)系，在構(gòu)造動力學(xué)方程時面臨繁重的代數(shù)和微分運(yùn)