《汽車動力學(xué)》課件

汽車動力學(xué)汽車動力學(xué)是一門研究汽車運(yùn)動規(guī)律及其與環(huán)境相互作用的學(xué)科。它涵蓋了汽車運(yùn)動的各個方面，包括直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動、轉(zhuǎn)向、制動和懸掛系統(tǒng)等。uj課程介紹課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生深入理解汽車運(yùn)動的原理，并掌握分析和解決汽車動力學(xué)問題的理論和方法。課程內(nèi)容本課程涵蓋車輛坐標(biāo)系、運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、車輪力學(xué)、車輛動態(tài)特性、操控性能、安全性能等內(nèi)容。導(dǎo)論汽車動力學(xué)是車輛工程的重要組成部分，研究車輛運(yùn)動規(guī)律和動力學(xué)特性。涉及車輛運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、輪胎力學(xué)、空氣動力學(xué)等多學(xué)科交叉融合。為車輛設(shè)計(jì)、控制、性能分析提供理論基礎(chǔ)，優(yōu)化車輛性能，提升安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。汽車基本結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)提供動力，將燃料轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動車輛前進(jìn)。底盤承載車輛，提供行駛穩(wěn)定性和舒適性，包括車架、懸架、轉(zhuǎn)向、傳動等系統(tǒng)。車身保護(hù)乘客，提供舒適性和安全性，包括車門、車窗、座椅等部件。輪胎與地面接觸，傳遞動力，提供轉(zhuǎn)向和制動功能，影響車輛行駛性能。車輛坐標(biāo)系11.車體坐標(biāo)系以車輛重心為原點(diǎn)，三個軸相互垂直。22.地面坐標(biāo)系以地面為參考系，三個軸相互垂直。33.輪胎坐標(biāo)系以輪胎中心為原點(diǎn)，三個軸相互垂直。44.坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系之間可以通過旋轉(zhuǎn)和平移轉(zhuǎn)換。平面運(yùn)動學(xué)車輛運(yùn)動軌跡描述車輛在水平平面上的運(yùn)動軌跡，如直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動等。速度和加速度分析車輛在平面上的速度和加速度，以及它們之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)向角和側(cè)滑角研究轉(zhuǎn)向角和側(cè)滑角對車輛運(yùn)動的影響，以及它們與速度和加速度的關(guān)系。運(yùn)動方程建立車輛平面運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。車輪力汽車車輪力是指汽車車輪與路面之間的作用力。車輪力可以分為縱向力、橫向力、垂直力三個方向的力?？v向力是指汽車前進(jìn)或后退時，車輪與路面之間的摩擦力。橫向力是指汽車轉(zhuǎn)向時，車輪與路面之間的摩擦力。垂直力是指汽車重力作用在車輪上的力。緊急制動1制動過程駕駛員踩下制動踏板，制動系統(tǒng)啟動。2減速過程制動器與制動盤或制動鼓摩擦，產(chǎn)生制動力，使車輛減速。3停止過程制動系統(tǒng)持續(xù)工作，最終使車輛完全停止。車輛橫向動態(tài)轉(zhuǎn)向輸入駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤控制方向，改變車輛行駛軌跡。側(cè)向力輪胎與路面產(chǎn)生的側(cè)向力，抵抗車輛側(cè)向運(yùn)動。側(cè)傾車輛在轉(zhuǎn)彎時，車身傾斜角度，影響穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向不足/轉(zhuǎn)向過度車輛轉(zhuǎn)向不足，轉(zhuǎn)彎半徑過大，轉(zhuǎn)向過度，轉(zhuǎn)彎半徑過小。車輛縱向動態(tài)加速性能車輛從靜止加速到一定速度所需要的時間，反映了車輛的動力性。制動性能車輛從一定速度到靜止所需要的時間，反映了車輛的安全性和穩(wěn)定性。爬坡性能車輛在坡道上行駛的能力，反映了車輛的動力儲備和傳動效率。經(jīng)濟(jì)性車輛在行駛過程中燃油消耗的效率，反映了車輛的節(jié)能環(huán)保性。車輛上下動態(tài)垂直運(yùn)動車輛上下動態(tài)研究車輛在行駛過程中受到路面不平整的影響，垂直方向的振動，包括車身跳動和俯仰運(yùn)動。影響因素影響車輛上下動態(tài)的因素包括懸掛系統(tǒng)剛度、阻尼系數(shù)、輪胎剛度、車身質(zhì)量、車輛速度以及路面狀況等。驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是汽車動力源，將燃料或電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動汽車行駛。汽車發(fā)動機(jī)是最常見的驅(qū)動系統(tǒng)，通過燃燒燃料產(chǎn)生動力。近年來，電動汽車興起，使用電機(jī)作為驅(qū)動系統(tǒng)，利用電力驅(qū)動汽車行駛。驅(qū)動系統(tǒng)類型影響車輛性能，如加速性能、燃油效率等。選擇合適的驅(qū)動系統(tǒng)是汽車設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要綜合考慮成本、性能、環(huán)保等因素。傳動系統(tǒng)變速箱將發(fā)動機(jī)輸出的動力傳遞到車輪，同時改變傳動比，使汽車能夠在不同速度下行駛。傳動軸連接變速箱和后橋，將動力傳遞到后輪，并使車輛能夠轉(zhuǎn)彎。差速器允許左右車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，使汽車能夠在轉(zhuǎn)彎時順利行駛。半軸將動力從差速器傳遞到車輪，并允許車輪在不平坦的路面上獨(dú)立轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，用于控制車輛方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向拉桿等組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是將駕駛員的轉(zhuǎn)向操作轉(zhuǎn)化為車輪的轉(zhuǎn)動，從而改變汽車的行駛方向。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保轉(zhuǎn)向操作的靈敏性和準(zhǔn)確性，同時也要保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。懸架系統(tǒng)懸架系統(tǒng)連接車身和車輪，在汽車行駛過程中起緩沖作用，吸收路面顛簸，提高乘坐舒適性。懸架系統(tǒng)還可以改善車輛操控性能，提高駕駛穩(wěn)定性，并確保車輪始終保持與路面良好的接觸。常見的懸架類型包括麥弗遜式懸架、雙橫臂式懸架、多連桿式懸架等。制動系統(tǒng)盤式制動器盤式制動器是現(xiàn)代汽車最常見的制動類型。它們提供良好的制動性能和耐用性。鼓式制動器鼓式制動器是一種較舊的制動類型，通常用于后輪。它們在成本和維護(hù)方面更實(shí)惠。電子制動系統(tǒng)電子制動系統(tǒng)（ABS）可防止車輪在制動時抱死，從而提高車輛的穩(wěn)定性和控制能力。輪胎特性輪胎花紋輪胎花紋影響抓地力和排水性能?；y類型包括塊狀、橫向、縱向和混合花紋。輪胎氣壓輪胎氣壓影響抓地力、操控性和燃油經(jīng)濟(jì)性。過低或過高的氣壓都會影響輪胎性能。輪胎磨損輪胎磨損會降低抓地力和操控性。定期檢查輪胎磨損情況并及時更換磨損嚴(yán)重的輪胎。輪胎溫度輪胎溫度影響抓地力、操控性和耐用性。過高的溫度會導(dǎo)致輪胎過熱，影響性能。道路附著特性摩擦系數(shù)道路附著特性主要由摩擦系數(shù)決定。摩擦系數(shù)反映了輪胎與路面之間的摩擦力大小。路面類型不同路面的摩擦系數(shù)差異很大，例如瀝青路面、水泥路面、沙石路面、冰雪路面等。路面狀態(tài)路面狀態(tài)也會影響摩擦系數(shù)，例如干燥路面、濕滑路面、積雪路面等。車輛速度車輛速度也會影響摩擦系數(shù)，速度越高，摩擦系數(shù)越低。駕駛員車輛模型駕駛員模型是車輛動力學(xué)研究的重要組成部分。駕駛員模型可分為兩種：行為模型和生理模型。行為模型主要描述駕駛員的駕駛行為，例如駕駛員的反應(yīng)時間、轉(zhuǎn)向輸入、制動輸入等。生理模型則主要描述駕駛員的生理狀態(tài)，例如駕駛員的疲勞程度、注意力集中程度等。駕駛員模型可以幫助研究人員更好地理解駕駛員在車輛行駛過程中的行為，以及駕駛員的行為如何影響車輛的運(yùn)動特性。駕駛員模型還可以用于開發(fā)新的駕駛輔助系統(tǒng)，例如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)等。車輛主動安全11.防抱死制動系統(tǒng)(ABS)防止車輪抱死，保持轉(zhuǎn)向控制。22.電子穩(wěn)定程序(ESP)防止車輛失控，增強(qiáng)穩(wěn)定性。33.自適應(yīng)巡航控制(ACC)自動調(diào)節(jié)車速，保持安全距離。44.車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(LDWS)監(jiān)測車輛位置，提醒駕駛員保持車道。車輛被動安全被動安全系統(tǒng)車輛被動安全系統(tǒng)旨在減輕碰撞事故對乘員的傷害。這些系統(tǒng)在事故發(fā)生后發(fā)揮作用，通過吸收沖擊力，分散能量，保護(hù)車內(nèi)人員。常見被動安全技術(shù)安全氣囊安全帶車身結(jié)構(gòu)防撞梁座椅頭枕安全籠車輛能源管理優(yōu)化燃油效率車輛能源管理系統(tǒng)旨在提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放，并延長行駛里程。電池管理系統(tǒng)對于電動汽車或混合動力汽車，BMS負(fù)責(zé)監(jiān)測電池狀態(tài)，優(yōu)化充電和放電過程。能量回收通過再生制動系統(tǒng)，將車輛減速產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，提升能源利用率。駕駛員行為分析智能能源管理系統(tǒng)可以分析駕駛員習(xí)慣，并提供節(jié)能駕駛建議，例如優(yōu)化加速和制動操作。新能源汽車動力學(xué)新能源汽車動力學(xué)研究電動汽車、混合動力汽車等新型汽車的運(yùn)動特性，關(guān)注能源效率、動力性能、操控穩(wěn)定性、安全性等方面。分析電機(jī)、電池、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件對車輛動力學(xué)的影響，探討新能源汽車的動力學(xué)特性與傳統(tǒng)汽車的差異，以及在行駛過程中遇到的特殊問題，例如電池能量管理、電機(jī)控制策略、車輛穩(wěn)定性控制等。仿真建模車輛動力學(xué)仿真建模是研究車輛運(yùn)動特性、優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)的重要工具，也是進(jìn)行虛擬測試和驗(yàn)證的重要手段。1模型驗(yàn)證與實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性2模型開發(fā)根據(jù)車輛參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型3場景設(shè)計(jì)模擬各種駕駛工況和道路條件4仿真分析模擬車輛運(yùn)動，分析性能指標(biāo)仿真建模方法可分為多種類型，例如多體動力學(xué)仿真、基于模型的系統(tǒng)仿真等，根據(jù)研究目的和精度要求選擇合適的建模方法。試驗(yàn)測試車輛動力學(xué)試驗(yàn)測試是驗(yàn)證車輛動力學(xué)模型和理論分析結(jié)果的重要手段，也是評估車輛性能和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1道路測試模擬實(shí)際道路環(huán)境，測試車輛的操控性能、穩(wěn)定性、舒適性等指標(biāo)。2臺架測試?yán)脤ｉT的測試臺架，模擬車輛的特定工況，測試車輛的動力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等性能。3虛擬仿真利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，構(gòu)建虛擬車輛模型，進(jìn)行虛擬測試，降低成本，提高效率。通過各種試驗(yàn)測試，可以獲得車輛動力學(xué)的真實(shí)數(shù)據(jù)，為車輛設(shè)計(jì)、研發(fā)和改進(jìn)提供依據(jù)。動力學(xué)優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)提高車輛的性能，例如操控性、穩(wěn)定性、舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性等。優(yōu)化方法懸架參數(shù)優(yōu)化輪胎特性匹配控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化工具仿真軟件試驗(yàn)測試優(yōu)化算法未來發(fā)展趨勢智能化車輛將具備更高級的自動駕駛能力,并與智能交通系統(tǒng)相融合.電動化電動汽車將成為主流,續(xù)航里程和充電基礎(chǔ)設(shè)施將得到大幅提升.輕量化采用輕質(zhì)材料和先進(jìn)的制造工藝,降低車輛重量,提高燃油經(jīng)濟(jì)性和性能.個性化車輛將更加注重用戶體驗(yàn),提供個性化的定制服務(wù),滿足多元化的需求.重要概念總結(jié)懸架系統(tǒng)緩沖路面顛簸，確保平穩(wěn)舒適的駕乘體驗(yàn)。輪胎提供抓地力，將發(fā)動機(jī)動力傳遞到地面。動力系統(tǒng)為車輛提供動力，實(shí)現(xiàn)車輛加速和行駛。制動系統(tǒng)控制車輛速度，實(shí)現(xiàn)安全停車。參考文獻(xiàn)汽車動力學(xué)《汽車?yán)碚摗?，陳志華，機(jī)械工業(yè)出版社《汽車構(gòu)造》，王延章，機(jī)械工業(yè)出版社《汽車懸架與