ch1車輛動力學概述

《車輛動力學》

授課：廖抒華車輛動力學目標：介紹決定車輛動力學性能的基本力學原理車輛縱向運動（加速和制動等運動模式）乘適性（垂直和俯仰等運動模式）操縱性（側向、橫擺和側傾等運動模式）教材：喻凡林逸：《汽車系統(tǒng)動力學》

四篇計十九章基礎要求：《高等數(shù)學》、《理論力學》、《汽車構造》、《汽車理論》、《汽車設計》熟悉現(xiàn)有的分析方法熟悉相關術語車輛動力學：是車輛基本性能和車輛各系統(tǒng)綜合集成的基礎理論,是研究所有與車輛系統(tǒng)運動有關的學科。參考書1.[美]ThormasD.Gillespie（趙六奇金達鋒譯）：車輛動力學基礎.北京：清華大學出版社.2006.122.[英]DaveCrolla,喻凡：車輛動力學及其控制.北京：人民交通出版社.2004.13.張洪欣：汽車系統(tǒng)動力學.上海：同濟大學出版社.1996.124.郭孔輝：汽車操縱動力學.長春：吉林科學技術出版社.1991.125.雷雨成：汽車系統(tǒng)動力學及仿真.北京：國防工業(yè)出版社.19976.[德]M.Mitschke（陳蔭三譯）汽車動力學.北京：人民交通出版社.1997緒篇

概論和基礎理論

第一章

車輛動力學概述§1-1

歷史回顧一、早期研究

著名學者:[英]FrederickW.Lanchester(過多轉向)，[法]Broulheit(輪胎側偏)，[美]MauriceOlley(轉向特性)，[美]Clark,Butkunas,Healy,[德]Mitschke,Rieckert,Schunk(車輛建模),[美]Segel(二度汽車模型),Milliken,Whitcomb(操穩(wěn))機構：MIRA

階段一（到20世紀30年代）對車輛動態(tài)性能的經(jīng)驗性觀察開始注意到車輪擺振問題認識到乘坐舒適性是車輛性能的一個重要方面二、車輛動力學發(fā)展階段（Segel）

車輛動力學起源：20世紀30年代。階段三（從1952年以后）通過實驗結果分析和建模研究，加深了對輪胎特性的認識在兩自由度操縱模型的基礎上，建立了考慮車身側傾的三自由度操縱動力學方程拓展了對操縱動力學的分析，包括穩(wěn)定性和轉向響應特性分析開始采用隨機振動理論對行駛平順性進行性能預測了解了簡單的輪胎力學，給出了輪胎側偏角的定義定義了不足轉向與過度轉向?qū)囕v的穩(wěn)態(tài)轉向特性有所了解建立了簡單的兩自由度車輛操縱動力學方程開始進行有關車輛行駛平順性的試驗研究，建立了K2試驗臺，提出了“平穩(wěn)行駛”的概念引入了前獨立懸架

階段二（從20世紀30年代初期到1952年）三、車輛動力學的近期發(fā)展

圖1-1底盤控制系統(tǒng)與車輛動力學關系示意圖

理論發(fā)展試驗進展

汽車底盤控制技術§1-2

研究內(nèi)容和范圍

一、縱向動力學二、行駛動力學

研究內(nèi)容：乘坐舒適性，良好的車身姿態(tài)，車輪動載荷的合理分配主要行駛舒適性問題

次級行駛舒適性問題圖1-2與車輛行駛動力學有關的主要性能及參數(shù)研究內(nèi)容：車輛直線運動及其控制問題，主要是研究車輛沿前進方向的受力與其運動的關系

重點：驅(qū)動動力學、制動動力學三、操縱動力學

1.

研究內(nèi)容：一是操縱性（車輛能夠準確地響應駕駛員裝箱指令的能力）；二是穩(wěn)定性（車輛受到外界擾動后恢復原來運動狀態(tài)的能力）2.

研究方法：經(jīng)驗和分析3.

研究重點：車輛動力學模型，輪胎模型，轉向特性

轉向評價指標：車輛“穩(wěn)定裕度”，即bCar-aCafbCar-aCaf>0為不足轉向，bCar-aCaf<0為過渡轉向

相關影響因素：l）與負載情況有關的車輛質(zhì)心位置；2）與輪胎的結構、尺寸和胎壓有關的輪胎側偏剛度；3）前、后輪外傾角；4）前、后軸載荷轉移；5）側傾轉向效應；6）變形轉向效應?！?-3

車輛特性和設計方法

一、期望的車輛特性車輛縱向動力學性能：很好的動力性、燃油經(jīng)濟性和制動性乘坐舒適性：駕駛員和乘員感受到的加速度水平降至最小；操縱性：一是對于擾動，車輛所產(chǎn)生的運動響應必須控制在最小范圍；二是對駕駛員的輸入響應達到最優(yōu)4.

研究范圍：線性域：側向加速度約小于0.3~0.4g時通常意味著車輛在高附著路面作小轉向運動非線性城：在超過線性城且小于極限側向加速度（約為0.8g）范圍內(nèi)非線性聯(lián)合工況：通常指車輛在轉彎制動或轉彎加速時的情況

對車輛操縱特性的期望

穩(wěn)定性

可操縱性一致性常規(guī)性圖1-3駕駛員開環(huán)和閉環(huán)操縱控制示意圖a)開環(huán)控制模式；b)閉環(huán)控制模式

駕駛員的操縱控制模式二、

設計方法

良好的操縱穩(wěn)定性評價：l）使車輛對于外界干擾（風、路面）的響應降至最低；2）確保滿意的控制響應特性；3）確保沒有顯著的或不可控的不穩(wěn)定特性；4）為駕駛員提供足夠的信息；5）提供合理的最大加速度值、輪胎滑移告警、可以接受的突變和回復特性；6）當環(huán)境條件改變（諸如路面不平時），系統(tǒng)性能表現(xiàn)盡量一致。

對車輛動力學問題求解途徑

車輛數(shù)學建模（動力學方程）

動力學方程的求解

用所求出的結果對實際車輛進行分析解釋

車輛動力學建模的目的

描述車輛動力學特性

預測車輛性能并由此產(chǎn)生一個最佳方案

解釋現(xiàn)有設計中存在的問題，并提出解決方案圖1-4車輛設計的迭代循環(huán)過程

車輛動力學分析設計過程§1-4術語、標準和法規(guī)一、坐標系（SAE標準）圖1-5描述車身運動的SAE標準坐標系平衡條件（EquilibriumCondition）指穩(wěn)定狀態(tài)下車輛的基準條件。它是指在恒定輸入下（通常是零輸入）的車輛狀態(tài)，在車輛穩(wěn)定性分析及控制中通常作為分析的參考點。二、專用術語二、專用術語(續(xù))干擾（Perturbations）指在平衡條件下系統(tǒng)參數(shù)的小幅度波動。穩(wěn)態(tài)（SteadyState）指當周期性（或恒定）操縱輸入（或擾動輸入）施加在車輛上引起的周期性（或恒定）車輛響應，在任意長的時間內(nèi)不發(fā)生變化時，便稱該車輛處于穩(wěn)態(tài)。瞬態(tài)（TransientState）指車輛的運動響應和作用在車輛上的外力或操縱位置隨時間變化而變化，便稱此時車輛的運動處于瞬態(tài)。阿克曼（Ackermann）轉向角

假定車輛轉彎時，輪胎作無側偏滾動，內(nèi)外車輪轉角必須不同。阿克曼轉向原理被用來描述車輛穩(wěn)態(tài)轉向時的運動學效應。三、

有