汽车动力学.ppt

课程基本定位:
以汽车理论、汽车构造为专业基础,运用力学分析和数学计算(预测)的方法,在动力学层面上求解汽车的主要使用性能,为汽车设计提出指导性意见。
但不深入涉及具体的参数设计和制造方法。
可以看做“高等汽车理论”。
基本概念:“车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科……”P4、5
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讲授内容:基本思想和基本理论,重要结论以及在汽车上的典型应用。目录:
绪篇:汽车系统动力学简介、汽车与外界的相互作用力——轮胎动力学与空气动力学。
第一篇:直线行驶问题——动力性、燃油经济性和制动性。
第二篇:由路面输入引起的行驶平顺性问题。
第三篇:操控性(操纵稳定性)问题。
各性能分析不是全然分开的,例如,与操控性有关的车辆稳定控制,放在第五章纵向动力学。P123. 这也体现了P5“长期以来……必然是相互作用、相互耦合的”思想。
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绪篇概论和基础理论
第一章车辆动力学概述
第一节历史回顾
上世纪20年代到70年代……P1~3。
“ABS是车辆底盘控制迈出的第一步。”P3
注意,现代意义的“控制”:传感器控制器执行器。
随后,发展了与之理论类似的牵引力控制TCS、驱动防滑ASR。(有的观点认为TCS=ASR)
进而发展出DSC和VDC等技术。(在车型营销领域,日系车可能采用车辆稳定性控制系统VSC的缩写,以博世为代表的德系车偏好采用ESP—电子稳定程序。ESP是VDC的商品名称。) 此部分内容,详见第六章。
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在悬架系统领域,提出了主动和半主动悬架技术(包括可变悬架的概念),并付诸应用。
在转向系统方面,则先后推出了四轮转向(4WS)、电子液压助力转向(PPS)和电动助力转向(EPAS,P4——常缩写为EPS)等。
……
系统动力学研究的工程应用价值,就是为这些先进控制技术提供理论基础。
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第二节研究内容和范围
基本受力分析的三个方向:P5~7
纵向——驱动与制动;
垂向——行驶动力学;(汽车理论的相关理论见下页)
横向(汽车理论偏好称之为“侧向”)——操纵动力学。
定义稳定裕度,其中Caf和Car分别为前、后轮胎的侧偏刚度,为绝对值。P6
稳定裕度为正,不足转向;为负,过多转向。
汽车理论中,定义稳定性因数,前后轮胎的
侧偏刚度k1和k2皆为负。K>0,不足转向;K<0,过多转向。
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第三节车辆特性和设计方法
一、期望的车辆特性
三个方向,操纵性能(横向)为本节主要讨论内容。P7
P8:垂向(乘坐舒适性)的优化思想:加速度为目标函数,悬架的有限工作空间和轮胎动载荷为约束条件。
与之类似,汽车理论的观点:平顺性分析的振动响应量有三个:车身加速度、悬架动挠度、车轮—地面的动载。
操纵性能的总体目标,简言之,就是操纵性+稳定性。原文P8
与之对应,汽车理论对“操纵稳定性”的定义:在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下,汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的方向行驶,且当遭遇外界干扰时,汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
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相较于其他方面,操纵性能的分析中,驾驶者的因素不容忽视。
或者说,不考虑驾驶员反馈因素的开环控制模型,是不真实的,是比较粗略的。
另参见P14
所期望的车辆操纵性:4点 P8
良好的操纵稳定性必备的特点:6条 P9
二、设计方法
P9
建模的目的:P10
第四节术语和约定见教材P10……
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第二章车辆动力学建模方法及基础理论
较多的力学和数学分析知识,很多不要求深入理解。
简要了解:
动力学方程(微分方程)的建立方法;P17
完整系统与非完整系统;P19
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第三章充气轮胎力学第一节概述
基本功用和基本特点 P30
一、轮胎坐标系与六分力 P30 (汽车理论观点,见下页)
二、车轮运动参数
包括驱动和制动(含被驱动P30)两种工况
rd应为没有地面驱(制)动力时的车轮滚动半