2013级车辆工程研究生汽车系统动力学大作业

第一篇：2013级车辆工程研究生汽车系统动力学大作业

2013级车辆工程研究生《汽车系统动力学》大作业

一、问题（每题20分）

1、比较二种以上典型汽车轮胎模型。（参考相关论文，可结合ADAMS等相关软件中轮胎模型对轮胎特性进行较为深入的分析。）

2、3、设计基于单轮制动动力学的ABS，分析其采用的控制算法。进行商用车侧翻动力学研究，分析影响其侧翻的敏感因素。通读一篇相关汽车侧翻稳定性英文论文，并简要阐述所研究的内容。

4、分析主动悬架和半主动悬架综合性能及其局限性。（参考相关教材与文献）

5、二、要求

1、打印；

2、有封面；

3、图文并茂；

4、按论文规范列出参考文献。

三、时间

本学期放假前一周周四下午。综述汽车NVH控制技术，并开展基于LMS的汽车噪声分析与优化。

第二篇：车辆系统动力学复习重点

1.系统动力学研究内容及发展趋势 研究内容

长期以来，人们一直在很大程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题；而实际中的车辆同时会受到三个方向的输入，各方向所表现的运动响应特性必然是相互作用、相互耦合的.纵向动力学：纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。行驶动力学：主要是研究由路面的不平激励，通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰以及车辆的运动。

操纵动力学：主要研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。

操纵动力学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度越小于0.4kg时，通常意味着车辆在高附着路面做小转向运动；

非线性域：在超过线性域且小于极限侧向加速度（约为0.8kg）范围内； 非线性联合工况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。

发展趋势：

（1）车辆主动控制：ABS,TCS等逐步向车身侧倾控制，可切换阻尼的半主动悬架和四轮底盘控制系统的集成，转向等当面扩展。通过控制算法、传感器技术和执行机构的开发实现的自动调节。

（2）车辆多体运动动力学：车辆的多刚体模型逐步向多柔体模型发型。可以准确分析虚拟样机的性能，检查虚拟样机的缺陷从而缩短产品的设计周期，节约试制费用，同时提高物理样机与最终产品之间的相似性。

（3）“人—车—路”闭环系统：充分考虑驾驶员模型以及车辆本身的一些动力学问题来提高汽车稳定性。

2.轮胎滚动阻力概念及其分类：

概念：当充气的轮胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直线滚动时，其外缘中心对称面与车轮滚动方向一致，所受到的滚动方向相反的阻力。分类：弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力。3.什么是滚动阻力系数？影响因素有哪些？

其值等于相应载荷作用下滚动阻力FR与车轮垂直载荷FX的比值。

影响因素：车轮载荷（反比）、胎压（反比）、车速（正比，先缓慢增加，再明显增加）、轮胎的结构设计、嵌入材料和橡胶混合物的选用。

4.滑动率S：表示车辆相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度。驱动工况时称为滑转率，被驱动（包括制动，常以下标b以示区别）时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。若车轮的转动半径为rd,轮心前进速度（等于车辆行驶速度）为uw,车轮角速度为ω，则 S在0~1之间变化。当车轮做纯滚动时，及uw=rdω,此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态是，s=1.5.轮胎纵向力与滑动率的关系（1）与滑转率之间的关系

一般情况下，由于轮胎初始的滑转主要由胎面的弹性变形引起的，因而一开始车轮力矩与驱动力随着滑转率呈线性关系增加，即OA段。当车轮力矩和驱动力进一步增加而导致部分轮胎胎面在地面上滑转时，驱动力和滑转率呈非线性关系，汽车行驶时驱动力迅速增加，即AB段，并在滑转率为15%~20%时达到最大值，当滑转率进一步增加时，会导致轮胎的不稳定工况，驱动力系数从峰值很快下降到纯滑转时的饱和滑动值。（2）与滑移率关系

车辆制动时，纵向制动力随着滑移率迅速增加，并达到最大值，然后随着滑移率增加，轮胎制动力开始逐渐下降或者显示平稳趋势，直到纯滑移达到饱和状态。

v6.轮胎侧偏角：车轮回转平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正。arctan(w)uw7.什么是轮胎侧偏刚度？影响因素有哪些？

轮胎侧偏角是影响轮胎侧向力的一个重要因素，定义为车轮平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正，用α表示。

在小侧偏角情况下，轮胎侧向力与侧偏角近似成比例，其比值称为轮胎侧偏刚度。影响因素：侧向载荷的影响；车轮定位的影响（车轮前束角和车轮外倾角）。

补充：（1）轮胎尺寸（成正比），（2）子午线轮胎笔斜角轮胎侧偏刚度高，钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎高，（3）直径相同，轮胎宽度越宽越高，（4）载重越小，侧偏刚度越小，（5）车速快，载荷越小，侧偏刚度越小（6）轮胎气压，越低刚度越大。（侧偏刚度越小，越容易甩尾）8.影响轮胎侧向力的因素

侧偏角：轮胎运行条件决定，取决于车辆前进速度、侧向速度、横摆角速度和转向角。垂向载荷：由车辆质量分布所决定，但随着载荷在纵向和侧向的重新分配。垂向载荷会发生变化。

车轮外倾角：转向角和通过悬架杆系作用的车身侧倾所决定，但对非独立悬架车辆来说，外倾角只取决于车轴的侧倾角。9.SAE标准轮胎运动坐标系：

10.SAE空气动力学坐标系

11.什么是空气阻力？包括哪些方面？

空气阻力：指汽车直线行驶时受到空气作用力在行驶方向的分力。

主要包括：压差阻力分量（形状阻力、内循环阻力、诱导阻力）和摩擦阻力两大部分组成，可能还受到侧向气流的影响。12.减少油耗的途径

燃油经济性指标包括：百公里燃油消耗量，瞬时燃油消耗量

（1）交通管理因素：包括交通管理系统、信号灯控制系统、驾驶员等因素，实际上均影响了车辆的行驶速度。

（2）车辆行驶阻力因素：在保证汽车安全性、人机工程、经济学和舒适性的同时，尽可能降低车辆行驶阻力，如减小整车质量、轮胎滚动阻力系数、空气阻力系数和迎风面积等。（3）尽可能降低附属设备（如空调，动力转向、动力制动等）的能耗；（4）提高传动系效率，使发动机功率尽可能多地传递到驱动轮上。

13.车辆加速上坡受力分析

14.制动性评价

（1）制动效能 即制动距离与制动减速度（2）制动效能的稳定性 即抗热衰退性，指车辆高速行驶或长下坡连续制动时保持一定制动效能的程度。

（3）制动时的方向稳定性 即制动时车辆不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。通常用制动时车辆按给定路径行驶的能力来评价。

15.制动跑偏原因

（1）汽车左右轮制动力不相等

（2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调。

16.为什么后轮抱死比前轮抱死更危险？（需答出制动跑偏的原因）

前轮抱死丧失转向能力，后轮抱死侧滑甩尾。如图a所示，后轮抱死拖滑，而前轮仍然处在滚动状态，可能由于路面倾斜坡度、侧风或者左右轮制动力不平衡等因素引起的侧向干扰力Fy作用于车辆质心，由于后轮抱死拖滑，后轮已无法提供侧向力来平衡Fy，而此时前轮产生的侧向力Fyf产生一个绕车辆质心的不稳定力矩Fyrfa,该力矩是车辆侧偏角β继续增加，导致车辆横摆加剧。图b中，前轮先于后轮抱死，后轮能够产生侧向力来形成一个使车辆会整的稳定力矩Fyrb，从而减小车辆的初始侧偏角β，因而是稳定工况。但前轮抱死之后，由前轮不能产生侧向力，会使车辆失去转向能力。因此时即使发生碰撞事故，从乘员保护系统的设计角度来看，正面碰撞导致的伤害一般比侧面碰撞要小得多。

17.为什么空载比满载更容易甩尾？

Β线和I线的交点为同步附着系数，从图中克制空载时同步附着系数小于满载时同步附着系数，因此空载时β曲线总是位于I曲线上方，φ>φ0, 制动时总是后轮先抱死，容易出现甩尾。

载重越小，侧偏刚度越小，更易发飘。

18.为什么操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性？

答：过多转向，转弯半径减小，易发生急转而侧滑或翻车，使汽车有失去稳定性的危险。而中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转变为过多转向特性。

19.过多转向特性如何改善？ 横向稳定杆

20.为什么加入横向稳定杆后，由过多转向变为不足转向？

汽车转弯时，有一横向倾斜，会导致汽车出现过多转向，而加入横向稳定杆之后，当汽车转向时，会产生一个平衡力，阻止汽车的倾斜，使汽车在转弯时保持平衡，从而能消除汽车的过多转向。

汽车在稳态行驶时，车厢侧倾角取决于侧倾力矩和悬架总的角刚度，悬架总的角刚度为前后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。当增加横向稳定杆之后，前悬架的侧倾角刚度增大，后悬架侧倾角刚度不变，所以前悬架作用于车厢的恢复力矩增加（总侧倾力矩不变），由此汽车前轴左右轮载荷变化就较大。在这种情况下，如果左右车轮轮胎的侧偏刚度在非线性区，则汽车区域增加不足转向量。21.VSC基本组成和工作原理 组成：车辆稳定性控制系统（VSC）主要由ABS（防抱死控制系统）,TCS（驱动力控制系统）,YSC（横摆力矩控制）三个子系统组成。前二在制动和加速时工作，直接来控制车轮的纵向滑动率，提高车辆的制动或驱动性能，同时间接控制车辆的侧向稳定性，YSC在车辆行驶的任何时刻都起作用，直接控制车辆的侧向稳定性（由车轮侧偏角和车辆横摆角速度表示）

作用：用来控制车辆的横摆力矩，限制车轮侧偏角在一定范围内，并在紧急情况下对车辆的行驶状态进行主动干预，防止车辆在高速行驶转弯或者制动过程中失控。

工作原理：由于车辆的行驶状态主要由行驶车速、侧向速度和横摆角速度反映，因而，VSC系统的ECU能根据转向盘转交和制动主缸压力等信号判断驾驶员的驾驶意图。计算出理想的车辆运行状态参数值，通过与各传感器测得的实际车辆状态信号值的比较，根据逻辑控制算法计算出期望的横摆力矩，然后通过控制液压调节系统，对各车轮施加制动力，以实现所需要的车辆横摆力矩。同时，还可以根据需要与发动机管理系统进行通信，改变驱动轮的驱动力以实现车辆运行状态调节。22.NVH 即：噪声（noise）、振动（vibration）、声振粗糙度（harshness）来描述汽车乘坐舒适性。23.1/4主动悬架动力学方程，并简化为状态方程。

第三篇：车辆系统动力学-复习提纲1

1.简要给出完整约束与非完如果约束方程是不可积分的微整约束的概念

分方程，这种约束就称为非完整约束。

1)、约束与约束方程

一阶非完整约束方程的一

一般的力学系统在般形式为：

运动时都会受到某些几何或运

动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数

学方程所表示的约束关系称为

、式中，qi为描述系统位形约束方程。的广义坐（i = 1, 2, „,n）； 为2）、完整约束与非完整约束 广义坐标对时间的一阶与 数；n

如果约束方程只是为广义坐标个数；m为系统中非系统位形及时间的解析方程，则完整约束方程个数；t为时间。这种约束称为完整约束。解释滑动率的概念3-7,8 完整约束方程的一般形式为：

1.滑动率S

车轮滑动率表示车轮相对于

纯滚动（或纯滑动）状态的偏离

式中，qi为描述系统程度，是影响轮胎产生纵向力的位形的广义坐标(i=1，2，„，n)；一个重要因素。

n为广义坐标个数；m为完整约

为了使其总为正值，可将驱束方程个数；t为时间。

动和被驱动两种情况分开考虑。驱动工况时称为滑转率；被驱动2.轮胎模型中表达的输入量

(2)轮胎侧偏模型和侧和输出量有哪些？3-22,23

倾模型主要用于预测轮胎的侧轮胎模型描述了轮胎六分力与向力和回正力矩，评价转向工况车轮运动参数之间的数学关系，下低频转角输入响应。

即轮胎在特定工作条件下的输

(3)轮胎垂向振动模型 入和输出之间的关系，如图3-7主要用于高频垂向振动的评价，所示。

并考虑轮胎的包容特性（包含刚

根据车辆动力学研性滤波和弹性滤波特性）。

究内容的不同，轮胎模型可分为：

(1)轮胎纵滑模型

主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。

（包括制动，常以下标b以示区别）时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。

参照图3-2，若车轮的滚动半径为rd，轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw，车轮角速度为ω，则车轮滑动率s定义如下：

车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮作纯滚动时，即uw=rd ω，此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。

3.写出几种典型的TCS控制方式 6-60,61,62，6-66? 从理论上讲，汽车驱动轮滑转是由于驱动力矩超过了轮胎与路

面间的附着极限，所以合理地减小汽车发动机扭矩或动力传动中任何一环的传递扭矩都可以实现驱动防滑控制的目的，因此可以通过许多途径来实现牵引力控制，如发动机管理、控制离合器、改变到驱动轮的传动比、控制防滑差速器以及主动制动干涉等。

这些方法各有优缺点，实际应用中往往采用多种方法进行联合控制，目前应用最为广泛的是发动机扭矩控制与驱动轮制动控制的联合控制方式。

长期以来，人们一直在很大程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题；而实际中的车辆同时会受到三个方向的输入，各方向所表现的运动响应特性必然是相互作用、相互耦合的（图1-1）。

纵向动力学：纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。

行驶动力学：与车辆行驶动力学有关的主要性能及参数如图1-24.请画出汽车底盘控制系统与车辆动力学的关系。传统车辆动力学主要包括那三个方面的动力学研究？它们主要研究内容是什么？

行驶动力学研究中的首要问题

1-15,1-26,1-31,32,33,1-34.35.36.37.38,1-39.40

是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型，而分析这些动力学问题的最简单的数学模型应该是具有七自由度的整车系统模型。

随着功能愈来愈强大的多体动力学仿真软件的普及应用，所示。在有限的悬架工作空间内，设计人员必须为驾驶员和乘客提供良好的乘坐舒适性、良好的车身姿态，以及对车轮动载荷的合理控制。

图1-1 底盘控制系统与车辆动力学关系示意图

包括衬套等复杂细节在内的车辆模型也可以方便地得到。操纵动力学： 在车辆动力学研究中，操纵动力学的内容最为丰富，将在第三篇中加以介绍。

由于轮胎的重要性，因此操纵动力学建模中必须要与轮胎模型精度相吻合，否则建立的操纵模型将失去意义。

分析车辆操纵特性可以从最基本的两自由度车辆模型人手，该模型中，车辆向前的速度被假定为恒定的，而两个变量分别是车辆的侧向速度和横摆速度。虽然基本模型看似简单，但它为操纵性能分析提供了十分重要的基础。在线性范围内，两自由度模型的预估精度可能会达到70％以上。

操纵动力学的研究范围分为三个区域：

线性域：侧向加速度约小于0.4g时，通常意味着车辆在高附着路面作小转向运动；

非线性域：在超过线性域且小于极限侧向加速度(约为0.8g)范围内；

非线性联合工况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。5.画出汽车平顺性分析的七自由度模型? 并列出这七个自由度? 二-62?63? 二-68,69,70

首先从七自由度车辆模型开始介绍，如图11-1所示。

假定车身是一个刚体，当车辆在水平面做匀速直线运动时。车身具有上下跳动、俯仰、侧倾三个自由度；两个前轮分别具有垂向运动的自由度；剩下的两个自由度是表示独立悬架的两个后轮垂向运动(或非独立悬架中后轴的垂向跳动和侧倾转动)。6.论述传动系扭转振动分析的建模方法、模型参数的获取和激振力矩确定的一般方法？自由振动分析的目的是什么？强迫振动分析的目的是什么？7-18？ 1）首先分析扭振系统的激振源，2）然后简化动力传动系统的扭振系统，建立动力传动系统的当量扭振模型，3）对系统的固有频率和振型进行分析，确定系统的共振转速，4）分析在稳态工况下传动系统各轴段由于发动机周期性激振转矩引起的载荷变化特征。

1．自由振动分析的目的：取得扭振系统的固有频率和振型；

2．强迫振动分析的目的：进行发动机周期性的激振转矩使传动系统产生受迫振动，从而传动系统各轴段引起载荷的周期性变化的分析。

7.写出轮胎模型“魔术模型”

3)由于“魔术公式”为中纵向力、侧向力和回正非线性函数，参数的拟合较困力矩的公式，并解释公式难，有些参数与垂直载荷的关系中各个物理量的含义及该也是非线性的，因此计算量较模型的特点。3-30,31,32

大。“魔术公式”轮胎模型

4)C值的变化对拟合 “魔术公式”轮胎的误差影响较大。

模型(Magic Formula TireModel)

5)不能很好地拟合小由Pacejka教授提出，它以三角

侧偏情况下轮胎的侧偏特性。函数组合的形式来拟合轮胎试验数据，得出了一套形式相同并8.轮胎的滚动阻尼由那些部可同时表达纵向力、侧向力和回分组成？各部分在总阻尼正力矩的轮胎模型，故称为“魔中的权重？

术公式”。其形式如下：

滚动车轮产生的所有阻力被定

y= Dsin{Carctan[BxaCαf。其中，a和b分别为前轴和后轴至车辆质心的距离；Cαf和Cαr，分别代表了前、后轮胎的侧偏刚度。设计者可以利用前后轮胎力（或力矩）的平衡关系，扩展稳定裕度这一概念。并以此来理解以下因素的影响：

a与负载情况有关的车辆质心位置；

b与轮胎的结构、尺寸和胎压有关的轮胎侧偏刚度； c前、后轮外倾角； d前、后轴载荷转移；

e侧倾转向效应； f变形转向效应。

13.下图为Bosch公司开发的ABS在高附着系数路面上的制动过程。请以此论述该ABS控制过程。6-6,11,12 制动抱死过程

1、首先，由于驾驶员的作用使制动器管路压力增大，车轮线速度变化比车速变化更快；

2、当车轮角加速度达到或小于某一门限值（-a），此时附着力接近最大值，制动压力保持在当前值不变。

3、若车轮转速小于滑移率门限值S1对应的值时，减小制动压力；

4、若车轮角速度再次达到门限值（-a）时，重新进入保压状态。

5、尽管此时制动压力保持稳定，但车轮因惯性作用会进一步加速转动。若车轮角加速度越过门限值（+A），则再次升高制动压力；

6、保持制动系统压力，使车轮角加速度在（+A）～（-a）之间，然后慢慢增压，直至车轮角加速度再次达到门限值（-a）；

7、本次循环以直接减压结束，然后进入下一个循环。

第四篇：汽车系统动力学试卷

考试内容：

1汽车系统动力学的研究范围、研究方法、特点及发展趋势。

2．轮胎侧偏动力学。掌握轮胎侧偏特性的定义、影响因素、模型类型，能够建立轮胎侧偏特性简化理论模型。

3．汽车前轮转向和四轮转向动力学。对于前轮转向汽车，能够推导其数学模型，掌握表征汽车稳态响应的参数及影响因素，瞬态响应和频率响应特性的分析；对于四轮转向汽车，能够推导其数学模型，掌握汽车四轮转向系统的控制方法。

4．驾驶员汽车闭环系统动力学。

掌握驾驶员模型类型，闭环系统研究特点。

5．悬架系统动力学。掌握悬架的分类、特点、评价指标，被动悬架、主动悬架系统模型的建立，悬架系统特性分析。

6．控制技术在汽车系统动力学研究中的应用。了解PID控制、最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等技术在汽车系统动力学研究中的应用。

第五篇：车辆工程研究生学校

· 北京科技大学车辆工程专业· 天津科技大学车辆工程专业 · 燕山大学车辆工程专业

· 大连理工大学车辆工程专业

· 东北大学车辆工程专业

· 哈尔滨工程大学车辆工程专业 · 同济大学车辆工程专业

· 上海交通大学车辆工程专业 · 上海理工大学车辆工程专业 · 东南大学车辆工程专业

· 中国矿业大学车辆工程专业 · 南京理工大学车辆工程专业

· 南京航天航空大学车辆工程专业 · 浙江大学车辆工程专业 · 浙江工业大学车辆工程专业

· 浙江理工大学车辆工程专业 · 山东科技大学车辆工程专业

· 华中科技大学车辆工程专业

· 武汉科技大学车辆工程专业

· 中南大学车辆工程专业

· 四川大学车辆工程专业

· 西南交通大学车辆工程专业

· 重庆大学车辆工程专业

· 西安交通大学车辆工程专业

· 长安大学车辆工程专业

· 西安工业大学车辆工程专业

· 西安建筑科技大学车辆工程专业

· 西安理工大学车辆工程专业 · 北京林业大学车辆工程专业

· 长沙理工大学车辆工程专业 · 沈阳理工大学车辆工程专业

· 华南理工大学车辆工程专业

· 福州大学车辆工程专业

· 山东大学车辆工程专业

· 太原理工大学车辆工程专业

· 兰州交通大学车辆工程专业

· 兰州理工大学车辆工程专业

· 贵州大学车辆工程专业

· 昆明理工大学车辆工程专业

· 青岛大学车辆工程专业

· 华东交通大学车辆工程专业

· 大庆石油学院车辆工程专业 · 辽宁工学院车辆工程专业

· 沈阳工业大学车辆工程专业

· 青岛理工大学车辆工程专业 · 合肥工业大学车辆工程专业 · 安徽农业大学车辆工程专业

· 中国矿业大学车辆工程专业 · 重庆交通大学车辆工程专业 · 重庆工学院车辆工程专业

· 华西大学车辆工程专业

· 华北水利水电学院车辆工程专业

· 石家庄铁道学院车辆工程专业

· 解放军理工大学车辆工程专业