車輛系統動力學 複習提綱

2022-10-15 00:45:06 字數 4594 閱讀 7126

1. 簡要給出完整約束與非完整約束的概念2-23,24,25,

1)、約束與約束方程

一般的力學系統在運動時都會受到某些幾何或運動學特性的限制,這些構成限制條件的具體物體稱為約束,用數學方程所表示的約束關係稱為約束方程。

2)、完整約束與非完整約束

如果約束方程只是系統位形及時間的解析方程,則這種約束稱為完整約束。

完整約束方程的一般形式為:

式中,qi為描述系統位形的廣義座標(i=1,2,…,n);n為廣義座標個數;m為完整約束方程個數;t為時間。

如果約束方程是不可積分的微分方程,這種約束就稱為非完整約束。

一階非完整約束方程的一般形式為:

式中,qi為描述系統位形的廣義坐(i = 1, 2, …,n); 為廣義座標對時間的一階與數;n為廣義座標個數;m為系統中非完整約束方程個數;t為時間。

2. 解釋滑動率的概念3-7,8

1.滑動率s

車輪滑動率表示車輪相對於純滾動(或純滑動)狀態的偏離程度,是影響輪胎產生縱向力的乙個重要因素。

為了使其總為正值,可將驅動和被驅動兩種情況分開考慮。驅動工況時稱為滑轉率;被驅動(包括制動,常以下標b以示區別)時稱為滑移率,二者統稱為車輪的滑動率。

參照圖3-2,若車輪的滾動半徑為rd,輪心前進速度(等於車輛行駛速度)為uw,車輪角速度為ω,則車輪滑動率s定義如下:

車輪的滑動率數值在0~1之間變化。當車輪作純滾動時,即uw=rd ω ,此時s=0;當被驅動輪處於純滑動狀態時,s=1。

3. 輪胎模型中表達的輸入量和輸出量有哪些?3-22,23

輪胎模型描述了輪胎六分力與車輪運動引數之間的數學關係,即輪胎在特定工作條件下的輸入和輸出之間的關係,如圖3-7所示。

根據車輛動力學研究內容的不同,輪胎模型可分為:

1)輪胎縱滑模型主要用於**車輛在驅動和制動工況時的縱向力。

2)輪胎側偏模型和側傾模型主要用於**輪胎的側向力和回正力矩,評價轉向工況下低頻轉角輸入響應。

3)輪胎垂向振動模型主要用於高頻垂向振動的評價,並考慮輪胎的包容特性(包含剛性濾波和彈性濾波特性)。

4. 寫出幾種典型的tcs控制方式 6-60,61,62,6-66?

從理論上講,汽車驅動輪滑轉是由於驅動力矩超過了輪胎與路面間的附著極限,所以合理地減小汽車發動機扭矩或動力傳動中任何一環的傳遞扭矩都可以實現驅動防滑控制的目的,因此可以通過許多途徑來實現牽引力控制,如發動機管理、控制離合器、改變到驅動輪的傳動比、控制防滑差速器以及主動制動干涉等。

這些方法各有優缺點,實際應用中往往採用多種方法進行聯合控制,目前應用最為廣泛的是發動機扭矩控制與驅動輪制動控制的聯合控制方式。

5. 請畫出汽車底盤控制系統與車輛動力學的關係。傳統車輛動力學主要包括那三個方面的動力學研究?它們主要研究內容是什麼?

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

圖1-1 底盤控制系統與車輛動力學關係示意圖

長期以來,人們一直在很大程度上習慣按縱向、垂向和橫向分別獨立研究車輛動力學問題;而實際中的車輛同時會受到三個方向的輸入,各方向所表現的運動響應特性必然是相互作用、相互耦合的(圖1-1)。

縱向動力學:縱向動力學研究車輛直線運動及其控制的問題,主要是車輛沿前進方向的受力與其運動的關係。按車輛工況的不同,可分為驅動動力學和制動動力學兩大部分。

行駛動力學:與車輛行駛動力學有關的主要效能及引數如圖1-2所示。在有限的懸架工作空間內,設計人員必須為駕駛員和乘客提供良好的乘坐舒適性、良好的車身姿態,以及對車輪動載荷的合理控制。

行駛動力學研究中的首要問題是建立考慮懸架特性在內的車輛動力學模型,而分析這些動力學問題的最簡單的數學模型應該是具有七自由度的整車系統模型。

隨著功能愈來愈強大的多體動力學**軟體的普及應用,包括襯套等複雜細節在內的車輛模型也可以方便地得到。

操縱動力學: 在車輛動力學研究中,操縱動力學的內容最為豐富,將在第三篇中加以介紹。

由於輪胎的重要性,因此操縱動力學建模中必須要與輪胎模型精度相吻合,否則建立的操縱模型將失去意義。

分析車輛操縱特性可以從最基本的兩自由度車輛模型人手,該模型中,車輛向前的速度被假定為恆定的,而兩個變數分別是車輛的側向速度和橫擺速度。雖然基本模型看似簡單,但它為操縱效能分析提供了十分重要的基礎。**性範圍內,兩自由度模型的預估精度可能會達到70%以上。

操縱動力學的研究範圍分為三個區域:

線性域:側向加速度約小於0.4g時,通常意味著車輛在高附著路面作小轉向運動;

非線性域:在超過線性域且小於極限側向加速度(約為0.8g)範圍內;

非線性聯合工況:通常指車輛在轉彎制動或轉彎加速時的情況。

6. 畫出汽車平順性分析的七自由度模型? 並列出這七個自由度? 二-62?63? 二-68,69,70

首先從七自由度車輛模型開始介紹,如圖11-1所示。

假定車身是乙個剛體,當車輛在水平面做勻速直線運動時。車身具有上下跳動、俯仰、側傾三個自由度;兩個前輪分別具有垂向運動的自由度;剩下的兩個自由度是表示獨立懸架的兩個後輪垂向運動(或非獨立懸架中後軸的垂向跳動和側傾轉動)。

7. 論述傳動系扭轉振動分析的建模方法、模型引數的獲取和激振力矩確定的一般方法?自由振動分析的目的是什麼?強迫振動分析的目的是什麼?7-18?

1)首先分析扭振系統的激振源,

2)然後簡化動力傳動系統的扭振系統,建立動力傳動系統的當量扭振模型,

3)對系統的固有頻率和振型進行分析,確定系統的共振轉速,

4)分析在穩態工況下傳動系統各軸段由於發動機週期性激振轉矩引起的載荷變化特徵。

1.自由振動分析的目的:取得扭振系統的固有頻率和振型;

2.強迫振動分析的目的:進行發動機週期性的激振轉矩使傳動系統產生受迫振動,從而傳動系統各軸段引起載荷的週期性變化的分析。

8. 寫出輪胎模型「魔術模型」中縱向力、側向力和回正力矩的公式,並解釋公式中各個物理量的含義及該模型的特點。3-30,31,32

「魔術公式」輪胎模型

魔術公式」輪胎模型(magic formula tiremodel)由pacejka教授提出,它以三角函式組合的形式來擬合輪胎試驗資料,得出了一套形式相同並可同時表達縱向力、側向力和回正力矩的輪胎模型,故稱為「魔術公式」。其形式如下:

y= dsin (3-8)

式中,y可以是縱向力、側向力或回正力矩,而自變數x可以在不同的情況下分別表示輪胎側偏角或縱向滑移率。

「魔術公式」輪胎模型的特點是:

1)用一套公式可以表達出輪胎的各向力學特性,統一性強,程式設計方便,需擬合引數較少,且各個引數都有明確的物理意義,容易確定其初值。

2)無論對側向力、縱向力還是回正力矩,擬合精度都比較高。

3)由於「魔術公式」為非線性函式,引數的擬合較困難,有些引數與垂直載荷的關係也是非線性的,因此計算量較大。

4)c值的變化對擬合的誤差影響較大。

5)不能很好地擬合小側偏情況下輪胎的側偏特性。

9. 輪胎的滾動阻尼由那些部分組成?各部分在總阻尼中的權重?

滾動車輪產生的所有阻力被定義為車輪滾動阻力,主要包括輪胎滾動阻力分量、道路阻力分量和輪胎側偏阻力分量。其中,輪胎側偏阻力分量是由輪胎的側向載荷使輪胎側偏而產生的附加輪胎縱向阻力。由不平路面、塑性路面和溼路面等道路情況引起的附加阻力稱為道路阻力分量。

此外,除了由軸承摩擦和輪胎與地面相對滑動造成的摩擦阻力外,胎內氣流流動以及轉動的輪胎對外部空氣造成的風扇效應都會引起輪胎的滾動阻力,但均為次要影響因素,因此通常它們包含於車輪阻力中,並不單獨列出。

根據作用機理的不同,輪胎滾動阻力還可以進一步分解為彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風扇效應阻力,

10. 路面輸入模型有幾種? 並寫出其數學表示式?二-34,39,45,46

11. 車輛懸架系統效能定量評價指標有哪些引數? 並簡述各引數的作用? 三-116,117,118

舒適性?

一、側傾轉向係數

當車身發生傾傾時,會在前軸或後軸上分別產生附加的轉向角δfф和δrф ,與車身側傾角ф的關係分別如下:

對於前軸,前輪轉向角必須包括附加側傾轉向角δfф和由轉向系統產生的轉向角δfs中(即δf=δfs+δfф)。因此,對前輪胎側偏角的計算中需加以考慮,即:

而前輪的橫擺角速度則為

對作用為非轉向輪的後輪而言,轉向角δr僅由車身側傾轉向角ф引起,因而後輪輪胎側偏角為:

二、側傾外傾係數

由車身側傾角ф產生的附加車輪外傾角γф為:

當γф較小時,通常認為它與所產生的輪胎側向力fyγ呈線性關係,即:

式中,cγ為常數,稱為「側傾外傾剛度」。在車輪動能的計算中應注意,由車身側傾引起的車輪外傾既影響車輪的平動動能,又影響其轉動動能。

三、側傾側向偏移係數

若將由車身側傾角ф引起的輪胎側向偏移yф表示為:

則在輪胎側向力計算中就應考慮由此導致的側偏角的變化,修正後的輪胎側偏角為:

由此可見,對車輪質心側向速度的修正計算出自兩個方面:一是來自於由車身側傾引起的輪胎側向偏移速度項;二是由側傾外傾所引起的附加項其中rd為車輪半徑)。於是,車輪質心處總的附加側向速度為:

以上懸架係數能夠以下述兩種方式影響系統的運動響應。首先,引起的車輪定位變化會在接地印跡處產生附加的側向力或橫擺力矩;其次,它們可以改變車輪質心的平移速度和轉動速度,從而影響系統的動能。

12. 車輛操縱特性分析的主要對那些特性進行分析,分別代表那種行駛工況?簡單闡述這三種分析的目的?三-26,

主要對表徵車輛操縱特性的穩態響應、穩定性和頻率響應進行分析。實際上,這三種分析分別代表了三種不同的行駛工況,因此,建立數值解與其相應的實際應用間的關係將十分重要。

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