汽车系统动力学习题答案分析解析

1、1. 汽车系统动力学发展趋势 随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出 越来越高的要求， 这些要求的实现都与汽车系统动力学相关。 汽车系统动力学是 研究所有与汽车系统运动有关的学科， 它涉及的范围较广， 除了影响车辆纵向运 动及其子系统的动力学响应， 还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容， 随 着多体动力学的发展及计算机技术的发展，使汽车系统动力学成为汽车CAE 技 术的重要组成部分， 并逐渐朝着与电子和液压控制、 有限元分析技术集成的方向 发展，主要有三个大的发展方向： （1）车辆主动控制 车辆控制系统的构成都将包括三大组成部分，即控制算法、传感器技术和执 行机

2、构的开发。而控制系统的关键， 控制律则需要控制理论与车辆动力学的紧密 结合。 （2）多体系统动力学 多体系统动力学的基本方法是， 首先对一个由不同质量和几何尺寸组成的系 统施加一些不同类型的连接元件， 从而建立起一个具有合适自由度的模型； 然后， 软件包会自动产生相应的时域非线性方程， 并在给定的系统输入下进行求解。 汽 车是一个非常庞大的非线性系统， 其动力学的分析研究需要依靠多体动力学的辅 助。 （3）“人车路”闭环系统和主观与客观的评价 采用人车闭环系统是未来汽车系统动力学研究的趋势。作为驾驶者，人既 起着控制器的作用， 又是汽车系统品质的最终评价者。 假如表达驾驶员驾驶特性 的驾驶员模

3、型问题得到解决后， “开环评价 ”与“闭环评价 ”的价值差别也许就不存 在了。因此，在人 车闭环系统中的驾驶员模型研究，也是今后汽车系统动力学 研究的难题和挑战之一。 除驾驶员模型的不确定因素外， 就车辆本身的一些动力 学问题也未必能完全通过建模来解决。 目前，人们对车辆性能的客观测量和主观 之间的复杂关系还缺乏了解， 而车辆的最终用户是人。 因此， 对车辆系统动力学 研究者而言，今后一个重要的研究领域可能会是对主观评价与客观评价关系的认 识 2. 目前汽车系统动力学的研究现状 汽车系统动力学研究内容范围很广， 包括车辆纵向运动及其子系统的动力学 响应，还有车辆垂向和横向动力学内容。 及行驶动

4、力学和操纵动力学。 行驶动力 学研究路面不平激励， 悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰运动； 操纵动力 学研究车辆的操纵稳定性，主要是轮胎侧向力有关，引起的车辆侧滑、横摆、和 侧倾运动。汽车系统动力学的研究可以分为三个阶段： 阶段一（ 20世纪 30 年代） 对车辆动态性能的经验性的观察 开始注意到车轮摆振的问题 认识到车辆舒适性是车辆性能的一个重要方面 阶段二（ 30年代50 年代） 了解了简单的轮胎力学，给出了轮胎侧偏角的定义 定义不足转向和过度转向 建立了简单的两自由度操纵动力学方程 开展了行驶平顺性研究，建立了 K2 实验台， 引入前独立悬架 阶段三（ 1952 年以后） 通过试验结

5、果和建模，加深了对轮胎特性的了解 在两自由度操纵模型的基础上，建立了包括侧倾的三自由度操纵动力学 方程 扩展了对操纵动力学的分析，包括稳定性和转向响应特性分析 开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测 随着计算机技术的发展 ,复杂的模型得到了明确的表达的方便的求解。 随后的 发展中，逐步引进 ABS（防抱死制动系统） , TCS驱（ 动力控制系统 ）,ASR（防滑转 控制） ,DCS动（ 力学控制 ）,PPS液（ 压助力）等技术，不断地推动着汽车工业的发展。 3. 系统状态方程表达及可控性和可观性判断 状态方程表达式： 其中， X 为 对于同一个系统， 状态变量的选取并不是唯一的， 关键是

6、这些变量要相互独立， 而且其个数 等于微分方程的阶数。 4. 分析建立汽车直线制动时的数学模型应该 考虑哪几个自由度？ 答： u v w p q r 需要考虑行驶方向和绕 y 轴的俯仰两个自由度。 5. ABS 和 ASR的作用于有何异同？今后的发 展趋势如何？ 答：相同点： 都是通过控制车轮相对地面的滑动以使车轮与地面的附着力保持较大值的 同时又具有良好的侧向稳定性。 不同点： 1、作用结果不同： ABS 用于控制汽车制动时的“拖滑”和保持汽车在制动 时的转向性，提高制动效果和制动时的安全性； ASR是控制车轮驱动时的 “滑转”， 用于提高汽车起步、加速及在滑溜路面上行驶时的牵引力和确保行驶

7、的稳定性。 2、作用对象不同： ABS 通过控制车轮的制动力大小来抑制制动轮与地面的 滑动；而 ASR只对驱动轮实施制动控制。 3、作用域及作用时间不同： ABS 在汽车制动时工作，在车轮出现抱死时起 作用，当车速很低时不起作用； ASR在汽车行驶过程中都工作，在车轮出现滑转 时起作用 发展趋势： 1、和电子制动力分配 EBD(Electric Brake force Distribution) 集成,形成 ABS/ASR/EBD系统 ,可以明显改善并进步 ABS的功效。 2、和电 子稳 定性 程序 ESP(Electronic Stability Program)系 统集 成,形成 ABS/

8、ASR/ ESP综合控制系统 ,可解除汽车制动、起步和转向时对驾驶员的高要求。 3、和 汽 车 巡 航 自 动 控 制 ACC(Adaptive Cruise Control) 系 统 集 成 , 形 成 ABS/ASR/ACC综合控制系统 ,可解除汽车制动、 起步和保持安全车距方面对驾驶员 的高要求。 6. 与普通的前轮转向系统相比，四轮转向系 统有什么优点？ 主要目的是改善整车的转向特性和响应特性。把后轮与前轮同相位转向，可 以减小车辆转向时的旋转运动(横摆)，改善高速行驶的稳定性。把后轮与前轮 逆相位转向，能够改善车辆中低速行驶的操纵性，提高快速转向性。 四轮转向的目的 : 由于 0k 周期变化的激振动 车轮不平衡质量产生的离心惯性力； 车轮陀螺力矩； 悬架与转向杆系统运动关系不协调也引起车轮绕主销摆振； 2 偶然和单次性激励 当汽车直线行驶时，汽车受偶然的侧向阵风或汽车传