汽车系统动力学

1汽车系统动力学的主要研究内容、范围及其发展方向。答：内容和范围：严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及的范围很广，除了影响车辆纵向及其子系统的动力学响应（如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面的因素）外，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操纵动力学。行驶动力学主要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轮的运动；而操纵动力学研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆的侧滑、横摆和侧倾运动。发展方向：计算机技术和控制技术共同推动了现代汽车系统动力学的发展。随着各种底盘控制系统在车辆中应用的增长趋势及各功能控制系统集成程度的日益提高，车辆动力学在未来车辆控制系统设计中的作用将愈加重要，可以预见，未来的发展将在车辆主支控制、车辆多体动力学和向“人—车—路”闭环系统的扩展等方面有所体现。2汽车空气阻尼及怎么样降低汽车空气阻力。答：汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力成为空气阻力。空气阻力是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：FD=116×scwv2其中v3描述主动悬架的工作原理。答：主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力。由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动悬架。主动悬架是由电脑控制的一种新型悬架，具备三个条件：（1）具有能够产生作用力的动力源；（2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作；（3）具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定控制方式。因此，主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。另外，主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰2000款CL型跑车，当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度，电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。4可变阻尼半主动悬架的工作原理答：连续可变阻尼的半主动悬架，其减振器产生的阻尼力能独立地跟踪力需求信号，而与减振器本身的相对速度无关。根据四分之一单车轮模型，可写出半主动系统的运动方程如下：

mm其中，Ud如果悬架相对位移、车轮速度、车身速度可测，则作为有限状态反馈变量，阻尼器的控制力应为：

U由于半主动系统的非线性限制，其控制力Ud应用最优控制理论实际上并不能完全实现，因而还须增加一条附加控制律：

即当悬架相对速度与力需求信号符号相同时，则令控制力需求信号等于最优控制力；否则令控制力需求信号为零。本质上讲，半主动系统减振器没有能量输入机构，所需求的能量只是控制阀所需的电能而已。就控制力Ud而言，当它与悬架相对速度符号相反时，即阀口充分打开，减振器上的控制力为零。实际上，由于减振器内的粘滞阻力及控制阀口径的限制，控制力U5人体振动的反应。答：参见课本第166页部分6请用单轨半车辆行驶运动模型对某一汽车悬架进行设计答：参见课本第183页。7汽车操纵性动力学的性能分析。答：汽车操纵动力学的性能分析包括稳态响应分析、稳定性分析、频率响应分析。稳态响应分析是一种稳定的转弯状态，该状态下，车辆的前进速度和转身角均为定值，从而使车辆以固定的转弯半径转弯行驶。它代表了车辆的基本操纵性能，并被作为一个公认的标准操纵性能的试验方法。稳定性分析是没有转向角输入的直线行驶状态。实际中，通常指高速公路上以中、高速直线行驶的情况。稳定性响应是指在直线行驶条件下，车辆持续受到小的干扰，如风的扰动或不平路面的激励，使其偏离本身平衡状态的程度。车辆对外界扰动的瞬态响应是相当重要的，对于小型车辆，瞬态响应的品质可按“有效方向刚度”和“阻尼特性”来分类。频率响应分析是指车辆在转向角为正弦输入下的响应。很显然，实际中没有与之直接对应的情况，因而这不代表实际驾驶情况。然而，它代表了车辆对转向盘的一般动态响应特征。现实中的输入大部分能被分解为不同频率的正弦波；频率响应函数为系统提供了对各种不同频率成分响应的完整描述；最后的输出实际上就是这些响应的线性叠加。因此，可以说频率响应函数间接地为车辆对任何形式的转向输入响应提供了一个完整描述。事实上，上述三种不同形式的分析结果，相互之间有渗透及关联。8转向系统动力学模型的分析（两个方向振动）答：参见课本265页。9.汽车动力学主要的分析软件概述。答：车辆动力学研究中常用的计算方法及软件基本上分为以下几类：在早期的汽车动力分析软件中，大多采用的是面向目标设计的仿真软件。该仿真软件是基于特定的车辆模型推导出一组运动方程编写而成，可对多组不同的参数值进行反复运算，并可获得时域下的仿真结果。在仿真程序编写前首先要保证模型的正确性。由于针对某一特定的车辆进行程序的编写，这也意味着编写后的仿真模型不能修改，也不能添加其他的特性。HVOSM包括了一个很详细的轿车动力学模型、一个轮胎模型和几个可选的悬架系统模型。针对某特定的车辆，用户在使用该软件时需提供大量的相关数据和图表，可获得时域的仿真结果。该软件除用于车辆行驶、操纵动力学建模外，还可用于模拟碰撞分析。由于用户不能根据不同结构的车辆进一步开发、修改或更新模型，因此限制了该软件的使用范围。例如，他既没有包含转向系模型，也不能结合四轮驱动系统等其它形式。LVDS软件是基于三维的非线性操纵模型，并结合了多种悬架、转向系统和驱动桥类型，具有动画输出功能。但是由于模型的不可变性，用户还是仅局限于得到仿真结果而已。近二十年来，随着，计算机硬件和建模软件解算能力的实质性改善，对车辆这样复杂的系统进行高精度仿真的能力大大提高。多体系统动力学理论为复杂机械系统的结构设计、分析和优化提供了有力的支持。由于系统各部件的大位移运动和空间非线性关系，在构造动力学方程时面临繁重的代数和微分运