汽車系統(tǒng)動力學習題答案分析解析

1、1. 汽車系統(tǒng)動力學發(fā)展趨勢 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對汽車的舒適性、可靠性以及安全性也提出 越來越高的要求， 這些要求的實現(xiàn)都與汽車系統(tǒng)動力學相關(guān)。 汽車系統(tǒng)動力學是 研究所有與汽車系統(tǒng)運動有關(guān)的學科， 它涉及的范圍較廣， 除了影響車輛縱向運 動及其子系統(tǒng)的動力學響應(yīng)， 還有車輛在垂向和橫向兩個方面的動力學內(nèi)容， 隨 著多體動力學的發(fā)展及計算機技術(shù)的發(fā)展，使汽車系統(tǒng)動力學成為汽車CAE 技 術(shù)的重要組成部分， 并逐漸朝著與電子和液壓控制、 有限元分析技術(shù)集成的方向 發(fā)展，主要有三個大的發(fā)展方向： （1）車輛主動控制 車輛控制系統(tǒng)的構(gòu)成都將包括三大組成部分，即控制算法、傳感器技術(shù)和執(zhí) 行機

2、構(gòu)的開發(fā)。而控制系統(tǒng)的關(guān)鍵， 控制律則需要控制理論與車輛動力學的緊密 結(jié)合。 （2）多體系統(tǒng)動力學 多體系統(tǒng)動力學的基本方法是， 首先對一個由不同質(zhì)量和幾何尺寸組成的系 統(tǒng)施加一些不同類型的連接元件， 從而建立起一個具有合適自由度的模型； 然后， 軟件包會自動產(chǎn)生相應(yīng)的時域非線性方程， 并在給定的系統(tǒng)輸入下進行求解。 汽 車是一個非常龐大的非線性系統(tǒng)， 其動力學的分析研究需要依靠多體動力學的輔 助。 （3）“人車路”閉環(huán)系統(tǒng)和主觀與客觀的評價 采用人車閉環(huán)系統(tǒng)是未來汽車系統(tǒng)動力學研究的趨勢。作為駕駛者，人既 起著控制器的作用， 又是汽車系統(tǒng)品質(zhì)的最終評價者。 假如表達駕駛員駕駛特性 的駕駛員模

3、型問題得到解決后， “開環(huán)評價 ”與“閉環(huán)評價 ”的價值差別也許就不存 在了。因此，在人 車閉環(huán)系統(tǒng)中的駕駛員模型研究，也是今后汽車系統(tǒng)動力學 研究的難題和挑戰(zhàn)之一。 除駕駛員模型的不確定因素外， 就車輛本身的一些動力 學問題也未必能完全通過建模來解決。 目前，人們對車輛性能的客觀測量和主觀 之間的復雜關(guān)系還缺乏了解， 而車輛的最終用戶是人。 因此， 對車輛系統(tǒng)動力學 研究者而言，今后一個重要的研究領(lǐng)域可能會是對主觀評價與客觀評價關(guān)系的認 識 2. 目前汽車系統(tǒng)動力學的研究現(xiàn)狀 汽車系統(tǒng)動力學研究內(nèi)容范圍很廣， 包括車輛縱向運動及其子系統(tǒng)的動力學 響應(yīng)，還有車輛垂向和橫向動力學內(nèi)容。 及行駛動

4、力學和操縱動力學。 行駛動力 學研究路面不平激勵， 懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動和俯仰運動； 操縱動力 學研究車輛的操縱穩(wěn)定性，主要是輪胎側(cè)向力有關(guān)，引起的車輛側(cè)滑、橫擺、和 側(cè)傾運動。汽車系統(tǒng)動力學的研究可以分為三個階段： 階段一（ 20世紀 30 年代） 對車輛動態(tài)性能的經(jīng)驗性的觀察 開始注意到車輪擺振的問題 認識到車輛舒適性是車輛性能的一個重要方面 階段二（ 30年代50 年代） 了解了簡單的輪胎力學，給出了輪胎側(cè)偏角的定義 定義不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向 建立了簡單的兩自由度操縱動力學方程 開展了行駛平順性研究，建立了 K2 實驗臺， 引入前獨立懸架 階段三（ 1952 年以后） 通過試驗結(jié)

5、果和建模，加深了對輪胎特性的了解 在兩自由度操縱模型的基礎(chǔ)上，建立了包括側(cè)傾的三自由度操縱動力學 方程 擴展了對操縱動力學的分析，包括穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性分析 開始采用隨機振動理論對行駛平順性進行性能預測 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展 ,復雜的模型得到了明確的表達的方便的求解。 隨后的 發(fā)展中，逐步引進 ABS（防抱死制動系統(tǒng)） , TCS驅(qū)（ 動力控制系統(tǒng) ）,ASR（防滑轉(zhuǎn) 控制） ,DCS動（ 力學控制 ）,PPS液（ 壓助力）等技術(shù)，不斷地推動著汽車工業(yè)的發(fā)展。 3. 系統(tǒng)狀態(tài)方程表達及可控性和可觀性判斷 狀態(tài)方程表達式： 其中， X 為 對于同一個系統(tǒng)， 狀態(tài)變量的選取并不是唯一的， 關(guān)鍵是

6、這些變量要相互獨立， 而且其個數(shù) 等于微分方程的階數(shù)。 4. 分析建立汽車直線制動時的數(shù)學模型應(yīng)該 考慮哪幾個自由度？ 答： u v w p q r 需要考慮行駛方向和繞 y 軸的俯仰兩個自由度。 5. ABS 和 ASR的作用于有何異同？今后的發(fā) 展趨勢如何？ 答：相同點： 都是通過控制車輪相對地面的滑動以使車輪與地面的附著力保持較大值的 同時又具有良好的側(cè)向穩(wěn)定性。 不同點： 1、作用結(jié)果不同： ABS 用于控制汽車制動時的“拖滑”和保持汽車在制動 時的轉(zhuǎn)向性，提高制動效果和制動時的安全性； ASR是控制車輪驅(qū)動時的 “滑轉(zhuǎn)”， 用于提高汽車起步、加速及在滑溜路面上行駛時的牽引力和確保行駛

7、的穩(wěn)定性。 2、作用對象不同： ABS 通過控制車輪的制動力大小來抑制制動輪與地面的 滑動；而 ASR只對驅(qū)動輪實施制動控制。 3、作用域及作用時間不同： ABS 在汽車制動時工作，在車輪出現(xiàn)抱死時起 作用，當車速很低時不起作用； ASR在汽車行駛過程中都工作，在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn) 時起作用 發(fā)展趨勢： 1、和電子制動力分配 EBD(Electric Brake force Distribution) 集成,形成 ABS/ASR/EBD系統(tǒng) ,可以明顯改善并進步 ABS的功效。 2、和電 子穩(wěn) 定性 程序 ESP(Electronic Stability Program)系 統(tǒng)集 成,形成 ABS/

8、ASR/ ESP綜合控制系統(tǒng) ,可解除汽車制動、起步和轉(zhuǎn)向時對駕駛員的高要求。 3、和 汽 車 巡 航 自 動 控 制 ACC(Adaptive Cruise Control) 系 統(tǒng) 集 成 , 形 成 ABS/ASR/ACC綜合控制系統(tǒng) ,可解除汽車制動、 起步和保持安全車距方面對駕駛員 的高要求。 6. 與普通的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，四輪轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)有什么優(yōu)點？ 主要目的是改善整車的轉(zhuǎn)向特性和響應(yīng)特性。把后輪與前輪同相位轉(zhuǎn)向，可 以減小車輛轉(zhuǎn)向時的旋轉(zhuǎn)運動(橫擺)，改善高速行駛的穩(wěn)定性。把后輪與前輪 逆相位轉(zhuǎn)向，能夠改善車輛中低速行駛的操縱性，提高快速轉(zhuǎn)向性。 四輪轉(zhuǎn)向的目的 : 由于 0k 周期變化的激振動 車輪不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力； 車輪陀螺力矩； 懸架與轉(zhuǎn)向桿系統(tǒng)運動關(guān)系不協(xié)調(diào)也引起車輪繞主銷擺振； 2 偶然和單次性激勵 當汽車直線行駛時，汽車受偶然的側(cè)向陣風或汽車傳