汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)習(xí)題答案

1、1. 汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)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(shí)現(xiàn)都與汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)。汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究所有與汽車系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的學(xué)科，它涉及的范圍較廣，除了影響車輛縱向運(yùn)動(dòng)及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，還有車輛在垂向和橫向兩個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，隨著多體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(gè)大的發(fā)展方向：（1）車輛主動(dòng)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(jī)構(gòu)的開發(fā)。而控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，控制律則需

2、要控制理論與車輛動(dòng)力學(xué)的緊密結(jié)合。（2） 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本方法是，首先對(duì)一個(gè)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(gè)具有合適自由度的模型；然后，軟件包會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)域非線性方程，并在給定的系統(tǒng)輸入下進(jìn)行求解。汽車是一個(gè)非常龐大的非線性系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)的分析研究需要依靠多體動(dòng)力學(xué)的輔助。（3）“人車路”閉環(huán)系統(tǒng)和主觀與客觀的評(píng)價(jià)采用人車閉環(huán)系統(tǒng)是未來汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的趨勢(shì)。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(píng)價(jià)者。假如表達(dá)駕駛員駕駛特性的駕駛員模型問題得到解決后，“開環(huán)評(píng)價(jià)”與“閉環(huán)評(píng)價(jià)”的價(jià)值差別也許就不存在了。因此，

3、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(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)問題也未必能完全通過建模來解決。目前，人們對(duì)車輛性能的客觀測(cè)量和主觀之間的復(fù)雜關(guān)系還缺乏了解，而車輛的最終用戶是人。因此，對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究者而言，今后一個(gè)重要的研究領(lǐng)域可能會(huì)是對(duì)主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)關(guān)系的認(rèn)識(shí)2. 目前汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究內(nèi)容范圍很廣，包括車輛縱向運(yùn)動(dòng)及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，還有車輛垂向和橫向動(dòng)力學(xué)內(nèi)容。及行駛動(dòng)力學(xué)和操縱動(dòng)力學(xué)。行駛動(dòng)力學(xué)研究路面不平激勵(lì)，懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)；操縱動(dòng)力學(xué)研究車輛的操縱穩(wěn)定性

4、，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(yùn)動(dòng)。汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究可以分為三個(gè)階段：階段一（20世紀(jì)30年代）對(duì)車輛動(dòng)態(tài)性能的經(jīng)驗(yàn)性的觀察開始注意到車輪擺振的問題認(rèn)識(shí)到車輛舒適性是車輛性能的一個(gè)重要方面階段二（30年代50年代）了解了簡單的輪胎力學(xué)，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(dòng)力學(xué)方程開展了行駛平順性研究，建立了K2實(shí)驗(yàn)臺(tái)，引入前獨(dú)立懸架階段三（1952年以后）通過試驗(yàn)結(jié)果和建模，加深了對(duì)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(dòng)力學(xué)方程擴(kuò)展了對(duì)操縱動(dòng)力學(xué)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(jī)振動(dòng)理論

5、對(duì)行駛平順性進(jìn)行性能預(yù)測(cè)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,復(fù)雜的模型得到了明確的表達(dá)的方便的求解。隨后的發(fā)展中，逐步引進(jìn)ABS（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）, TCS(驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)),ASR（防滑轉(zhuǎn)控制）,DCS(動(dòng)力學(xué)控制),PPS(液壓助力)等技術(shù)，不斷地推動(dòng)著汽車工業(yè)的發(fā)展。3. 系統(tǒng)狀態(tài)方程表達(dá)及可控性和可觀性判斷狀態(tài)方程表達(dá)式：其中，X為對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，狀態(tài)變量的選取并不是唯一的，關(guān)鍵是這些變量要相互獨(dú)立，而且其個(gè)數(shù)等于微分方程的階數(shù)。4.分析建立汽車直線制動(dòng)時(shí)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該考慮哪幾個(gè)自由度？答： u v w p q r × × × × 需要考慮行駛方向和繞y軸的俯

6、仰兩個(gè)自由度。5.ABS和ASR的作用于有何異同？今后的發(fā)展趨勢(shì)如何？答：相同點(diǎn)： 都是通過控制車輪相對(duì)地面的滑動(dòng)以使車輪與地面的附著力保持較大值的同時(shí)又具有良好的側(cè)向穩(wěn)定性。不同點(diǎn)：1、作用結(jié)果不同：ABS用于控制汽車制動(dòng)時(shí)的“拖滑”和保持汽車在制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向性，提高制動(dòng)效果和制動(dòng)時(shí)的安全性；ASR是控制車輪驅(qū)動(dòng)時(shí)的“滑轉(zhuǎn)”，用于提高汽車起步、加速及在滑溜路面上行駛時(shí)的牽引力和確保行駛的穩(wěn)定性。 2、作用對(duì)象不同：ABS通過控制車輪的制動(dòng)力大小來抑制制動(dòng)輪與地面的滑動(dòng)；而ASR只對(duì)驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)控制。3、作用域及作用時(shí)間不同：ABS在汽車制動(dòng)時(shí)工作，在車輪出現(xiàn)抱死時(shí)起作用，當(dāng)車速很低時(shí)不起作用

7、；ASR在汽車行駛過程中都工作，在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)起作用。發(fā)展趨勢(shì)：1、 和電子制動(dòng)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(jìn)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/ASR/ ESP綜合控制系統(tǒng),可解除汽車制動(dòng)、起步和轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)駕駛員的高要求。3、 和汽車巡航自動(dòng)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(dòng)、起步和保持安全車距方面對(duì)駕駛員的高

8、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(diǎn)？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(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（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0<k<1時(shí)，側(cè)向加速度及橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)增益均比前輪轉(zhuǎn)向汽車下降1-k倍，不足轉(zhuǎn)向量增大。高速時(shí)后輪與前輪具有同向轉(zhuǎn)角的4WS車具有更好的穩(wěn)定性；減小低速時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑，提高轉(zhuǎn)彎的靈活性；減小各種外部干擾對(duì)駕駛員駕駛操作的影響。7.操縱穩(wěn)定性的主動(dòng)控制的方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？1.ABS 控制輪胎的制動(dòng)力，

9、可以防止制動(dòng)車輪抱死及制動(dòng)穩(wěn)定性的更喪失。2. ASR控制輪胎的驅(qū)動(dòng)人力，可以避免驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)，提高驅(qū)效能和安全性。3. 4WS 控制四個(gè)車輪上縱向的有無、大小、方向及分配，可以保證車輛在各種運(yùn)動(dòng)工況下的穩(wěn)定性并提高操縱性能。4. ARC 主動(dòng)改變是懸架的抗側(cè)傾特性，可以保證車身的正常姿勢(shì)，并間接地改善汽車的轉(zhuǎn)彎性能。5. VDC 控制輪胎的側(cè)向力，可以改善汽車轉(zhuǎn)向操縱性能并提高抗側(cè)向干擾能力。6. ESP 電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。除了ABS和ASR的優(yōu)點(diǎn)之外，VDC還在以下幾方面改善主動(dòng)駕駛安全性：a. 即使在臨界的側(cè)向動(dòng)態(tài)狀況也能提供給駕駛員一種主動(dòng)的支持。b. 在所有工作模式達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)也

10、可增強(qiáng)車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛能力。c. 即使在極端的轉(zhuǎn)向操作中，也可增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性，使滑溜的危險(xiǎn)迅速減少。d. 改善車輛的驅(qū)動(dòng)能力并縮短制動(dòng)距離。8.為什么要設(shè)計(jì)車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)？它對(duì)提高汽車的性能主要表現(xiàn)在哪些方面？車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制(VDC)出現(xiàn),它兼容了ABS和TRC的優(yōu)勢(shì)功能,使車輛在各種路面和各種工況下都獲得良好的操縱穩(wěn)定性和方向性,大大降低交通事故的發(fā)生及其傷害。當(dāng)汽車的運(yùn)動(dòng)處在極限狀況的非線性狀態(tài)時(shí),如在高速大轉(zhuǎn)彎、換車道、超車、轉(zhuǎn)彎剎車時(shí),存在單獨(dú)車輪的側(cè)偏剛度迅速下降,汽車對(duì)駕駛員操縱失去應(yīng)有的響應(yīng),車輛的運(yùn)行狀態(tài)偏離駕駛員期望的行駛狀態(tài),尤其在冰雪等低附著路面條件下,

11、容易導(dǎo)致過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向,車輛發(fā)生危險(xiǎn)。VDC電子控制單元在上述情況發(fā)生時(shí),根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、制動(dòng)主缸壓力傳感器的信號(hào)、油門踏板位置判斷駕駛員的駕駛意圖,估算出駕駛員期望的汽車行駛狀態(tài)值。再根據(jù)檢測(cè)得到的實(shí)際汽車狀態(tài)與期望的汽車狀態(tài)的差值,通過反饋控制邏輯計(jì)算出穩(wěn)定橫擺力矩,然后在單獨(dú)車輪上面施加滑移率控制,直接調(diào)節(jié)車輛的側(cè)向受力情況,使汽車按駕駛員預(yù)定的軌跡行駛,保證車輛的行駛安全。研究表明,車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng)能夠大幅度提高車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性,能夠適應(yīng)各種路面和行駛工況,取得了良好的主動(dòng)控制效果。9.車輪跳動(dòng)對(duì)汽車前輪定位參數(shù)的影響進(jìn)行仿真分析一般來說，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)

12、擺動(dòng)中心的位置將發(fā)生變化，瞬時(shí)中心位置的改變又會(huì)引起車輪在上下跳動(dòng)時(shí)傾角的非線性變化如果上下臂相等，瞬時(shí)中心的位置將保持不變；如果上下臂相等且傾角相同，則車輪上下跳動(dòng)時(shí)兩個(gè)定位角度保持不變10.主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架比較？被動(dòng)式懸架，剛度和阻尼不能隨頻率而調(diào)節(jié)，因而即使采用優(yōu)化方法來設(shè)計(jì)也只能把其性能改善到一定的程度。主動(dòng)式懸架也可稱為“ 可調(diào)懸架” ，它主要通過各種反饋信息實(shí)現(xiàn)懸架剛度和阻尼值的可調(diào)，以同時(shí)改善了汽車行駛的舒適性和安全性，但是主動(dòng)式懸架的執(zhí)行機(jī)械需要選用高精度的液壓伺服缸，需要復(fù)雜的傳感器和儀器設(shè)備，需要較多的外部動(dòng)力來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故其成本很高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性影響因素多11.懸

13、架對(duì)汽車性能的影響是什么？其發(fā)展趨勢(shì)怎樣？懸架是汽車的重要總成之一，它對(duì)汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有著極其重要的影響，懸架系統(tǒng)的基本功能：1緩和路面不平的沖擊，使汽車行駛平順、乘坐舒適；2車輪跳動(dòng)時(shí)使車輪定位參數(shù)變化小，保證良好的操縱穩(wěn)定性；3使車輪與地面有良好附著性，較小車輪動(dòng)載變化，以保證良好的安全性。被動(dòng)懸架無外部能量消耗，但剛度和阻尼不能隨頻率而調(diào)節(jié)；主動(dòng)懸架，能快速響應(yīng)調(diào)節(jié)，但耗能較大；半主動(dòng)懸架，調(diào)節(jié)響應(yīng)較快，耗能較少，將會(huì)是目前一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展的方向。12.怎樣用數(shù)學(xué)模型描述輪胎的動(dòng)力學(xué)特性，其目的是什么？在物理模型中，輪胎通常被簡化成一系列理想化和具有給定的物理特性的徑向排列的彈性單元體。必要的話，還要給出這些彈性單元體在道路表面的滑動(dòng)能力，以及由于相鄰單元體連結(jié)或包絡(luò)的胎面而引起的約束，旨在根據(jù)輪胎與路面之間的相互作用機(jī)理和力學(xué)關(guān)系建立模型，以模擬力或力矩產(chǎn)生的機(jī)理和過程13.汽車前輪擺振現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的，其主要原因？所謂的汽車前輪擺振就是汽車行駛中，前轉(zhuǎn)向輪有時(shí)會(huì)發(fā)生其主銷作周期性的角振動(dòng)1> 周期變化