汽车系统动力学

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1、汽车系统动力学汽车系统动力学教学大纲教学大纲一、课程性质与任务1课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。2课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车辆的动态载荷、转向动力学等。研究路面不平度激励的振动。了解该领域世界发展及最新成果。通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方法，为今后汽车系统动力学分析、从事该领域研究、开发奠定基础。二、课程教学基本要求本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科，其内容可按车辆运动方向分为纵向、垂向和侧向动力学三大部分。要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、

2、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学(垂向)和操纵动力学(侧向)内容。运用系统方法及现代控制理论，结合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试） （70%）平时成绩（平时测验、作业、课堂提问、课堂讨论等） （30） 。成绩评定采用百分制，60 分为及格。三、课程教学内容 绪篇概论和基础理论绪篇概论和基础理论 第一章第一章 车辆动力学概述车辆动力学概述1.教学基本要求让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、标准和法规、发展趋势。

3、2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、发展趋势。3.教学重点和难点教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、车辆特性和设计方法。教学难点是车辆特性和设计方法。4.教学内容第一节第一节 历史回顾历史回顾1.车辆动力学的历史发展第二节第二节 研究内容和范围研究内容和范围1.纵向动力学2.行驶动力学3.操作动力学第三节第三节 车辆特性和设计方法车辆特性和设计方法1.期望的车辆特性2.设计方法3.汽油机与柴油机速度特性的比较第四节第四节 术语、标准和法规术语、标准和法规1.汽车术语、标准和法规第五节第五节 发展趋势发展趋势1.

4、车辆的主动控制2.多体系统动力学3.闭环系统和主观与客观评价 第二章第二章 车辆动力学建模方法及基础理论车辆动力学建模方法及基础理论1.教学基本要求让学生了解动力学方程的建立方法、非完整系统动力学、多体系统动力学方法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了牛顿矢量力学体系、分析力学体系、虚功率原理、高斯原理；了解非完整系统动力学、非完整约束方程的实例、车辆动力学中应用非完整约束的利弊相应概念；理解多体系统动力学方法的研究方法3.教学重点和难点教学重点是动力学方程的建立方法、多体系统动力学方法。教学难点是非完整系统动力学。4.教学内容第一节第一节 动力学方程的建立方法动力学方

5、程的建立方法1.牛顿矢量力学体系2.分析力学体系3.虚功率原理4.高斯原理第二节第二节 非完整系统动力学非完整系统动力学1.非完整系统动力学2.非完整约束方程的实例3.车辆动力学中应用非完整约束的利弊第三节第三节 多体系统动力学方法多体系统动力学方法1.发展概况2.研究方法 第三章第三章 充气轮胎动力学充气轮胎动力学1.教学基本要求让学生了解汽车轮胎的功能、结构及发展、轮胎模型、轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车轮胎滚动助力、道路阻力、轮胎侧偏阻力、总的车轮滚动阻力、轮胎纵向力与滑动率的关系；轮胎垂向力学特性的

6、轮胎的垂向特性、轮胎噪声、轮胎垂向振动力学模型；轮胎侧向力学特性的纯转向工况、联合工况、整车建模对轮胎模型的考虑。3.教学重点和难点教学重点是轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。教学难点是轮胎力学模型。4.教学内容第一节第一节 概述概述1.轮胎坐标系2.车轮运动参数第二节第二节 轮胎的功能、结构及发展轮胎的功能、结构及发展第三节第三节 轮胎模型轮胎模型第四节第四节 轮胎纵向力学特性轮胎纵向力学特性1.轮胎滚动助力2.道路阻力3.轮胎侧偏阻力4.总的车轮滚动阻力5.轮胎纵向力与滑动率的关系第五节第五节 轮胎垂向力学特性轮胎垂向力学特性1.轮胎的垂向特性2.轮胎噪声3.轮胎垂向振

7、动力学模型第六节第六节 轮胎侧向力学特性轮胎侧向力学特性1.纯转向工况2.联合工况3.整车建模对轮胎模型的考虑第四章第四章 空气动力学基础空气动力学基础1.教学基本要求让学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆空气阻力。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆空气阻力相关概念。3.教学重点和难点教学重点是汽车车辆空气阻力。教学难点是汽车车辆空气阻力。4.教学内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 空气的特性空气的特性1.空气密度2.空气粘度第三节第三节 伯努利方程伯努利方程第四节

8、第四节 压力分布和压力系数压力分布和压力系数1.压力分布2.压力系数第五节第五节 实际气流特性概述实际气流特性概述第六节第六节 空气动力学试验空气动力学试验1.风洞试验2.雷偌数3.流场可视化第七节第七节 车辆空气阻力车辆空气阻力1.SAE 坐标系2.空气阻力系数 第一篇纵向动力学第一篇纵向动力学 第五章第五章 纵向动力学性能分析纵向动力学性能分析1.教学基本要求让学生了解动力的需求与供应、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制动性。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解动力的需求与供应；动力性；燃油经济性；驱动与附着极限和驱动效率车辆所受的垂向力、车辆所受的纵

9、向力、前后轴的附着率、路面附着限制的加速或爬坡能力、驱动效率；制动性制动性的评价、直线制动动力学分析；制动稳定性分析；转弯制动动力学分析；制动控制系统。3.教学重点和难点教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。4.教学内容第一节第一节 动力的需求与供应动力的需求与供应1.车辆对动力的需求2.车辆的动力供应第二节第二节 动力性动力性1.概述2.爬坡能力3.加速能力第三节第三节 燃油经济性燃油经济性1.燃油消耗量计算2.减少油耗的途径第四节第四节 驱动与附着极限和驱动效率驱动与附着极限和驱动效率1.车辆所受的垂向力2.车辆

10、所受的纵向力3.前后轴的附着率4.路面附着限制的加速或爬坡能力5.驱动效率第五节第五节 制动性制动性1.制动性的评价2.直线制动动力学分析3.制动稳定性分析4.转弯制动动力学分析5.制动控制系统 第六章第六章 纵向动力学控制系统纵向动力学控制系统1.教学基本要求让学生了解汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统、车辆稳定性控制系统。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车防抱死制动控制的控制目标、控制过程、控制策略；驱动力控制系统的基本原理和控制目标、控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的基本原理和控制目标、控制方式。3.教学重点和难点教学重点是汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统

11、。教学难点、车辆稳定性控制系统。4.教学内容第一节第一节 防抱死制动控制防抱死制动控制1.概述2.控制目标3.控制过程4.控制策略5.应用举例第二节第二节 驱动力控制系统驱动力控制系统1.概述2.基本原理和控制目标3.控制方式第三节第三节 车辆稳定性控制系统车辆稳定性控制系统1.概述2.系统组成和工作原理3.控制方式 第七章第七章 动力传动系统的振动分析动力传动系统的振动分析1.教学基本要求让学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析、动力传动系统的减振措施。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析的动力学方程和振型分析、动力传动系统的

12、减振措施。3.教学重点和难点教学重点是汽车固有频率与振型分析、动力传动系统的减振措施。教学难点是汽车固有频率与振型分析。4.教学内容第一节第一节 扭振系统的激振源扭振系统的激振源第二节第二节 扭振系统模型与分析扭振系统模型与分析1.扭振力学模型2.扭振动力学方程3.固有频率与振型分析4.发动机的临界转速第三节第三节 动力传动系统的减振措施动力传动系统的减振措施 第二篇行驶动力学第二篇行驶动力学 第八章第八章 路面输入及其模型路面输入及其模型1.教学基本要求让学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解路面测量技术及数据

13、处理、路面输入模型、特殊路面输入的数据处理方法。3.教学重点和难点教学重点是路面测量技术及数据处理、路面输入模型。教学难点是特殊路面输入。4.教学内容第一节第一节 路面测量技术及数据处理路面测量技术及数据处理1.路面测量技术2.数据处理第二节第二节 路面输入模型路面输入模型1.频率模型2.时域模型3.四轮输入时的考虑第三节第三节 特殊路面输入特殊路面输入 第九章第九章 与平顺性相关的部件与平顺性相关的部件1.教学基本要求让学生了解汽车与平顺性相关的部件。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车与平顺性相关的部件：弹簧、减振器、导向机构、座椅。3.教学重点和难点教学重点是

14、汽车弹簧、减振器、导向机构。教学难点是汽车弹簧。4.教学内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 弹簧弹簧1.金属弹簧2.气体弹簧第三节第三节 减振器减振器1.概述2.摩擦式减振器3.液力减振器4.减振器特性第四节第四节 导向机构导向机构第五节第五节 座椅座椅 第十章第十章 人体对振动的反应人体对振动的反应1.教学基本要求让学生了解人体对振动的反应。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解人体对振动的反应的标准、平顺性测量。3.教学重点和难点教学重点是人体对振动的反应的标准、平顺性测量。4.教学内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 标准标准第三节第三节 平顺性测量平顺性测量

15、 第十一章第十一章 行驶动力学模型行驶动力学模型1.教学基本要求让学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析，整车模型的推导及分析。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析的运动方程与结果分析，整车模型的推导及分析。3.教学重点和难点教学重点是单轮车辆模型的推导。教学难点是单轮车辆模型的推导。4.教学内容第一节第一节 模型推导的前提模型推导的前提第二节第二节 单轮车辆模型的推导单轮车辆模型的推导1.运动方程2.线性分析3.系统的性能指标4.例题计算5.结果分析第三节第三节 半车模型的推导及分析半车

16、模型的推导及分析1.运动方程2.结果分析第四节第四节 整车模型的推导及分析整车模型的推导及分析 第十二章第十二章 可控悬架系统可控悬架系统1.教学基本要求让学生了解汽车可控悬架系统。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车身高度调节系统、自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统、连续可变阻尼的半主动系统、各类悬架系统的性能比较、主动悬架控制算法介绍。3.教学重点和难点教学重点是自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统，、各类悬架系统的性能比较。教学难点是全主动系统。4.教学内容第一节第一节 车身高度调节系统车身高度调节系统第二节第二节