《汽车系统动力学概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车系统动力学概论（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汽车系统动力学概论摘要：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，除阻碍车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有汽车在垂向和横向两个方面的动力学内容。本文通过对大量教科书和文献进行了分析，对汽车动力学的研究内容、研究方式和理论基础和进展趋势进行了论述。关键词：系统，汽车，系统动力学1 系统及系统动力学的概念系统是一个由彼此区别、彼此作用的各部份（即单元或要素）有机地连接在一路，为同一目的的完成某种功能的集合体。由此可知系统具有以下几个特点：具有目的性、具有层次性、具有功能共性、具有整体性。系统动力学是一门分析研究信息反馈的学科。它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学
2、和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论，吸收操纵论、信息论的精华，是一门熟悉系统问题和解决问题系统问题交叉、综合性的学科。反馈系统确实是包括反馈环节与其作用的系统。它要受系统本身的历史行为的阻碍，把历史行为的结果回授给系统本身，以阻碍以后的行为。如库存定货系统。2 汽车系统动力学及其研究内容汽车系统动力学确实是把汽车看做是一个动态系统，对其行为进行研究，讨论数学模型和响应。是研究汽车受的力及其与汽车运动之间的彼此关系，找出汽车要紧性能的内在规律和联系，提出汽车设计参数选取的原那么和依据。汽车系统动力学研究所有与车辆系统运动有关的学科，包括空气动力学，纵向运动及其子系统的动力学响应，垂向和横
3、向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操作动力学，行驶动力学要紧研究由路面的不平鼓励，通过悬架和轮胎垂向力引发的车身跳动和俯卧和车轮的运动，操纵动力学研究车辆的操纵性，要紧与轮胎侧向力有关，并由此引发车辆侧滑、横摆和侧倾运动。汽车动力学研究内容汽车系统动力学是研究所有与汽车运动有关的学科，研究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份。2.2.1纵向动力学纵向或前进运动关于车辆来讲都是最重要的，它们要紧代表了运输任务需要的运动。专门地，车辆的纵向性能要紧取决于由其驱动系统产生的运动与所能实现的驱动性能。纵向动力学研究车辆直线运动及其操纵的问题，主若是车辆沿前进方向的受力与其运动的关
4、系。按车辆的工况不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部份。行驶动力学要紧研究由路面的不平鼓励，通过悬架和轮胎垂向力引发的车身跳动和俯仰和车轮的运动；而操纵动力学研究车辆的操纵特性，要紧与轮胎侧向力有关，并由此引发车辆侧滑、横滑和侧倾运动。行驶动力学行驶动力学研究的首要问题是成立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型，而分析这些动力学问题的最简单的数学模型应该是具有七自由度的整车系统模型。将行驶动力学问题分为两类。一类是可通过数学建模来分析的行驶动力学问题即“要紧行驶舒适性问题”。但是，要紧行驶舒适性研究还无法将所有的行驶震动特性完整而真实地刻画出来，实际中还有大量其他因素阻碍着乘员对乘坐舒适性的主
5、观评判，包括对约15Hz以上的高频震动的响应、更高频率范围内的震动噪声问题、悬架系统中橡胶村套的阻碍、对路面的阶跃凸起等路障的纵向冲击的响应和人体对震动的响应等。目前，几乎尚未方法用数学解析模型来准确的预测这些阻碍，这种问题常归结为“次级行驶舒适性问题”。对次级是、行驶舒适性问题，通常需要人的主观设计，例如路面凹坑离散输入对悬架系统震动噪声响应的评判，一样会涉及三个方面的问题，包括轮胎在路面输入处变形时的动态响应、纵向和垂向的悬架非线性动力学性能和驾驶员的响应特性。由于轮胎的重要性，因此操纵动力学建模中必需要与轮胎模型精度相吻合，不然成立的操纵模型将失去意义。分析车辆操纵特性能够从最大体的两自
6、由度车辆模型入手，该模型中，车辆向前的速度被假定为恒定的，而两个变量别离是车辆的侧向速度和横摆速度。经过对大体模型的动力学分析，取得一个关于车辆操纵特性的大体概念，即车辆的“不足或过度转向”特性。考虑到实际设计中的可用性，模型中至少应包括车身的横摆、侧倾和侧向运动，悬架的运动学效应，悬架系统特性，转向系统的阻碍等。在高速直线行驶时，还包括空气阻力和力矩。尽管线性模型已经在操纵性能定量分析中取得了有效的应用，但对非线性域和非线性联合工况，那么通常需要采纳多体动力学分析软件，以求解这些非线性方程。3汽车系统动力学研究方式和理论基础解决任何一个系统问题的首要步骤确实是把时刻问题抽象，并转变成简化的模
7、型。抽象是通过一种思维区分显现象的本质而抽出其中非本质和次要的性质的一种逻辑方式。在抽象的基础上就要成立表达系统行为的物理或数学的模式，即所谓的物理模型和数学模型。模型的分类：3.1.1.比例的物理模型即模型和实物的物理本质相同，仅在形状和尺寸上有差距。尺寸比例为1：1 的称为足尺模型，如风洞实验中的汽车模型，用以预测空气动力学性能。模型即便尺寸与原物相同也只能称模拟，因为它在结构上进行了简化，只对研究中要紧特点按原型制造，而其他部份加以简化，以利于制造、节省本钱，突出要紧矛盾。其优势是能够同时观看到整体的物理性能，并能做各类记录、摄影等，且能清楚一些次要因素的干扰，故能准确的预测系统的性能和
8、参数间的关系。1.1.在工程上进展不同物理系统，其动态行为的数学形式是相同的。不同系统的行为可用等效的常系数微分方程来刻画。这就使咱们可能用一种系统来模拟另一系统，如用电力系统模拟机械系统。3.1.这种模型比实物模型、模拟模型更为抽象，可是在实物和数学模型间存在很强的相似性，它成立了一组法那么或运算，从而将一个或多个元素（运算对象）与运动结果联系起来。这种数学模型有多种表示方式：1） 各类数学方程式（代数方程、微分方程、差分方程）。这些方程式形式服从于研究的对象和目的。其动态特性和响应经常使用微分方程。2） 用数学与逻辑符号成立符号模型方块图。它反映了信息传递因果关系。3） 用能量键、功率流成
9、立模型。这种方式是利用彼此作用的子系统必然传递功率这一事实，使各类不同系统（液压机械电力）的描述统一路来。而功率的表现形式能够不同。在汽车系统动力学研究中，要紧的理论基础有分析力学，分析力学是从能动量观点成立起来的，它利用普遍坐标作为独立参数来描述系统的运动，另一方面应用达朗贝尔原理将静力学中的虚位移原理推行到动力学问题中去，从而成立动力学普遍方程式，由此动身推导出可普遍应用的拉格朗日方程来成立系统的运动方程。用分析力学的方式能够较严格地说明有限自由度体系振动的普遍规律和计算方式，而且所得的规律可推行于无穷自由度体系。另外，线性系统理论和现代操纵系统理论，概率论及其分支随机进程和人体工程学等也
10、都是其理论基础。4汽车系统动力学进展趋势汽车系统动力学研究由被动元件设计转变成采纳主动操纵来改变汽车动态性能。随着多体动力学的进展及运算机技术的进展，使汽车系统动力学成为汽车CAEJ术的重要组成部份，并慢慢朝着与电子和液压操纵、有限元分析技术集成的方向进展。汽车操纵系统的组成都将包括三个部份，即操纵算法、传感器技术和执行机构的开发。而操纵系统的关键，操纵规律那么需要操纵理论与汽车系统动力学的紧密结合。多体系统动力学的大体方式是，第一对一个由不同质量和几何尺寸组成的系统设施加一些不同类型的连接元件，从而成立起一个具有适合自由度的模型；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
11、下进行求解。系统方程能够写成如此一个通式：MX=F（式中M表示一个系统参数矩阵，F为所有外力的矢量）。4.3人一车一路”闭环系统和主观与客观的评判采纳人一车闭环系统是以后汽车系统动力学研究的趋势。作为驾驶者，人既起着操纵器的作用，又是汽车系统品质的最终评判者。假设表达驾驶员驾驶特性的驾驶员模型问题取得解决后，“开环评判”与“闭环评判”的价值不同或许就不存在了。因此，在人一车闭环系统中的驾驶员模型研究，也是尔后汽车系统动力学研究的难题和挑战之一。初驾驶员模型的不确信因素外，就汽车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，人们对汽车性能的客观测量和主观之间的复杂关系还缺乏了解，而汽车的最终用户是人。因此，对汽车系统动力学研究者而言，尔后一个重要的研究领域可能会是对主观评判与客观评判关系的熟悉。参考文献1喻月，林逸.汽车系统动力学M.北京：机械工业出版社，2020.2享B孔，辉著.汽车操纵动力学M.长春：吉林科学技术出版社，1991.3中国汽车技术研究中心标准所.汽车定型与通用实验方式标准汇编M.天津：中国汽车技术研究中心，1994.4唐，岚，李涵武.汽车测试技术M.北京：机械工业出版社，2006.
