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1、车辆系统动力学-复习（汽车系统动力学）温习汇总-collectedbyJ.SSCUT2021一、概念解释1.质点系动量定理质点系动量矢P对时间的导数等于作用于质点系的所有外力iF的矢量和，其表达式为：idpFdt=2.动量矩定理质点系对于任一固定点O的动量矩Lo对时间的导数，等于所有作用于质点系的外力对于O点的主矩M0，其表达式为：0dLMdt=3.拉格朗日方程()1,2,TTQiiiEEdFindtqq?-=?式中，iq为第i个质点的广义坐标；QiF为对应于广义坐标iq的广义主动力；n为系统方程的阶数。4.轮胎的弹性迟滞阻力充气轮胎在静态压缩作用下会产生变形并且回弹，并由于其内部的摩擦作用而
2、引起能量损失。当车轮在力或力矩作用下滚动时，对轮胎胎面上的每一单元而言，其压缩与回弹的经过将重复不断地进行。当这些单元进入轮胎与路面的接触印迹时，其弹簧和阻尼便能充分做功，并生成附加的摩擦效应，称为弹性迟滞阻力。5.摩擦椭圆“摩擦椭圆表示了一系列给定滑移率或给定侧偏角情况下，车辆转弯加速或转弯制动联合工况轮胎侧向力与纵向力的关系曲线。6.阿克曼转向理论假定车辆转弯时，轮胎作无侧偏滚动，内外车轮转角必须不同。前轮转向的车辆在转向时，其外侧车轮转向角o和内侧车轮转向角i应符合如下关系：cotcotkpoitL-=7.滑动率S车轮滑动率表示车轮相对于纯滚动或纯滑动状态的偏离程度。驱动工况时称为滑转率
3、；被驱动包括制动，常下面标b以示区别时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。若车轮的滚动半径为rd，轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw，车轮角速度为，则车轮滑动率s定义如下：车轮的滑动率数值在01之间变化。当车轮作纯滚动时，即uw=rd，此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。8.车轮滚动阻尼9.轮胎滚动阻力当充气轮胎在理想路面通常指平坦的干、硬路面上直线滚动时，其外缘中心对称面与车轮滚动方向一致，所遭到的与滚动方向相反的阻力即为轮胎滚动阻力。轮胎滚动阻力还能够进一步分解为弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应力。10.轮胎侧偏角：影响轮胎侧向力的一个重要因素arctan()wwvu=定义
4、：车轮回转平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正。11.轮胎径向变形ttfrr=-定义：无负载时的轮胎半径tr与负载时的轮胎半径tfr之差。12.约束与约束方程一般的力学系统在运动时都会遭到某些几何或运动学特性的限制，这些构成限制条件的详细物体称为约束，用数学方程所表示的约束关系称为约束方程。13.完好约束与非完好约束假如约束方程只是系统位形及时间的解析方程，则这种约束称为完好约束。假如约束方程是不可积分的微分方程，这种约束就称为非完好约束。14.SAE标准轮胎运动坐标系被定义为法向坐标向下的三维右手正交坐标系，坐标的原点是轮胎接地印迹中心，x轴定义为车轮平面与地面的交线，前进方向为正，
5、y轴是指车轮旋转轴线在地面上的投影线，向右为正，z轴与地面垂直，向下为正。15.魔术公式：sinarctan(arctan)yDCBxEBxBx=-它以三角形函数组合的形式来拟合试验数据，得出了一套形式一样并可同时表达纵向力侧向力和回正力矩的轮胎模型y能够是纵向力侧向力和回正力矩，而自变量x能够在不同情况下分别表示轮胎侧偏角或纵向滑移率16.车轮前束角车轮前束角t是车轮中心平面水平轴线与车轮行驶方向之间的夹角。17.车轮外倾角车轮中心平面与路面垂线的夹角被称为车轮外倾角。18.静刚度，动刚度静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度。19.刷子模型刷子模型是一个简化了的
6、物理模型，它将轮胎看做是由连接在刚性基座轮缘上的一系列能够伸缩变形的弹性刷毛所组成，这些刷毛能起着承受垂向载荷以及产生轮胎纵向和侧向力的作用。20.低选控制，高选控制所谓低选控制就是对同一车轴两侧车轮同时施加制动压力控制，大小由附着系数低的那侧车轮来决定。高选控制就是对同一车轴两侧车轮同时施加制动压力控制，大小由附着系数高的那侧车轮来决定。21.当量转动惯量当量转动惯量J是指传动系统中与曲轴不同速旋转零部件的转动惯量换算成曲轴同速旋转条件下的转动惯量。22.车辆平动质量Mt的当量转动惯量2220tdgMrJii=23.空气泵吸效应随着轮胎的滚动，空气在胎面与路面的空隙中被吸入和挤压。当压缩的空
7、气在接地区间的出口处被告诉释放到空气中时，就会产生噪声。24.驻波由于高速情况下，离开接触区域的胎面变形不能立即恢复，这个残留变形导致了驻波的发生。25.主谐量，主谐数将所有气缸旋转矢量同向的简谐分量称为主谐量，并称其阶数为主谐数。26.缺乏转向系数定义为：()rfrfmbCaCLCC-=27.稳定裕度将()rfbCaC-称为“稳定裕度。28.曲柄连杆机构的正偏置和负偏置以曲轴旋转中心为基准，偏置方向与曲轴旋转方向一致的机构称为正偏置机构，反之则为负偏置机构。二、问答1.请画出汽车底盘控制系统与车辆动力学的关系。传统车辆动力学主要包括那三个方面的动力学研究？它们主要研究内容是什么？纵向动力学：
8、纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。行驶动力学：主要研究由路面的不平鼓励，通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰以及车辆的运动；操纵动力学：主要研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。操纵动力学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度约小于0.4g时，通常意味着车辆在高附着路面作小转向运动；非线性域：在超过线性域且小于极限侧向加速度(约为0.8g)范围内；非线性联合工况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。2.轮胎的作用1.支撑整车重量；2.与悬
9、架元件共同作用，衰减由路面不平引起的振动与冲击；3.传递纵向力，以实现驱动和制动；4.传递侧向力，以使车辆转向并保证行驶稳定性。3.轮胎模型中表达的输入量和输出量有哪些？3-22,23轮胎模型描绘了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系，如图3-7所示。根据车辆动力学研究内容的不同，轮胎模型可分为：(1)轮胎纵滑模型主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。(2)轮胎侧偏模型和侧倾模型主要用于预测轮胎的侧向力和回正力矩，评价转向工况下低频转角输入响应。(3)轮胎垂向振动模型主要用于高频垂向振动的评价，并考虑轮胎的包涵特性包含刚性滤波和弹性滤波特性
10、。4.何谓轮胎侧偏角，何为轮胎侧偏刚度，影响轮胎侧偏的因素有哪些？轮胎侧偏角是影响轮胎侧向力的一个重要因素，定义为车轮平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正，用表示。在小侧偏角的情况下，轮胎侧向力与侧偏角近似成比例，其比值称为轮胎侧偏刚度。影响侧偏的因素：1.侧向载荷的影响。2.车轮定位的影响。5.幂指数统一轮胎模型的特点1).一次台架试验得到的试验数据可用于模拟不同的路面,路面条件改变时只需改变路面的附着特性参数；2).纯工况和联合工况的表达式是统一的；3).可表达各种垂向载荷下的轮胎特性；4).使用的模型参数少，拟合方便；5).能拟合原点刚度。6.“魔术公式模型各参数的含义sinar
11、ctan(arctan)yDCBxEBxBx=-x表示轮胎侧偏角或纵向滑移率；pDy=，为曲线峰值；C为曲线形状系数，由峰值和稳态值决定，112arcsin(/)/sCyD=-；B为刚度系数，tan/()BCD=；E描绘了曲线峰值处的曲率，()tan/(2)/arctanpppEBxCBxBx?=-?。7.“魔术公式轮胎模型的特点1).用一套公式能够表达出轮胎的各项力学特性，统一方便，需拟合的参数较少，各参数物理意义明确，初值易确定；2).无论对侧向力、纵向力还是回正力矩，拟合精度比拟高；3).由于是非线性函数，参数拟合较困难，计算量大；4).C值的变化对拟合的误差影响大；5).不能很好的拟合
12、小侧偏情况下的轮胎侧偏特性。8.SWIFT轮胎模型的特点1).考虑了带束层惯量，并假设在高频范围内带束层为一个刚性圈，使胎体建模与接地区域分离，建模精度更高，可计算从瞬态到稳态的轮胎动力学特性。2).利用魔术公式计算侧向力和回正力矩，采用刚性圈理论计算垂向力和纵向力。3).在接地区域和刚性圈之间引入残余刚度，模拟轮胎的静态刚度，并且考虑了胎体和胎面的柔性，愈加全面。4).考虑了接地印迹有效长度和宽度的影响。5).可实现轮胎在非水平路面和不平路面的仿真。9.基于实测数据的轮胎经历模型有哪几种？目前最广泛应用的是哪一种？1).幂指数统一轮胎模型由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性2).“魔术公
13、式轮胎模型以三角函数组合的形式拟合轮胎试验数据，得出了一套形式一样并可同时表达纵向力、侧向力和回正力矩的轮胎模型3).SWIFT轮胎模型采用刚性圈理论，并结合“魔术公式综合而成，该模型合适于小波长、大滑移幅度下的高频不超60Hz输入情况。目前应用最广泛的是“魔术公式模型。10.轮胎的动刚度分类，及其最常用的测试方法。轮胎动刚度能够分为非滚动动刚度和滚动动刚度。获得非滚动动刚度最简单的方法之一就是所谓的“下抛试验。测试中，在一定载荷作用下的轮胎从某一高度自由下抛，这个高度使得轮胎恰好与地面接触后上下振动但胎面不脱离地面，即测试中轮胎始终与地面接触，其瞬态响应将被记录，等效阻尼系数和轮胎非滚动动刚
14、度可根据衰减曲线通过简单的单自由度系统振动分析得出。滚动动刚度，可通过考察滚动轮胎对已知简谐振动鼓励的响应，测试输出与输入的幅频和相频特性来获得；可以以通过测量轮胎在转鼓或传动带上滚动时的共振频率来获得。11.轮胎的滚动阻尼由那些部分组成？各部分在总阻尼中的权重？滚动车轮产生的所有阻力被定义为车轮滚动阻力，主要包括轮胎滚动阻力分量、道路阻力分量和轮胎侧偏阻力分量。其中，轮胎侧偏阻力分量是由轮胎的侧向载荷使轮胎侧偏而产生的附加轮胎纵向阻力。由不平路面、塑性路面和湿路面等道路情况引起的附加阻力称为道路阻力分量。此外，除了由轴承摩擦和轮胎与地面相对滑动造成的摩擦阻力外，胎内气流流动以及转动的轮胎对外
15、部空气造成的风扇效应都会引起轮胎的滚动阻力，但均为次要影响因素，因而通常它们包含于车轮阻力中，并不单独列出。根据作用机理的不同，轮胎滚动阻力还能够进一步分解为弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力，12.简述轮胎噪声产生的机理(1)空气泵吸效应随着轮胎的滚动，空气在胎面与路面的空隙中被吸入和挤压。当压缩的空气在接地区间的出口处被高速释放到空气中时，就会产生噪声。(2)胎面单元振动当轮胎滚动时，胎面单元作用于路面，当它离开接触区时，胎齿便由高变形状态下恢复，进而引起胎面噪声，此为主要的轮胎噪声源。同时，胎体振动、胎面花纹沟、花纹凸块空隙就像谐振管一样，也促进了轮胎的噪声辐射。13.轮胎载荷变化引起
16、的轮胎附着能力损失的机理是什么？当需要轮胎来产生横向或纵向力时，在力充分产生之前，轮胎与地面接触部分必定变形，而这一变形又反过来要求轮胎应滚动一定距离，因而在完全获得轮胎力之前有一定的时间延迟。当轮胎载荷随悬架运动而波动时，由于轮胎动态延迟机理的影响，导致了可用的有效横向或纵向力减小。因而，若能保持稳定的法向载荷，则可获得较大的轮胎力；若轮胎动载荷波动增加，随着轮胎跳动的加剧，轮胎抓地能力将随之减弱。14.下列图为Bosch公司开发的ABS在高附着系数路面上的制动经过。请以此阐述该ABS控制经过。1、首先，由于驾驶员的作用使制动器管路压力增大，车轮线速度变化比车速变化更快；2、当车轮角加速度到
17、达或小于某一门限值-a，此时附着力接近最大值，制动压力保持在当前值不变。3、若车轮转速小于滑移率门限值S1对应的值时，减小制动压力；4、若车轮角速度再次到达门限值-a时，重新进入保压状态。5、尽管此时制动压力保持稳定，但车轮因惯性作用会进一步加速转动。若车轮角加速度越过门限值+A，则再次升高制动压力；6、保持制动系统压力，使车轮角加速度在+A-a之间，然后渐渐增压，直至车轮角加速度再次到达门限值-a；7、本次循环以直接减压结束，然后进入下一个循环。15.写出几种典型的TCS控制方式?TCS的控制方式主要有四种：1.发动机输出转矩调节，包括：1).点火参数调节：减小点火提早角2).燃油供应调节：
18、减少供油或暂停供油3).节气门开度调节：在原节气门的基础上，再串联一个副节气门2.驱动轮制动力矩调节在发生打滑的驱动轮上施加制动力矩来降低轮速，使车轮滑移率处于最理想的范围内。3.差速器锁止控制使左右两侧驱动轮的输入转矩可根据控制命令锁止比和路面情况而变化。4.离合器/变速器控制离合器控制：当发现车辆驱动轮发生过度滑转时，减弱离合器的接合程度，使离合器主、从动盘之间出现部分相对滑转，进而减小传递至驱动轮的转矩。变速器控制：通过改变传动比来改变传递至驱动轮的驱动转矩，以减小驱动轮滑转程度。16.VSC的组成、作用及基本工作原理？组成：车辆稳定性控制系统VSC主要由ABS、TCS、YSC三个子系统
19、组成。作用：用来控制车辆的横摆力矩，限制车轮侧偏角在一定范围内，并在紧急情况下对车辆的行驶状态进行主动干涉，防止车辆在高速行驶转弯或制动经过中失控。工作原理：由于车辆的行驶状态主要由行驶车速、侧向速度和横摆角速度来反映，因此，VSC系统的ECU能根据转向盘转角和制动主缸压力等信号判定驾驶员的驾驶意图，计算出理想的车辆运行状态参数值，通过与各传感器测得的实际车辆状态信号值的比拟，根据控制逻辑算法计算出期望的横摆力矩，然后通过控制液压调节系统，对各车轮施加制动力，以实现所需要的车辆横摆力矩。同时，还可根据需要与发动机管理系统进行通信，改变驱动轮的驱动力，以实现车辆运行状态调节。17.VSC的控制方
20、式及其应对侧滑的原理。控制方式:(1).控制制动系统压力根据车辆轮距、轴距、制动器和轮胎特性等参数，由所需要的横摆控制力矩可估算出各制动轮缸的液压参数。详细又可分为：1).仅控制单个车轮的制动压力；2).控制两个对角车轮的制动压力。(2).发动机控制发动机控制就是根据与车辆稳定性要求相应的车轮驱动力，计算出所需的发动机输出转矩，将此指令发送给ECU，使发动机输出转矩调整至所需值。应对侧滑：当后轴将发生侧滑时，可于前外轮上施加制动力xboF，以产生一向外的横摆力矩，且随xboF的增大而增大。当前轴发生侧滑时，应施加一定向内的横摆力矩zM和纵向制动力xF，制动前内轮、后内轮或后外轮均可产生向内的横
21、摆力矩zM。18.车辆动力传动系统由哪几部分组成？在鼓励作用下通常会产生何种振动？标出图示车辆简化扭振系统各部分名称，并讲明其主要激振源。组成：发动机、离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器、驱动半轴和轮毂。在鼓励作用下通常会产生弯曲振动和扭转振动。系统的主要激振源包括：1).发动机主要；2).变速器；3).万向节；4).其他19.传动系统什么时候发生共振？发动机临界转速怎样计算？当发动机转矩主谐量的频率与扭振系统固有频率一致时，系统发生共振。引起共振的发动机临界转速,ecn为：,30tecfnj=20.传动系统的减振措施有哪些？(1).调整传动系统本身的固有频率1).改变远离节点处
22、如飞轮的转动惯量2).改变传动系统某些轴段的扭转刚度(2).提高系统阻尼以衰减传动系统振动21.在汽车传动系统扭振分析中，怎样将实际部件的转动惯量和扭转刚度转化为与曲轴同转速条件下的当量转动惯量和当量转动刚度?(1).当量转动惯量的计算方法:当前部件的转动惯量除以该部件到曲轴的传动系传动比的平方。如当车辆滚动半径为rd时，车辆平动质量mt的当量转动惯量为：22tdgmrJii=(2).当量转动刚度的计算方法：可根据传动系统中实际部分的扭转刚度K按弹性变形能相等的原则计算。设两圆盘间弹性轴的当量扭转刚度为K，该段轴到曲轴的传动比为0giii=，则：220gKKii=22.阐述传动系扭转振动分析的
23、建模方法、模型参数的获取和激振力矩确定的一般方法？自由振动分析的目的是什么？强迫振动分析的目的是什么？1首先分析扭振系统的激振源，2然后简化动力传动系统的扭振系统，建立动力传动系统的当量扭振模型，3对系统的固有频率和振型进行分析，确定系统的共振转速，4分析在稳态工况下传动系统各轴段由于发动机周期性激振转矩引起的载荷变化特征。1自由振动分析的目的：获得扭振系统的固有频率和振型；2强迫振动分析的目的：进行发动机周期性的激振转矩使传动系统产生受迫振动，进而传动系统各轴段引起载荷的周期性变化的分析。23.双质量飞轮在振动方面的优点有哪些?双质量飞轮通过附加质量的弹性连接，实现了对振动信号的大幅衰减，其
24、优点表现为：(1).降低了发动机-变速器振动系统的固有频率，可避免柴油机怠速时发生共振；(2).可加大减振弹簧的布置半径，降低减振弹簧刚度，并容许增大转角；(3).由于其较好的减振效果，变速器中可采用粘度较低的齿轮油而不致产生齿轮冲击噪声，并可改善低温工况下的换挡性能。而且，由于从动盘中无减振器，减少了从动盘的转动惯量，也有利于换挡平稳。24.路面输入模型有几种？各有何特点？写出各自的表达式。输入模型：1频域模型：主要用于线性系统的频域分析。()1200pddpddnGnnnSnnGnnn-?=?2时域模型：用于时域仿真分析。1.()()2gztt=2.滤波白噪声()()()022ggztfz
25、tt=-+25.画出汽车平顺性分析的七自由度模型?并列出这七个自由度?首先从七自由度车辆模型开场介绍，如图11-1所示。假定车身是一个刚体，当车辆在水平面做匀速直线运动时。车身具有上下跳动、俯仰、侧倾三个自由度；两个前轮分别具有垂向运动的自由度；剩下的两个自由度是表示独立悬架的两个后轮垂向运动(或非独立悬架中后轴的垂向跳动和侧倾转动)。26.阐述将上题中的7自由度模型简化为下列图所示的4自由度、2自由度模型的条件。P172 (1).七自由度模型简化为4自由度模型：1).在低频路面鼓励下，能够以为车辆的左右两个车轮轨迹输入具有较高的相关性，即以为左右轮输入基本一致。再考虑到车辆的几何尺寸及质量分
26、布通常为对称，则可以为车辆左右两侧以完全一样的方式运动。2).在高频路面鼓励下,车辆所受的鼓励实际上大多只涉及到车轮跳动，对车身运动影响甚微，这样车身左右两边的相对运动就能够忽略。(2).4自由度简化为2自由度的条件：在动力学等效处理中，车辆系统的三个等效质量必须知足下面三个力学条件：1).总质量不变：fcrmmmm+=2).质心位置不变：frmamb=3).转动惯量不变：22frhpmambI+=27.路面输入模型有几种?并写出其数学表达式?28.对悬架设计而言，有哪些参数能够有悬架工程师来确定？(1).悬架刚度其中包含弹簧、导向元件和衬套等的刚度(2).阻尼(3).簧载质量与非簧载质量之比(4).橡胶限位块的特性(5).轮胎部分的特性(6).衬套刚度29.车辆悬架系统性能定量评价指标有哪些参数?并简述各参数的作用?P176(1).不舒适性参数wa不舒适性参数是指经ISO2631频率加权后的垂向加速度方均根值，根据ISO2631推荐的加权方法，将不同频率的加速度信号进行加权求和便可得出。对轿车而言，垂向加速度很大程度上决定了车辆行驶平顺性品质。(2).悬架动行程(rmsSWS)悬架动行程定义为车轮与车身的位移之差的方均根值，即(z1-z2)的方均根值，用于描绘相对于静平衡位置的悬架位移变化程度。