2019/1031 车辆系统动力学 Vehicle System Dynamics 赵树恩 重庆交通大学机电与汽车工程学院 蔬定延大 主要内容 ◎概论和基础理论 垂向动力学 纵向动力学 侧向动力学 汽车NvH专题
2019/10/31 1 车辆系统动力学 Vehicle System Dynamics 赵树恩 重庆交通大学机电与汽车工程学院 主要内容 概论和基础理论 垂向动力学 纵向动力学 侧向动力学 汽车NVH专题 1 2
2019/1031 第二篇纵向动力学 ●第11章纵向动力学性能分析 ●第12章纵向动力学控制系统 ●第13章动力传动系统的振动分析 蔬定延大 第11章纵向动力学性能分析 纵向动力学运动方程 行驶极限 切向力图 制动器 >瞬时加速和减速过程
2019/10/31 2 第二篇 纵向动力学 ⚫ 第11章 纵向动力学性能分析 ⚫ 第12章 纵向动力学控制系统 ⚫ 第13章 动力传动系统的振动分析 第11章 纵向动力学性能分析 ➢ 纵向动力学运动方程 ➢ 行驶极限 ➢ 切向力图 ➢ 制动器 ➢ 瞬时加速和减速过程 3 4
2019/1031 纵向动力学运动方程 a. sins Fr+ Frm Fa- Faa. cos]a-0 而总质量和总重量由几个部分组成 n= a me+aN “ 前后轮周向力惯性力爬坡阻力风阻力 蔬定延大 纵向动力学运动方程 为了得到正的轮缘切向力,发动机输出力矩的驱动力矩必须大于车轮出的阻力 B, Py+ BHH= Mv+ Mh-(Fuv+ FU)s- Moy -MpH 戈因此,φ=x/ Moy + M F WRS My+ MH (v+6H) 将[F+F,+F]-+Fm代入上式得: 与轮缘切向力相反,驱动力矩除以轮距的值为所有阻力因素之和
2019/10/31 3 纵向动力学运动方程 纵向动力学运动方程 为了得到正的轮缘切向力，发动机输出力矩的驱动力矩必须大于车轮出的阻力 其中 因此， 将 代入上式得： 与轮缘切向力相反，驱动力矩除以轮距的值为所有阻力因素之和 5 6
2019/1031 第11章纵向动力学性能分析 纵向动力学运动方程 行孕 驶极限 切向力图 制动器 瞬时加速和减速过程 蔬定延大 行驶极限 垂宜载荷 前轴载荷 前轴静载荷 风力导致的前轴升力 Fn-4-号-m小-"-+n 加速引起的动载载 滚动阻力引起的动载载荷 后轴载 两轴上的载荷各含一个静态部分。这部分载 Fm=/号o+,m}一Fa+ 荷由于轴收到的升力而减小 车加速时(加速度为正值)前轴轴荷减小而 +1+n 后轴载荷增加 ·滚动阻力减小前轴载荷,加重后轴载荷 坡度为正值时前轴载荷减小,后轴载荷增加
2019/10/31 4 第11章 纵向动力学性能分析 ➢ 纵向动力学运动方程 ➢ 行驶极限 ➢ 切向力图 ➢ 制动器 ➢ 瞬时加速和减速过程 行驶极限 垂直载荷 前轴载荷： 后轴载荷： 前轴静载荷 风力导致的前轴升力 加速引起的动载载荷 滚动阻力引起的动载载荷 7 8
2019/1031 行驶极限 驱动附着率:前轮驱动和后轮驱动 1前轮驱动 i Fws FwaN+ swAp 总结 Fm-n-12+点+x一÷ 1.从动轮附着率比驱动轮 小很多,且只有部分滚动 阻力以及从动轮加速阻力 ‰m m 的滚动部分决定 2驱动轮附着力受静态载 2后轮驱动: 荷决定,f随着的Fp增加 而降低 前轮f m-1-1,+ 3汽车加速时,前轮驱动 下的驱动轮附着率比后轮 更大 +aa+ Fws Fwa+cwAp F 号 4.整车重心离驱动轮越近, m-m+(g分+总+3)+÷八 驱动轮附着率越小 蔬定延大 行驶极限 驱动附着率:前轮驱动和后轮驱动一实例分析 1平地不加速 速度远大于100km/h,滚动阻力的影响要比风阻的影响小很多。 动阻力对轴载荷的影响可以忽略不计 匀速行驶时,前轮驱动和后轮驱动的附着率没有太大差别。通过改良 外形达到后轴下压的效果,例如加后阻风板,附着率下降,滚动阻力 的变化可以忽略 2低速爬坡不加速fy= bc0yx- h. sinyst)// uz sinyst.+F质/2 inst+ Fg fR/2 a· coset+ h. sinyst) 重心不变,爬坡时后轮驱动附着率比前轮驱动地(湿滑路面应注意) 滚动阻力尽可忽略不计 3低速平地加速行驶 加速度相同的情况下前轮驱动的附着率大于后轮驱动 前轮驱动附着率随加速度上升而急剧增加(累进关系 后轮驱动时附着率加速度平缓上升(递减关系)
2019/10/31 5 行驶极限 总结： 1.从动轮附着率比驱动轮 小很多，且只有部分滚动 阻力以及从动轮加速阻力 的滚动部分决定。 2.驱动轮附着力受静态载 荷决定，f 随着的 增加 而降低。 3.汽车加速时，前轮驱动 下的驱动轮附着率比后轮 更大。 4.整车重心离驱动轮越近， 驱动轮附着率越小。 驱动附着率：前轮驱动和后轮驱动 1.前轮驱动： 2.后轮驱动： 行驶极限 驱动附着率：前轮驱动和后轮驱动—实例分析 1.平地不加速 当速度远大于100km/h，滚动阻力的影响要比风阻的影响小很多。 滚动阻力对轴载荷的影响可以忽略不计 匀速行驶时，前轮驱动和后轮驱动的附着率没有太大差别。通过改良 外形达到后轴下压的效果，例如加后阻风板，附着率下降，滚动阻力 的变化可以忽略。 2.低速爬坡不加速 重心不变，爬坡时后轮驱动附着率比前轮驱动地（湿滑路面应注意） 滚动阻力尽可忽略不计 3.低速平地加速行驶 加速度相同的情况下前轮驱动的附着率大于后轮驱动 前轮驱动附着率随加速度上升而急剧增加（累进关系） 后轮驱动时附着率加速度平缓上升（递减关系） 9 10
2019/1031 行驶极限 四轮驱动附着率 4WD附着率公式 (I-s(Fwn -+ Fwt Fran- Fav +惹 iCFwR-+ Fwt - Fa Fm-F灬+(g2++m 1.平地不加速 f--DFa+pD- 2理想状态下后=f,低速行驶时,在路面条件差时,FAw=FAN=Fw≈0 蔬定延大 行驶极限 四轮驱动附着率 当主=0同时Fm=Fw=Fm≮0以及q≠0(坡度小于30%→ singstad)“理想状态 总结:·传动比在不加速和前后轮附着率相等的情况下等于后轮载荷与总重量之比 ·当坡度大于30%时mm,t-+2·m=号+ (3)高速平地不加速Fm≈F=0;f=fn 要求传动比-2一%一一 总结:●定传动比是达到理想附着率(最大利用传动率)的重要手段。传动比随车辆的使用 为了使附着率f-f=g,必须在变速器的帮助下设定一定的传动比i 口低速爬坡不加速行驶:低速平地加速行驶 高速平地不加速
2019/10/31 6 行驶极限 行驶极限 四轮驱动附着率 总结： （3）高速平地不加速 要求传动比： 总结： 11 12
2019/1031 行驶极限 四轮驱动附着率 例子:Fc=1000 daN a/=b/=0.5c=046A=1.7m2 h=0.6/25=0.24,cAv=0.06 s/=03/25=0.12cAN=0.13,f=0.014p=1.25Ns2/m4 附着率 行驶状态 前轮驱 后轮驱动f 四轮驱动∫ v=30ms0.106 0.107 0.102 0.0448 平地不加速*v=60m/s0.39 0408 0. q=0.200.462 低速不加速*q=0300.72 0.539 q 0.189 平地低速不加速 i/g=010212 0.511 i/g=03 030q 后轮∫值大,因为Ca<CAB**四轮驱动的∫值约等于坡度值 *四轮驱动的/值约等于加速度值 蔬定延大 行驶极限 Ml=画 式中:/g=a,a称为制动强度 轮载荷中忽暗升力,附着率为 ①制动时的附着关系 ②制动力矩随踏板力的变 ■前后制动力矩相同时,前后轮的附着率相差很大 ■为了在强制动时的附着率相差不这么大 同样的制 动强度下,有意识地将前轮的制动力矩-M加大,以 达到附着率相同的效果 ■理想的制动力矩分配原则。按照这种分配方式前后轮 的制动块与轮胎的磨损程度基本一致。但常见的轻度制 不利的,因为这样导致后轮先过制动,出现不稳定操纵 源于偏压弹簧力或制动块摩擦力 ■制动分配方式是关键,即控制策略
2019/10/31 7 行驶极限 行驶状态 附着率 前轮驱 动 后轮驱动 四轮驱动 + - 平地不加速* V=30m/s V=60m/s 0.106 0.39 0.107 0.408 0.102 0.33 0.0448 0.189 低速不加速** q=0.20 q=0.30 0.462 0.72 0.382 0.539 平地低速不加速 *** 0.212 0.725 0.189 0.511 * 后轮 值大，因为 * * 四轮驱动的 值约等于坡度值 * * * 四轮驱动的 值约等于加速度值 V f H f f AH c AH c 0.20 0.30 q x g/ 0.1 = x g/ 0.3 = 0.10 0.30 x q f C C AV AH ＜ f f 行驶极限 13 14
2019/1031 行驶极限 制动附着率 1-10025m6-125m-06mB ±F。7F sodam 选择一个从原点出发。随减速度上升的任意的制动力矩特征 曲线,得出Fu和F如下关系 是选出的 由切向力和轮载荷的比值定出不同制动分配前后轮的附着 率,即图中的刚影部分 见图中的④) 豆有一个轮抱死之后中° 线性制动矩下只在一定的减速度时能实现f-f 达到最大可能的制动 别君率FRP摩都系数p 制动强度较小时前轴先抱死,较大时则后轴先抱死。从汽车稳 定性和可控性出发。较小的割动强度被认为比较理想 蔬定延大 行驶极限 理想制动力分配 口目的:达到制动距离最短,且直到抱死之前保持汽车的稳定性和可控性 当前后轴的附着率相同,制动力分配最为理想 制动敏惑性的理论基 即理想制动时制动切向力之间的关系为 Frua+ Fcra ■重心位置一定时,随着制动强度的增加,前轮必须比后轮更强地制动 ■按照理想制动只能确定前后轮制动切向力之间的关系 ■取其中的一个轮,任选一种踏板力一制动切向关系,就能推出另一个轮的制动切向力
2019/10/31 8 行驶极限 行驶极限 15 16
2019/1031 第11章纵向动力学性能分析 纵向动力学运动方程 行驶极限 >切向力图 制动器 瞬时加速和减速过程 Q人孝 切向力图 和汽车参数联系起来并在一(前后不添 将切向力、加速度、附着 前制后制」 张图上展示出来,这样的图像 称为切向力 +需- 轮载荷公式 会 Fm-(#+·)P 有附着率关系公 -/MF 前驱后驱 f“常数 共+川号+号 FaxMa ·需+·絮一 理想切向力分配的抛物线 需一√·+-需
2019/10/31 9 第11章 纵向动力学性能分析 ➢ 纵向动力学运动方程 ➢ 行驶极限 ➢ 切向力图 ➢ 制动器 ➢ 瞬时加速和减速过程 切向力图 17 18
2019/1031 切向力图 切向力图的驱动力分配 1后轮驱动的汽车 2前轮驱动的汽车 3四轮驱动的汽车 MH- iMe Mv=(1-)M 需/需) 分析:在u≤0.5的路面上,分配曲线1, 总是后轴先打滑,车身不稳定。U=0.7路 0.d 面上,后轴达到最大附着率f=07之后 线No2 后轴开始打滑 蔬定延大 切向力图 切向力图的驱动力分配—实例分析 例:奔驰越野车280GE F 1=2850mm,s=1400mm.h=720m 离合器单片摩擦离合器 分动器二轴变速器,机械式附加前驱接 前轮差速器可选式自锁差速器 后轮差速器强制锁式差速器 奔驰越野车的呕动系简图
2019/10/31 10 切向力图 切向力图的驱动力分配 1.后轮驱动的汽车 2.前轮驱动的汽车 3.四轮驱动的汽车 切向力图 19 20