2019/1031 )废定通大字 车辆系统动力 Vehicle System Dynamics 赵树恩 重庆交通大学机电与车辆工程学院 Q人孝 汽车是现代物质文明的象征、是工业 化进程的标志、是高新技术的载体。 汽车是世界唯一兼有零部件以万计,产量以 百万计,保有量以千万计的综合性、高科技、 大批量生产的工业产品
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车辆工程学院 汽车是现代物质文明的象征、是工业 化进程的标志、是高新技术的载体。 汽车是世界唯一兼有零部件以万计，产量以 百万计，保有量以千万计的综合性、高科技、 大批量生产的工业产品。 1 2
2019/1031 )废定通大字 为什么要研究车辆动力学? 车辆设计、主动控制 Q人孝 车辆特性和设计方法 车辆特性 动力性、燃油经济性和制动性 操纵稳定性 乘坐舒适性 车辆设计方法 描述车辆的动力学特性 预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案 解释现有设计中存在的问题,并找出解决方案
2019/10/31 2 为什么要研究车辆动力学？ 车辆设计、主动控制 车辆特性和设计方法 车辆特性 ➢ 动力性、燃油经济性和制动性 ➢ 操纵稳定性 ➢ 乘坐舒适性 车辆设计方法 ➢ 描述车辆的动力学特性 ➢ 预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案 ➢ 解释现有设计中存在的问题，并找出解决方案 3 4
2019/1031 废文通大孝 车辆特性和设计方法 数学模型 考虑非线性因素的运动方程 车辆性能设计工作流程 系统输入文件 车辆模型文件 辆参数文件 求解及分析程序 响应分析级结果输 参数修正 振动模态分析 对问题对结果的解释与分析、改进设计 Q人孝 参考教材 喻凡,林逸.汽车系统动力学.机械工业出版社 余志生.汽车理论(第五版).机械工业出版社 傅立敏汽车空气动力学机械工业出版社 ≯潘公宇,陈龙汽车系统动力学基础及其控制技术 清华大学出版社 ≯ Gillespie,T.D.,赵六奇车辆动力学基础清华大学 出版社
2019/10/31 3 车辆特性和设计方法 数学模型 考虑非线性因素的运动方程 系统输入文件 车辆模型文件 车辆参数文件 求解及分析程序 响应分析级结果输 出 时域结果 频域结果 稳定分析 振动模态分析 针对问题对结果的解释与分析、改进设计 参数修正 车 辆 性 能 设 计 工 作 流 程 参考教材 ➢ 喻凡，林逸. 汽车系统动力学. 机械工业出版社 ➢ 余志生. 汽车理论（第五版）. 机械工业出版社 ➢ 傅立敏.汽车空气动力学.机械工业出版社 ➢ 潘公宇，陈龙.汽车系统动力学基础及其控制技术. 清华大学出版社 ➢ Gillespie,T.D.，赵六奇.车辆动力学基础.清华大学 出版社 5 6
2019/1031 )废通大字 课程主要内容 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 Q人孝 概论和基础理论 第1章车辆动力学概述 ●第2章车辆动力学建模方法 ●第3章轮胎动力学 ●第4章空气动力学基础
2019/10/31 4 课程主要内容 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 概论和基础理论 ⚫ 第1章 车辆动力学概述 ⚫ 第2章 车辆动力学建模方法 ⚫ 第3章 轮胎动力学 ⚫ 第4章 空气动力学基础 7 8
2019/1031 )废通大字 第1章车辆动力学概述 历史回顾 系统及系统动力学 车辆系统动力学研究内容及方法 术语、标准和法规 发展趋势 Q人孝 历史回顾
2019/10/31 5 第1章 车辆动力学概述 ➢ 历史回顾 ➢ 系统及系统动力学 ➢ 车辆系统动力学研究内容及方法 ➢ 术语、标准和法规 ➢ 发展趋势 历史回顾 9 10
2019/1031 ③定人孝 随后的几十年,汽车制造商意识到行驶平顺性和操 纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用,因而车辆动力 学得以迅速发展。在试验方面,车辆行驶振动分析仪 路面测量、转向信号传感装置、变车道、J转向等试验 方法的测试技术日趋完善。人们对非线性操纵响应的理 愈加深入,从而使操纵动力学的研究逐渐向高侧向加速 度的非线性扩展。 计算机技术及应用软件的开发,使建模的复杂程度 不断提高。多刚体系统动力学分析软件(如 ADAMS, DADS)的应用,使复杂的模型得到了明确的表达和方便 的求解。同时,先进控制理论与技术的应用也极大地推 动了车辆动力学的发展,各种车辆底盘控制系统开始相 继涌现 Q人孝 车辆动力学发展 同车响度制巧出的制一好 课新发动机输出转加止车松看钻的边力控刻系到应用 在比之上,近伸又理出了限制一出角范害的动力字控 wearle Dvr C系到了备汽车厂的开发 在垂向动力学方面,主动思架控制技术是车辆动力学发展中 的另一个典型代表,首先使主在0年代初 在日本汽 辆装有主动尽架的样车,目前,主动半主动黑架 某些豪华轿车和军用车辆中得到了应用 PowverAssistedSteer,EPAS)等进行研究
2019/10/31 6 随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操 纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力 学得以迅速发展。在试验方面，车辆行驶振动分析仪、 路面测量、转向信号传感装置、变车道、J转向等试验 方法的测试技术日趋完善。人们对非线性操纵响应的理 愈加深入，从而使操纵动力学的研究逐渐向高侧向加速 度的非线性扩展。 计算机技术及应用软件的开发，使建模的复杂程度 不断提高。多刚体系统动力学分析软件(如ADAMS， DADS)的应用，使复杂的模型得到了明确的表达和方便 的求解。同时，先进控制理论与技术的应用也极大地推 动了车辆动力学的发展，各种车辆底盘控制系统开始相 继涌现。 11 12
2019/1031 )废定通大字 ■系统与系统动力学的概念 在我们真实的大千世界中,存在着许多由一组物 件构成,以一定规律相互联系起来的实体,这就是系 统,自然界就有太阳系、银河系这样的大系统,这种 系统是脱离人的影响而自然存在,称为自然系统,还 有如生物、原子内部也构成了自然系统,还有一种系 统是通过人的设计而形成的系统,称为人工系统,如 生产系统、交通运输系统、通信系统;人工组合和自 然合成的组合系统如导航系统。 如果把汽车的构成看成是一大系统,那么这一系 统应表示为 Q人孝 汽车构造系统 发动机系统 地盘系统 车身系统 冷却系统[燃烧系统画滑系线[制动系统转向系统[传动系线[车身结构内部装饰[附属设备 ·汽车系统构成图
2019/10/31 7 ◼ 系统与系统动力学的概念 在我们真实的大千世界中，存在着许多由一组物 件构成，以一定规律相互联系起来的实体，这就是系 统，自然界就有太阳系、银河系这样的大系统，这种 系统是脱离人的影响而自然存在，称为自然系统，还 有如生物、原子内部也构成了自然系统，还有一种系 统是通过人的设计而形成的系统，称为人工系统，如 生产系统、交通运输系统、通信系统；人工组合和自 然合成的组合系统,如导航系统。 如果把汽车的构成看成是一大系统，那么这一系 统应表示为 • 汽车系统构成图 汽车构造系统 发动机系统 地盘系统 车身系统 冷却系统 燃烧系统 润滑系统 制动系统 转向系统 传动系统 车身结构 内部装饰 附属设备 行驶系统 13 14
2019/1031 )废定通大字 什么叫做系统? 钱学森对系统作如下定义:“把极其复 杂的研究对象称为系统,即由相互作用和相 互依赖的若干组成部分结合而成具有特定功 能的有机整体,而且这个系统的本身又是它 所从属的一个更大系统的组成部分” Q人孝 这个定义表明系统具有以下四个特征 ●系统具有层次性 ●系统具有整体性 ●系统具有目的性 系统具有功能共性
2019/10/31 8 一、什么叫做系统? 钱学森对系统作如下定义：“把极其复 杂的研究对象称为系统，即由相互作用和相 互依赖的若干组成部分结合而成具有特定功 能的有机整体，而且这个系统的本身又是它 所从属的一个更大系统的组成部分”。 这个定义表明系统具有以下四个特征： ⚫系统具有层次性 ⚫系统具有整体性 ⚫系统具有目的性 ⚫系统具有功能共性 15 16
2019/1031 )废定通大字 系统具有层次性 系统是由两个以上(或更多)元素(或称 为元件)组成的事物。一个大系统往往可以 分成几个子系统,每个子系统是由更小的 子系统(称为二级系统)构成。每个子系统或 更小的子系统都有自己的属性,以便和其 它系统加以区别。所以,如果将大系统分 解,可以形成很多层次的结构,这就是系 统层次性。 Q人孝 系统具有整体性 系统虽是由多种元素组成,但系统的性能不 是各元素性能的简单组合,而是相互影响的,所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容,具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力,不会自己行走,但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上,就成为可以行走的汽车 成为一种交通工具,其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见,研究系统特性应丛整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表,而不 是由某一个元素所能代替的
2019/10/31 9 ➢ 系统具有层次性 系统是由两个以上(或更多)元素(或称 为元件)组成的事物。一个大系统往往可以 分成几个子系统，每个子系统是由更小的 子系统(称为二级系统)构成。每个子系统或 更小的子系统都有自己的属性，以便和其 它系统加以区别。所以，如果将大系统分 解，可以形成很多层次的结构，这就是系 统层次性。 ➢ 系统具有整体性 系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。 17 18
2019/1031 废文通大孝 系统具有目的性 这一特点主要是指人工设计系统而言, 而不是指自然系统(例如银河系)。系统的且 的性是指人工系统是为了某一个大目的而构 成。目的不同,系统的构成也就不同。例如 货车的功能就是为了运输货物这一目的而 构成,它必须有货箱以装载货物,而客车则 是为了运输乘客而设计,因此,车厢内必须 有供乘客使用的座椅,而运输货物就退居次 要位置或取消。所以,在设计中必须研究系 统整体且的,才能正确选择个元素的构成 Q人孝 系统具有功能共性 系统中存在着物质、能量和信息的流动,并 与外界(环境)进行物质、能量和信息的交流,既 可以从外界环境向系统输入或从系统向外界环境 输出物质、能量和信息。这是任何系统都具有的 功能,称为系统的功能共性。如汽车系统中把燃 料的燃烧热能转换为汽车的行驶动能,在这一过 程中,发动机吸收氧气,而排除废气。这一过程 有能量的交流,也有物质的交流
2019/10/31 10 ➢ 系统具有目的性 这一特点主要是指人工设计系统而言， 而不是指自然系统(例如银河系)。系统的目 的性是指人工系统是为了某一个大目的而构 成。目的不同，系统的构成也就不同。例如 ，货车的功能就是为了运输货物这一目的而 构成，它必须有货箱以装载货物，而客车则 是为了运输乘客而设计，因此，车厢内必须 有供乘客使用的座椅，而运输货物就退居次 要位置或取消。所以，在设计中必须研究系 统整体目的，才能正确选择个元素的构成。 ➢ 系统具有功能共性 系统中存在着物质、能量和信息的流动，并 与外界(环境)进行物质、能量和信息的交流，既 可以从外界环境向系统输入或从系统向外界环境 输出物质、能量和信息。这是任何系统都具有的 功能，称为系统的功能共性。如汽车系统中把燃 料的燃烧热能转换为汽车的行驶动能，在这一过 程中，发动机吸收氧气，而排除废气。这一过程 有能量的交流，也有物质的交流。 19 20
