车辆动力学基础1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,车辆动力学基础,刘 祚 时,汽车何以能飞,?,柯受良,1997,年,6,月,1,日驾车“飞越”跨度,50,米的黄河壶口瀑布，汽车何以能“飞”？什么情况下可以腾空“飞越”？,1,、描述车辆的动力学性能。,为什么要研究车辆动力学？,研究车辆动力学，为车辆设计、控制服务：,2,、预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案。,3,、解释现有设计中存在的问题，并找出解决方案。,研究内容与评价指标,1,、纵向动力学,3,、横向,(,操纵,),动力学,2,、垂向,(,行驶,),动力学,研究内容与评价指标,动力性、,燃油经济性,安全性：,制动、驱动、,操纵稳定性、被动安全性,舒适性：,平顺性、,NVH,机动性：,通过能力,可靠性、耐久性,以多学科为基础,轮胎力学,空气动力学,一般力学,体系,车辆动力学的建模方法及基础理论,一、牛顿矢量力学体系：,式中：,m,-,质点系总质量；,r,c,-,质心位移；,F,i,-,外力。,式,(1),式中：,I,-,刚体绕某轴的转动惯量矩阵；,-,刚体的角速度投影矩阵；,M,0,-,外力对于,O,点的主矩。,式,(2),牛顿第二定律,欧拉方程,车辆动力学的建模方法及基础理论,二、分析力学体系：,式中：,E,T,、,E,v,、,E,D,-,系统总动能、总势能、总耗散能；,q,i,-,描述系统的广义坐标,(,主变量,),；,Q,i,-,作用于系统的广义力,(,力或力矩,),；,n,-,系统方程阶数。,式,(3),拉格朗日方程,虚功率原理,高斯原理,非完整系统动力学,车辆动力学的建模方法及基础理论,三、多体系统动力学,1,、以经典力学为基础。,3,、由计算机建立动力学方程并进行求解。,2,、多刚体、柔体的运动；采用分布参数体系。,4,、,ADAMS,、,SIMAPCK,等。,轮胎的基本功能,决定一辆汽车如何转向、制动和加速的关键控制力产生于四块不大于人手掌大小的接触区。,1,、支撑垂直载荷。,3,、提供加速和制动所需的,纵向力,。,4,、提供转向所需的,侧向力,。,2,、缓冲路面引起的振动、冲击。,通过本课程的学习，要求学生掌握以下内容,：,1,、车辆的动力性分析与计算,2,、车辆的动力装置参数的选定,3,、车辆的制动性分析与计算,4,、了解,ABS,5,、车辆操纵稳定性的分析,6,、车辆轮胎的受力分析,7,、车辆平顺性的分析,8.,、基于,ADAMS,的车辆动力学建模与模拟,相关书籍推荐,余志生主编,汽车理论,第,5,版,（美）,Thomas,D.Gillespie,著,.,车辆动力学基础,.,赵六奇，金达锋，译,.,清华大学出版社,吴光强 主编,.,汽车理论,.,人民交通出版社,傅立敏 著,.,汽车空气动力学,.,机械工业出版社,喻凡，林逸 编著,.,汽车系统动力学,.,机械工业出版社,1.2,建模的基本知识,集中质量,车辆由众多零部件构成。在不同工况、不同研究目的中，对这些零部件有不同的处理方法。例如，在制动过程中，车辆作为整体减速，可以假设整车是一个集中质量块，这个质量块的质心位置与整车质心位置重合，这个质量块拥有与整车相同的质量和惯性特性。实际上，加速、制动和大多数转向分析，把整车作为一个集中质量来研究都可以满足要求。但在乘坐舒适性研究中，我们不能忽视弹性元件的作用，而必须把整车质量分为“悬挂质量”和“非悬挂质量”。,车辆固定坐标系统,地面固定坐标系统,车辆操纵过程的姿态和运行轨迹，参照固定在地面上的右手直角坐标系来确定。一般情况下，车辆固定坐标系选择与操纵的起始点相一致。此坐标系的定义如下：,X,向前运动；,Y,向右运动；,Z,垂直运动（向下为正方向）；,方向角（水平面上,x,轴与,X,轴之间的夹角）；,路径角（车辆速度向量与,X,轴之间的夹角）；,侧滑角（车辆速度向量与,x,轴之间的夹角）。,欧拉角,用来确定刚体位置的,3,个一组独立角参量，为欧拉首先提出而得名。由三个方向上的依次旋转构成，它们有多种取法，以不同的顺序转动同样,3,个欧拉角得到的变换结果一般是不同的，会导致不同的车辆姿态。常用转动顺序是,3-1-3,。,3,表示,z,轴，,1,表示,x,轴。即表示，第一次绕地面固定坐标系,Z,轴转动；第二次绕,X,轴转动；第三次绕,z,轴转动。,第一欧拉角,第二欧拉角,第三欧拉角,轮胎静态负荷,1.,最高车速,u,amax,重型货车,（总质量,14t,）,90km/h,中型货车,（总质量,6,14t,）,100km/h,微型和轻型货车,（总质量,6t,）,80,130km/h,城市铰接客车,60,90km/h,客车,125km/h,商用车的速度相对较低,，,其主要技术参数是载质量或载客量。,微型（经济型）轿车,（发动排量,/L1.0,）,奥拓,0.8 120km/h,吉利,1.0 120km/h,夏利,1.0 137km/h,奇瑞,QQ 0.8 130km/h,普及（紧凑）型轿车,（,1.0,发动排量,/L,1.6,）,吉利,1.3,155km/h,夏利,1.3,165km/h,羚羊,1.3,168km/h,西耶那,1.5,168km/h,赛欧,1.6 165km/h,波罗,1.4 172km/h,富康,1.6 180km/h,捷达,1.6 170km/h,飞度,1.3,手动,165km/h,飞度,1.3CVT 160km/h,飞度,1.5,手动,180km/h,飞度,1.5CVT 175km/h,从这组数据能获取什么信息？,中高级轿车,2.5,发动机排量,/L4.0,凯迪拉克赛威,2.8,201km/h,奥迪,A6L 2.8,235km/h,宝马,530i,250km/h,奔驰,E 280,250km/h,高级轿车,红旗,CA7460,185km/h,奔驰,S600(5.8L),250km/h,宝马,760,250km/h,宾利雅致,(6.8L),270km/h,迈巴赫,(5.5L),250km/h,劳斯莱斯幻影,(6.7L),240km/h,中级轿车,（,1.6,发动机排量,/L2.5,）,普桑,1.8,150km/h,桑塔纳,3000 1.8,185km/h,宝来,1.8,手动,206km/h,宝来,1.8T,手动,221km/h,宝马,318i,214km/h,蒙迪欧,2.0,205km/h,本田雅阁,2.0,197km/h,本田雅阁,2.4,219km/h,奥迪,A4 1.8T,220km/h,奥迪,A4 2.0,230km/h,跑车的最高车速,跑车的最高车速,跑车的最高车速,思考,汽车的最高车速这么高,，,在高速公路上可以得到充分发挥吗？,中国高速公路,允许,的最高车速,120km/h,德国高速公路不限速,SUV,的最高车速,宝马,X5(4.4L),230km/h,陆虎览胜,(4.0L),210km/h,宝马,X5(3.0L),202km/h,大众途锐,(3.0L),197km/h,捍马,H2(6.0L),180km/h,帕杰罗速跑,(3.0L),175km/h,对最高车速的总结,通过以上数据的对比分析,，,能得到一些什么结论？,思考,查阅资料：,F1,方程式赛车的最高车速可以达到多少？,发动机,排量越大，汽车最高车速越高；,配置相同发动机的前提下，手动挡比自动挡车速更高；,发动机排量相同的前提下，车身越小，最高车速越高；,SUV,配备的发动机排量普遍较大，但与配备相同发动机排量的轿车相比，最高车速要低。,现今内燃机汽车的最高车速记录为,660km/h,，由塞默兄弟在,1965,年,11,月创造。,世界上车速的最高记录是英国飞行员安迪,格林（,Andy Green,）在美国内华达州西北的盐湖上，于,1997,年,10,月驾驶一辆喷气式发动机驱动的,“冲刺”,号汽车创造的，车速第一次超过了声速，达到,1227.73km/h,。,2.,加速时间,t,飞度,1.5L,12.0s,红旗,CA7460,10.5s,捍马,H2,10.0s,宝马,523Li,9.6s,奥迪,A8,7.0s,宝马,750,6.6s,奔驰,S600,6.5s,宝来,1.8 M,（手动挡）,/A,（自动挡）,11.1s/12.7s,宝来,1.8T M,（手动挡）,/A,（自动挡）,9.0s/10.5s,手动挡汽车的加速时间更短,法拉利,575M,Maranello,4.2s,宝时捷,911 3.9s,兰博基尼,Gallardo 4.2s,（,1,）原地起步加速时间,1,）,0,100km/h,的加速时间,2,）静止到,400m,或静止到,1km,的,冲刺,时间,60,100km/h,（,4,挡,/5,挡）,10.8s/13.7s,80,120km/h,（,4,挡,/5,挡）,10.6 s/14.1s,思考：从这组数据可得到什么信息？,奥迪,A6 1.8T,静止到,400m,冲刺时间,7.9s,静止到,1km,冲刺时间,33.4s,在一般的技术参数中往往不给此项数据,（,2,）超车加速时间,宝马,520i,低挡的超车加速能力更强。,坡度的概念,货车满载,i,max,=30,越野车,i,max,=60,车型,最大爬坡度,i,max,切诺基,30,通用开拓者,50,长丰猎豹,70,帕杰罗,70,陆虎,100,陆地巡洋舰,100,一些,SUV,车型的最大爬坡度,3.,最大爬坡度,i,max,美国对轿车的爬坡能力有如下规定：,能以,104km/h,（,65mile/h,）通过,6,的坡道；,满载时不低于,80km/h,；,在,6,的坡道上，,0,96km/h,（,60mile/h,）的 加速时间不应大于,20s,。,水平路面加速,坡道加速,曲线斜坡加速,