第一篇：車輛動(dòng)力學(xué)概述

車輛動(dòng)力學(xué)概述

回顧車輛動(dòng)力學(xué)的發(fā)展歷史，揭示車輛動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容及未來發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)車輛特性和設(shè)計(jì)方法也作了簡(jiǎn)要介紹。

1.歷史發(fā)展

車輛動(dòng)力學(xué)是近代發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。其發(fā)展歷史可追溯到100多年前[1]，直到20世紀(jì)30年代初人們才開始注意車輪擺振問題等；而后一直到1952年間，人們通過不斷研究，定義了不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向，建立了簡(jiǎn)單的兩自由度操縱動(dòng)力學(xué)方程，開始進(jìn)行有關(guān)行駛平順性研究并建立了K2試驗(yàn)臺(tái)，提出了“平穩(wěn)行駛”概念，引入前獨(dú)立懸架等；1952年以后，人們擴(kuò)展了操縱動(dòng)力學(xué)分析，開始采用隨機(jī)振動(dòng)理論對(duì)行駛平順性進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，理論和試驗(yàn)兩方面對(duì)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展也起了很大作用。然而，在新車型的設(shè)計(jì)開發(fā)中，汽車制造商仍然需要依賴于具有豐富測(cè)試經(jīng)驗(yàn)與高超主觀評(píng)價(jià)技能的工程師隊(duì)伍，實(shí)際測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)在車輛開發(fā)中還有不可替代的作用。

2.研究?jī)?nèi)容

嚴(yán)格地說，車輛動(dòng)力學(xué)是研究所有與車輛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的學(xué)科。它涉及范圍很廣，除了影響車輛縱向運(yùn)動(dòng)及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)（縱向動(dòng)力學(xué)）外，還有行駛動(dòng)力學(xué)和操縱動(dòng)力學(xué)。人們長(zhǎng)期以來習(xí)慣按縱向、垂向和橫向分別獨(dú)立研究車輛動(dòng)力學(xué)問題，而實(shí)際情況是車輛同時(shí)受到三個(gè)方向的輸入激勵(lì)且各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性相互作用、相互耦合。隨著功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)和動(dòng)力學(xué)分析軟件的發(fā)展，我們已經(jīng)有能力將三個(gè)方向的動(dòng)力學(xué)問題結(jié)合起來進(jìn)行研究。

縱向動(dòng)力學(xué)研究車輛直線運(yùn)動(dòng)及其控制的問題，主要是車輛沿前進(jìn)方向的受力與其運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，按工況不同分為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)和制動(dòng)動(dòng)力學(xué)兩大部分。與行駛動(dòng)力學(xué)有關(guān)的主要性能及參數(shù)包括懸架工作行程、乘坐舒適性、車體的姿態(tài)控制及輪胎動(dòng)載荷的控制等；而行駛動(dòng)力學(xué)研究的首要問題是建立考慮懸架特性在內(nèi)的車輛動(dòng)力學(xué)模型。操縱動(dòng)力學(xué)內(nèi)容相當(dāng)豐富，輪胎在其中起著相當(dāng)重要的作用；通常操縱動(dòng)力學(xué)研究范圍分為三個(gè)區(qū)域，即線性域、非線性域和非線性聯(lián)合工況。

3.車輛特性和設(shè)計(jì)方法 車輛動(dòng)力學(xué)特性的設(shè)計(jì)方法主要以系統(tǒng)建模和分析為主，而車輛設(shè)計(jì)則可以是一個(gè)迭代循環(huán)的過程。在此，不得不提一下人們所期望的車輛特性。

在車輛縱向動(dòng)力性能方面，人們期待車輛能夠有很好的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和制動(dòng)性，為實(shí)現(xiàn)這些理想特性，就要對(duì)車輛的動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)來保證[2]。就乘坐舒適性而言，被廣為接受的評(píng)價(jià)指標(biāo)是使駕駛員和乘員所感受到的加速度水平降至最小。在操縱性方面，總體目標(biāo)包括兩個(gè)方面，一是對(duì)于風(fēng)的擾動(dòng)或不平路面的干擾車輛所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)控制在最小范圍，二是對(duì)駕駛員輸入響應(yīng)達(dá)到最優(yōu)；實(shí)際中，駕駛員本身作用不容忽視。具體而言，所期望的車輛操縱穩(wěn)定性可歸納為穩(wěn)定性、可操縱性、一致性和常規(guī)性等四個(gè)方面，便于我們進(jìn)行研究。

在實(shí)際研究中，我們可以通過對(duì)實(shí)際車輛的數(shù)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)方程求解，然后再用所求得的結(jié)果對(duì)實(shí)際車輛進(jìn)行分析解釋。我們建模要能夠準(zhǔn)確描述車輛動(dòng)力學(xué)特性，預(yù)測(cè)車輛性能并由此產(chǎn)生一個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案，解釋現(xiàn)有設(shè)計(jì)中存在的問題并找出解決方案。

4.發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)研究都是針對(duì)被動(dòng)元件的設(shè)計(jì)而言，而采用主動(dòng)控制來改變車輛動(dòng)態(tài)性能的理念，則為車輛動(dòng)力學(xué)開辟了一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。在車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究中，采用“人-車-路”大閉環(huán)的概念應(yīng)該是未來的趨勢(shì)。作為駕駛者，人既起著控制器的作用，又是車輛性能的最終評(píng)價(jià)者[3]。計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)共同推動(dòng)了現(xiàn)代汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

車輛的控制系統(tǒng)包括三大部分，即控制算法、傳感器技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。后兩者在技術(shù)上可以解決，而作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，尋求一個(gè)能夠?yàn)檐囕v提供良好性能的控制律，則需要控制理論與車輛動(dòng)力學(xué)的機(jī)密結(jié)合。

與傳統(tǒng)的集中質(zhì)量模型相比，近代發(fā)展起來的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可大大地提高復(fù)雜車輛模型的精度[4]，已經(jīng)成為汽車CAE技術(shù)的重要組成部分。采用人-車閉環(huán)系統(tǒng)也將是未來汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的趨勢(shì)[5]。

參考文獻(xiàn) [1] Lanchester F W.Some problems peculiar to the design of automobile.Automobile Engineers, 1908, II:187 [2] 喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005:7-10 [3] Dynamik D, Kraftfahrzeuge.汽車動(dòng)力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009:575-578 [4] Kortum W, Sharp R S.A report on the state of affairs on application of multi-body computer codes to vehicle system dynamics.Vehicle System Dynamics, 1991,20(3-4)：177-184 [5] Guo K H, Guan X.Modelling of driver/vehicle directional control system.Vehicle System Dynamics, 1993,22(3):141-184

第二篇：車輛動(dòng)力學(xué)論文

車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的研究

摘要：近年來，汽車動(dòng)力學(xué)控制得到廣泛的研究。兼容了ABS和TRC的優(yōu)勢(shì)，車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制（VDC）使車輛在各種路面和各種工況下都獲得良好的操縱穩(wěn)定性和方向性，大大降低交通事故的發(fā)生及其傷害。本文從理論上研究了汽車穩(wěn)定性控制的基本原理和穩(wěn)定性控制策略，以及路面狀況、轉(zhuǎn)向角、車速對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響。采用MATLAB/Simulink建立車輛模型進(jìn)行穩(wěn)定性仿真分析。關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)；穩(wěn)定性控制；閾值控制；

引言

車輛動(dòng)力學(xué)是近代年發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。隨著人類社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性提出了更高的要求。自20世紀(jì)70年代末，從飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)中引入的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lock Braking System，簡(jiǎn)稱ABS）可以稱得上是向車輛底盤控制邁出的第一步，ABS通過限制制動(dòng)壓力來保證車輪的最佳滑移率，從而避免了車輪的抱死。隨后，通過限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩防止車輪滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)（Traction Control System，簡(jiǎn)稱 TCS）在20世紀(jì)80年代中期得到應(yīng)用。到20世紀(jì)80年代末，在ABS和TCS的基礎(chǔ)上，又成功地開發(fā)了防滑轉(zhuǎn)控制（Acceleration Spin Regulation，簡(jiǎn)稱ASR）裝置，這種裝置在車輛急劇變速時(shí)，可改善車輛與地面的附著力，避免車輛產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)的危險(xiǎn)。20世紀(jì)90年代初，研究人員根據(jù)輪胎印跡處的縱向力和橫向力滿足摩擦圓規(guī)律的原理，提出了在高速行駛中通過驅(qū)動(dòng)力控制來保證車輛的橫向穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制（Dynamic Stability Control，簡(jiǎn)稱 DSC），它對(duì)車輛高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)制動(dòng)特別有效。20世紀(jì) 90 年代末期，研究人員發(fā)現(xiàn)，車輛在高速行駛過程中的橫向穩(wěn)定度較小，通過調(diào)節(jié)四個(gè)車輪的縱向力而形成一定的回正力矩，就可以控制車輛的橫擺角速度，由此提出了“直接橫擺控制”（Direct Yaw moment Control，簡(jiǎn)稱 DYC）算法，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性。在此基礎(chǔ)上，近年來又提出了限制一定側(cè)偏角范圍的車輛動(dòng)力學(xué)控制（Vehicle Dynamics Control，簡(jiǎn)稱 VDC）。自2000年以來，VDC系統(tǒng)得到了世界各國(guó)汽車廠商的關(guān)注，并進(jìn)行開發(fā)研制。

用戶對(duì)車輛穩(wěn)定性的需求是車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制發(fā)展的動(dòng)力，而車輛動(dòng)力學(xué)技術(shù)的發(fā)展為車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)保障。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制(VDC)出現(xiàn)，它兼容了ABS和TCS的優(yōu)勢(shì)功能，利用車輛動(dòng)力學(xué)狀態(tài)變量反饋來調(diào)節(jié)車輪縱向力大小及匹配，統(tǒng)計(jì)分析知：VDC 能夠大大降低交通事故的發(fā)生及其傷害。車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制方法

1.1 車輛動(dòng)力學(xué)控制模型介紹

車輛動(dòng)力學(xué)控制模型主要包含整車模型、輪胎模型和駕駛員模型。①

整車模型

在分析中采用的模型可以分為線性模型和非線性模型兩類。也可以根據(jù)分析的自由度數(shù)分類，在動(dòng)力學(xué)仿真中主要使用的模型一般有單輪模型、雙輪自行車模型和四輪模型等。單輪模型一般應(yīng)用于車輛牽引和制動(dòng)研究，這種模型直觀簡(jiǎn)潔。這一模型主要應(yīng)用在 ABS 和 TCS 的控制策略的研究開發(fā)上。

雙輪自行車模型結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于開發(fā) VDC 而言采用兩輪模型具有以下優(yōu)勢(shì)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，能夠保證控制的實(shí)時(shí)性的要求。因此雙輪自行車模型是進(jìn)行 VDC 控制策略的開發(fā)及控制算法的研究的基礎(chǔ)。

四輪模型更為真實(shí)地反映了車輛的實(shí)際情況。為了盡可能的接近車輛的實(shí)際情況，必須考慮懸架、輪胎和車身的非線性，以及車輛的動(dòng)態(tài)非線性，因此在理論建模和分析過程中也有采用四輪多自由度車輛仿真分析模型。②

輪胎模型

輪胎對(duì)車輛的動(dòng)力學(xué)控制具有非常重要的影響，因?yàn)檐囕v的一切動(dòng)力學(xué)控制的外力都是來自輪胎和路面的附著作用。因此，輪胎模型和實(shí)際工況的符合程度決定了控制系統(tǒng)仿真分析及控制算法的精確性。

由 Pacejka 教授提出的“魔術(shù)公式”輪胎模型是動(dòng)力學(xué)仿真分析應(yīng)用的主要的模型。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究中常用到該模型以及其修正模型。

此外，在研究中，人們還可以運(yùn)用梁模型、刷子模型、輻條模型以及 Swift 輪胎模型。然而，在研究中應(yīng)用最廣泛的仍然是“魔術(shù)公式”輪胎模型以及其修正模型。③ 駕駛員模型

在車輛的駕駛過程中，駕駛員是首要的控制元素。對(duì)于車輛動(dòng)力學(xué)控制而言，車輛的實(shí)際操作過程中都需要考慮駕駛員的因素。因此，對(duì)駕駛員進(jìn)行建模的思想在人—車閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行了研究。在車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)中，如帶有預(yù)瞄模型的 VDC 控制系統(tǒng)中都需要應(yīng)用駕駛員模型。1.2 車輛動(dòng)力學(xué)控制的策略和算法

VDC 控制系統(tǒng)的核心是控制策略和算法?？刂撇呗院退惴ㄖ苯記Q定了控制系統(tǒng)的性能，這也是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。①

控制變量的選擇

為了進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)控制，VDC 必須確定控制狀態(tài)量。在光滑的路面上進(jìn)行控制時(shí)，橫擺角速度和橫向加速度不對(duì)應(yīng)，因此橫擺角速度和側(cè)偏角都必須加以門限控制。

輪胎的縱向力和橫向力決定于滑移率、側(cè)偏角和垂直力。因此輪胎的滑移率成為了基本的控制變量，控制車輛的橫向力和橫擺力耦矩。此外應(yīng)當(dāng)考慮縱向力控制和駕駛員輸入實(shí)際的車輛的狀態(tài)的估算等問題；同時(shí)車輛的側(cè)翻角反映了車輛的抗側(cè)翻性能，一般將其轉(zhuǎn)化為翻轉(zhuǎn)系數(shù)進(jìn)行控制。VDC 的主控變量主要有以下五種：橫擺角速度控制，；橫擺控制+側(cè)偏控制+側(cè)翻控制；側(cè)偏角控制主要有豐田，；橫擺控制+側(cè)偏控制；橫擺控制+側(cè)偏控制+主動(dòng)轉(zhuǎn)向等。②

控制器的實(shí)現(xiàn)策略

VDC 的控制系統(tǒng)一般都是利用理想的線性模型來預(yù)測(cè)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而實(shí)際的車輛橫擺角速度由傳感器來控制，實(shí)際的車輛側(cè)偏角度通過為數(shù)不多的幾個(gè)傳感器信號(hào)及各種估算算法得到。將預(yù)測(cè)模型和實(shí)際測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，基于差值進(jìn)行控制，因此主要的控制是基于反饋理論的控制。當(dāng)前采用的控制策略介紹如下。

反饋控制—目前市場(chǎng)上的 VDC 主要是采用橫擺角速度反饋控制，將通過傳感器測(cè)量得到的控制變量的數(shù)值和經(jīng)過參考模型計(jì)算得到的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)偏差進(jìn)行控制。這也是相對(duì)成熟、實(shí)現(xiàn)成本較低的一種控制方式。

前饋+反饋控制—祁永寧等人將四輪轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制相結(jié)合，采用跟隨理想模型的前饋加反饋控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)偏角和橫擺角速度的多目標(biāo)控制。

模糊控制—由于系統(tǒng)存在非線性，延遲性，和參數(shù)的不確定性，因此可以采用模糊控制或則模糊PID控制來進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)控制。在對(duì)ABS和四輪轉(zhuǎn)向的研究中，人們廣泛地采用了模糊控制以及模糊 PID 控制。

滑?？刂啤€(wěn)定性控制被視作與駕駛員駕駛意圖的匹配，所以橫擺角速度首要成為控制目標(biāo)。但在低附路面上，實(shí)際的橫擺角速度和預(yù)期的橫擺角速度不能有效的阻止側(cè) 偏角的增加和車輛的激轉(zhuǎn)；過大的側(cè)偏角降低了駕駛員的穩(wěn)定性操作的質(zhì)量。采用滑?？刂品椒軌?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)的控制魯棒性能：附著的變化，側(cè)向坡度的變化，速度的變化，動(dòng)態(tài)載荷變化。研究人員在對(duì)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的研究中大量應(yīng)用到滑?？刂埔约白冃蔚幕？刂?。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制—由于路面-輪胎特性的非線性決定了VDC的控制策略基于非線性，所以確定合適的VDC控制器和有效的輸出是一件困難的工作。非線性的控制策略可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）和遺傳算法獲得。系統(tǒng)幫助駕駛?cè)藛T進(jìn)行道路修正，增強(qiáng)轉(zhuǎn)向和直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性。

此外，研究人員在研究中還運(yùn)用到了PID控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)瞄控制和相平面控制等方法。③

控制算法

VDC需要解決的問題包括：駕駛員駕駛意圖的識(shí)別，車輛狀態(tài)的測(cè)量和評(píng)估，控制目標(biāo)的生成，系統(tǒng)執(zhí)行的效率和平穩(wěn)性，道路bankangle的測(cè)定，系統(tǒng)的開發(fā)和評(píng)估，以及錯(cuò)誤測(cè)試等。為了對(duì)各種不同的路面作出不同的響應(yīng)，必須對(duì)輪胎-路面之間的附著進(jìn)行預(yù)估。采用較多的方式是利用卡爾曼濾波構(gòu)造系統(tǒng)觀測(cè)器，進(jìn)行車輛操縱穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)信號(hào)的實(shí)時(shí)軟測(cè)量。1.3 動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立步驟

基于數(shù)學(xué)模型的數(shù)字化虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。是當(dāng)今車輛研發(fā)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。以下是計(jì)算機(jī)仿真研究的關(guān)鍵步驟：

1）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)仿真的研究依據(jù)，其對(duì)系統(tǒng)的近似程度需要根據(jù)仿真要求或者目的來調(diào)整。

2）建立仿真模型

一般的數(shù)學(xué)模型特別是復(fù)雜非線性問題不方便通過直接編程并用計(jì)算機(jī)求解，通常需要把數(shù)學(xué)模型通過一定算法對(duì)原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化等方便計(jì)算機(jī)求解的處理。

3）模型驗(yàn)證、試驗(yàn)結(jié)果分析

仿真程序負(fù)責(zé)在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立、解算、顯示仿真模型和試驗(yàn)結(jié)果等工作，提供仿真平臺(tái)，一般采用面向?qū)ο蟾呒?jí)語言編寫。目前有很多商業(yè)化的仿真軟件，如MATLAB、ADAMS 等等。通過運(yùn)行仿真程序，將仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、檢驗(yàn)，確認(rèn)模型是否足夠代表實(shí)際系統(tǒng)，足夠反映需求下的實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的特性，否則要通過結(jié)果分析對(duì)模型進(jìn)行修改，直至達(dá)到仿真要求。

4）基于仿真模型進(jìn)行進(jìn)一步應(yīng)用

經(jīng)過不斷調(diào)整，仿真模型足夠反映需求下的實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的特性，采用仿真模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行一些深入的研究應(yīng)用，可以研究哪些參數(shù)的變化對(duì)性能的影響權(quán)重的靈敏度分析；系統(tǒng)在其特性或參數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)仍可使品質(zhì)指標(biāo)保持不變的性能的穩(wěn)健性分析，即系統(tǒng)對(duì)特性或參數(shù)變動(dòng)的不敏感性等等。進(jìn)一步的應(yīng)用讓仿真模型為解決實(shí)際工程化問題提供依托，甚至是完整的解決方案。VDC系統(tǒng)的基本原理

2.1 輪胎附著極限狀態(tài)分析

車輛喪失穩(wěn)定性時(shí)，汽車處于失控狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑迅速減少或迅速增大的嚴(yán)重的過多轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向，從而導(dǎo)致側(cè)滑、激轉(zhuǎn)、側(cè)翻或轉(zhuǎn)向反應(yīng)遲鈍等，在輪胎的側(cè)偏 力達(dá)到飽和狀態(tài)下，如果前輪首先達(dá)到側(cè)偏力飽和極限，會(huì)產(chǎn)生“漂移” 現(xiàn)象、側(cè)滑，維持車輛保持期望駕駛軌跡所提供的橫擺力矩隨之減少，車輛實(shí)際的轉(zhuǎn)彎半徑比駕駛員期望的要大，導(dǎo)致不足轉(zhuǎn)向，如圖1。

圖1 車輪達(dá)到極限飽和

如果后輪首先達(dá)到側(cè)偏力飽和極限，會(huì)產(chǎn)生“急轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，維持車輛保持期望駕 駛軌跡所提供的橫擺力矩隨之增大，車輛實(shí)際的轉(zhuǎn)彎半徑比駕駛員期望的要小，導(dǎo)致過度轉(zhuǎn)向。這兩種情況下車輛都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還可能導(dǎo)致側(cè)翻或轉(zhuǎn)向反應(yīng)遲鈍等，車輛的操縱性將難以預(yù)測(cè)和控制。一般的駕駛員很難通過方向盤控制前輪轉(zhuǎn)角很難正確的調(diào)整車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將車輛穩(wěn)定下來，很容易發(fā)生危險(xiǎn)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。

在這種情況下，通過主動(dòng)控制避免車輪達(dá)到極限飽和狀態(tài)是非常有必要的。2.2 車輛動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定性分析

目前車輛動(dòng)力學(xué)控制的主要控制目標(biāo)有以下兩種：一個(gè)是軌跡保持問題，這個(gè)可以由車輛的側(cè)偏角來進(jìn)行描述；另外一個(gè)是穩(wěn)定性問題，可以由車輛的橫擺角速度來描述。作為描述車身狀態(tài)的兩個(gè)主要變量，它們之間是相互耦合的。在橫擺角速度較小的情況下，車輛的質(zhì)心側(cè)偏角主要由車輛的縱向力和橫向力影響決定，但是直接控制車輛的縱向力和橫向力是很困難的；如果只考慮橫擺角速度，它的大小取決于質(zhì)心位置的橫擺力矩，最直觀的施加橫擺力矩的理想方式就是在車輛的兩個(gè)對(duì)角的車輪上施加一對(duì)大小相等的但是方向相反的一個(gè)驅(qū)動(dòng)力和一個(gè)制動(dòng)力。需要選擇一個(gè)變量作為主要控制變量，另外一個(gè)作為輔助控制變量，兩個(gè)被控變量需要通過控制算法相互協(xié)調(diào)。

由于安全在主動(dòng)控制中是最重要的，相對(duì)于軌跡保持，穩(wěn)定性的重要性更強(qiáng)，所以，車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制以穩(wěn)定性控制為主，在非理想軌跡的情況下要首先保證汽車的穩(wěn)定性。通過差動(dòng)制動(dòng)來控制車輛的橫擺角速度，對(duì)于側(cè)偏角的變化就是間接控制，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，盡量接近期望的軌跡。

駕駛員駕駛的理想目標(biāo)是車輛行駛狀態(tài)能夠按照線性方式在變化，那么也可根據(jù)兩個(gè)能控制變量的實(shí)際值與線性狀態(tài)名義值的差值對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，當(dāng)兩者差值較小時(shí)，粗略的認(rèn)為汽車的行使?fàn)顟B(tài)是穩(wěn)定的，不予以修正；但當(dāng)差值變大超出某一額定范圍時(shí)，認(rèn)為汽車己經(jīng)進(jìn)入需要?jiǎng)恿W(xué)穩(wěn)定性控制的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。

由于側(cè)偏角的范圍很難確定，而只使用橫擺角速度狀態(tài)變量進(jìn)行反饋控制，實(shí)際汽車的橫擺角速度ω和側(cè)偏角β的確定：

橫擺角速度由汽車上裝有的橫擺角速度傳感器測(cè)得。側(cè)偏角是由側(cè)向加速度和橫擺角速度積分估算出來：

?（t）=?0????vy????dt v?0?t由各傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過一定的算法和汽車模型運(yùn)算后，便可以知道期望值與實(shí)際橫擺角速度ω和側(cè)偏角β,經(jīng)比較器比較得Δω、Δβ。若在容許范圍內(nèi)，則VDC無須作用；若不在容許范圍內(nèi)，則根據(jù)Δω、Δβ的大小確定要產(chǎn)生的修正橫擺力矩大小 ΔM。然后根據(jù)修正橫擺力矩大小值確定各個(gè)車輪最優(yōu)的滑移率。知道滑移率，根據(jù)輪胎模型便可以確定每一車輪的制動(dòng)力大小，從而可以確定每一車輪的制動(dòng)電磁閥的開關(guān)時(shí)間（或節(jié)氣門開度），制動(dòng)電磁閥工作后（或節(jié)氣門開度改變）便實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的穩(wěn)定性控制。車身狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量和估算

3.1 車身傳感器和基本車身狀態(tài)參數(shù)測(cè)量

主要的傳感器有：方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器、制動(dòng)壓力傳感器。

目前基本是將側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度 2 個(gè)傳感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)集成，通過 CAN 總線與 ECU 通訊。3.2 派生車身狀態(tài)參數(shù)的估算

1）側(cè)向加速度的估算：加速度計(jì)得到側(cè)向加速度；

2）質(zhì)心側(cè)偏角的估算：本文采取質(zhì)心側(cè)偏角由側(cè)向加速度和橫擺角速度積分估算的方案：在縱向和側(cè)向水平的路面上，忽略汽車點(diǎn)頭和側(cè)傾角，則汽車的質(zhì)心側(cè)偏角β可 由下式確定：

??vx1?vy2?????????? 2?1???vv??式中：v為車速；vy為側(cè)向加速度；vx縱向加速度。若汽車車速變化不大，上式簡(jiǎn)化為

??vyv??，則：

??t???0???dt??0???0t?vy????dt v?0?t

3.3 附著系數(shù)的估算

由汽車在垂直方向、縱向受力平衡及力矩平衡，得到下列 3 個(gè)方程：

N1?N2?mg

11dyF?N????N????m?????bi21122234dt

dyN1L?mgl2?mhdt將方程聯(lián)立求解可得各輪的附著系數(shù)（參數(shù)下標(biāo) 1, 2, 3, 4 分別表示各車輪對(duì)應(yīng)參 數(shù)值）。VDC 系統(tǒng)經(jīng)典控制仿真

ADAMS/Controls是ADAMS軟件包中的一個(gè)集成可選模塊。在ADAMS/Controls 中，可以通過簡(jiǎn)單的繼電器、邏輯與非門、阻尼線圈等建立簡(jiǎn)單的控制機(jī)構(gòu)，也可利用通用控制系統(tǒng)軟件(如：MATLAB，EASY5)建立的控制系統(tǒng)框圖，建立包括控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型。

Simulink 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包。Simulink 提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以方便的構(gòu)成所需要的控制類型的系統(tǒng)模型，進(jìn)而進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真與分析。本文選用 Simulink 完成包括兩自由度線性模型計(jì)算的 ECU 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

通過ADAMS/Control接口把ADAMS/Car中建立的非線性整車模型作為Simulink中的S-function函數(shù)和控制模型聯(lián)合起來進(jìn)行VDC控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真分析。

圖2 ADAMS多體模型-控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真

如圖 2 所示，ADAMS/Car 的車輛模型輸入信號(hào)包括：左前輪制動(dòng)力矩、右前輪制動(dòng)力矩、左后輪制動(dòng)力矩、右后輪制動(dòng)力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門調(diào)節(jié)信號(hào)，輸出信號(hào)為四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速、車身橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、方向盤轉(zhuǎn)角和車輛前進(jìn)方向速度等信號(hào)。VDC主控ECU為VDC系統(tǒng)的控制邏輯單元，該單元包括多個(gè)作用子系統(tǒng)。根據(jù)采集到的四個(gè)輪速信號(hào)、車身橫擺角速度、側(cè)偏角和前進(jìn)速度等按照控制邏輯對(duì)四個(gè)輪子制動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)和節(jié)氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出控制指令。制動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用脈沖信號(hào)結(jié)合ABS子系統(tǒng)進(jìn)行輸入，ABS控制采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性能好、可靠性高的PID控制實(shí)現(xiàn)；節(jié)氣門信號(hào)通過在兩個(gè)前輪上施加相同的制動(dòng)力矩模擬。主控ECU內(nèi)部采用不同的控制方法配合不同的控制策略可以達(dá)到不同的控制效果。4.1 基于 TCP/IP 分布式聯(lián)合仿真

MSC.ADAMS 中的控制接口模塊 ADAMS /Controls 有兩種通信機(jī)制，即基于管道式的通信機(jī)制與基于 TCP/IP 的通信機(jī)制。管道式的通信機(jī)制運(yùn)行速度較快，但不支持不同機(jī)器之間的通信?；?TCP/IP，就可以在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行 ADAMS 求解程序，而在網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)機(jī)器運(yùn)行控制程序 MATLAB，兩者之間進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)傳遞，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)模型和控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。

本文選用 Simulink 完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在 ADAMS/Control 模塊下，可以建立 與 MATLAB /Simulink 的接口，采用 client/server(客戶端/服務(wù)器)模式，它的通訊過程 是基于 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。該協(xié)議中 接口是兩個(gè)程序之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通訊端點(diǎn)，有一個(gè)地址和一個(gè)端口號(hào)來標(biāo)識(shí)。ADAMS/Control 服務(wù)程序在提供服務(wù)時(shí)在一個(gè)端口進(jìn)行，使用該服務(wù)的客戶機(jī) Simulink 也必須連接該端口。4.2 車輛 VDC 的閾值控制

基于閾值控制的穩(wěn)定性控制器的設(shè)計(jì)為：

本文將表征車身運(yùn)動(dòng)軌跡的質(zhì)心側(cè)偏角作為主要輔助門限；為了區(qū)分不同工況下的控制實(shí)施，添加橫擺角速度上下限輔助判斷門限作為是否施加控制的判斷開關(guān)。

由實(shí)際橫擺角速度和期望橫擺角速度差值Δω觸發(fā) VDC 控制的執(zhí)行，當(dāng)Δω大于上限值 Ahigh，那么就施加反饋 Tout，反饋根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角判斷并確定其具體在哪個(gè)車輪上施加，例如當(dāng)方向盤左轉(zhuǎn)，駕駛員期望車身左向轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪胎達(dá)到附著極限，橫擺角速度不能跟蹤前輪轉(zhuǎn)角變化Δω絕對(duì)值增大大于Ahigh，發(fā)生轉(zhuǎn)向過度，需要施加反向的橫擺力矩遏制繼續(xù)增大趨勢(shì)，根據(jù)單獨(dú)車輪施加制動(dòng)力對(duì)橫擺力矩影響不同，確定在前外輪施加制動(dòng)力；當(dāng)Δω逐漸減小到低于Ahigh，停止施加制動(dòng)力。

圖3 橫擺角速度閾值控制框圖

如圖

3、圖 4 所示，修正橫擺角速度，可以保證車輛的穩(wěn)定性；車身軌跡通過輔助的質(zhì)心側(cè)偏角閾值控制修正。對(duì)兩個(gè)前輪進(jìn)行制動(dòng)或者發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加減速的調(diào)節(jié)。

圖4 質(zhì)心側(cè)偏角輔助閾值控制框圖

4.3 閾值控制仿真結(jié)果與分析

STEP 工況 Mu=0.2 車速 100Km/H 方向盤30度急轉(zhuǎn)

圖5 車身軌跡與橫擺角仿真

圖6 質(zhì)心側(cè)偏見與修正扭矩仿真

從上面圖 5~圖 6 可以看出，在摩擦系數(shù)很小的 mu＝0.2 的模擬冰雪路面下方向盤階躍試驗(yàn)中，如果不采用 VDC，盡管軌跡能夠基本按照駕駛員意圖行駛，但是 從質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度來看，車輛已經(jīng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，很難再正確按照駕駛員的操縱行駛；采取 VDC 主動(dòng)控制，軌跡較原曲線更加充分利用的地面的附著力，轉(zhuǎn)向半徑更小，而且質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度都保持在穩(wěn)定區(qū)域，車輛沒有喪失穩(wěn)定性。但是可以看出制動(dòng)力控制的施加頻率比較大，導(dǎo)致橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角等都出現(xiàn)局部的小范圍的鋸齒狀波動(dòng)，這個(gè)是由于閾值控制的特性決定的，屬于閾值控制的固有缺點(diǎn)，需要采用其他控制方法才能夠有所改進(jìn)?？偨Y(jié)

本文結(jié)合線性兩自由度理想模型，運(yùn)用閾值控制，基于ADAMS多體動(dòng)力學(xué)模型和 Simulink反饋控制模型的聯(lián)合仿真，進(jìn)行多種極限工況下的汽車操縱穩(wěn)定性仿真試驗(yàn)研究，對(duì)車輛VDC系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行仿真分析。得到的仿真結(jié)果顯示，閾值控制具有使制動(dòng)力控制的施加頻率較大，從而導(dǎo)致橫擺角速度等出現(xiàn)小范圍的鋸齒波動(dòng)的缺點(diǎn)，但是，車輛仍保持穩(wěn)定。本文的不足之處：沒有討論其他控制方法對(duì)穩(wěn)定性的影響，比如PID控制，模糊控制等。參考文獻(xiàn)：

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第三篇：車輛動(dòng)力學(xué) 綜述

車輛動(dòng)力學(xué)綜述

人們常說控制一輛高速機(jī)動(dòng)車的主要作用力產(chǎn)生于四塊只有手掌般大小的區(qū)域——車輪與地面的接觸區(qū)。這種說法恰如其分。對(duì)充氣（橡膠）輪胎在路面生所產(chǎn)生的力和力矩的認(rèn)識(shí)。是了解公路車輛動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵。廣義上，車輛動(dòng)力學(xué)包括了各種運(yùn)輸工具——輪船、飛機(jī)、有軌車輛、還有橡膠輪胎車輛。各種類型運(yùn)輸工具的動(dòng)力學(xué)所包含的原理，各不相同并且十分廣泛。

車輛動(dòng)力學(xué)主要分為車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和車輛行駛動(dòng)力學(xué)。因?yàn)檐囕v性能——在加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和行駛過程中運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)——是施加在車輛上的力的響應(yīng)。，所以多是車輛動(dòng)力學(xué)的研究必須涉及兩個(gè)問題：怎樣以及為什么會(huì)產(chǎn)生這些力。在車輛上影響性能的主要作用力是地面對(duì)輪胎產(chǎn)生的反作用力。因此，需要密切關(guān)注輪胎特性，這些特性有輪胎在各種不同工況下產(chǎn)生的力和力矩所表征。研究輪胎性能。而不徹底了解其在車輛中的重要意義，是不夠的：反之亦然。

車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究的主要方向是如何提高車輛的平順性、穩(wěn)定性以及安全性。主要將動(dòng)力學(xué)原理用于車輛行駛系統(tǒng)的控制以及優(yōu)化控制，包括輪胎、轉(zhuǎn)向、懸架以及電控系統(tǒng)的分析研究，進(jìn)而得到更優(yōu)的力學(xué)特性。

1、懸架

傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架具有固定的懸架剛度和阻尼系數(shù)，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進(jìn)行折中。被動(dòng)懸架在設(shè)計(jì)和工藝上得到不斷改善，實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的目標(biāo)，但無法解決平順性和操縱穩(wěn)定性之間的矛盾。20世紀(jì)50年代產(chǎn)生了主動(dòng)懸架的概念，這種懸架在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振阻尼器。汽車懸架可分為被動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架根據(jù)控制方式，可分為半主動(dòng)懸架、慢主動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架。目前，主動(dòng)懸架的研究主要集中在控制策略和執(zhí)行器的研發(fā)兩個(gè)方面。圖1所示為上述各種懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中K代表懸架彈性元件剛度，代表輪胎等效剛度，C。代表減振器阻尼，代表主動(dòng)裝置，代表非懸掛質(zhì)量，代表懸掛質(zhì)量。

（a）被動(dòng)懸架（b）阻尼可測(cè)試半主動(dòng)懸架（c）剛度可調(diào)式半主動(dòng)懸架

(d)慢主動(dòng)懸架(e)全主動(dòng)懸架

圖1各類懸架結(jié)構(gòu)示意圖（1）半主動(dòng)懸架

半主動(dòng)懸架系統(tǒng)介于被動(dòng)懸架系統(tǒng)和全主動(dòng)懸架系統(tǒng)之間。它只消耗少量的能量，可進(jìn)行剛度或阻尼控制；半主動(dòng)懸架比全主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；自20世紀(jì)90年代以來半主動(dòng)懸架系統(tǒng)已較為廣泛地使用在高級(jí)汽車和軍用汽車上半主動(dòng)懸架可分為剛度可調(diào)式和阻尼可調(diào)式兩種。目前，彈簧的剛度調(diào)節(jié)普遍通過空氣彈簧或油氣彈簧來實(shí)現(xiàn)。剛度可調(diào)式半主動(dòng)懸架可提高汽車行駛的路面友好性，減

輕汽車對(duì)道路的損傷程度。福特汽車公司的Continental Mark VⅡ車型和豐田公司LEXSUS(LS400)車型上均成功應(yīng)用了彈簧剛度有級(jí)可調(diào)的半主動(dòng)空氣懸架。全球汽車零部件供應(yīng)商大陸集團(tuán)為保時(shí)捷開發(fā)了彈簧剛度可調(diào)的空氣懸架，裝備于Panamera車型上。

（2）全主動(dòng)懸架

A一執(zhí)行元件 E一比較器 F一力傳感器 P一電位器一控制閥 l一懸掛質(zhì)量2一加速度傳感器 3一信號(hào)處理器 4一控制單元 5一進(jìn)油 6一出油 7一非懸掛質(zhì)量 8一路面輸入

圖2全主動(dòng)懸架工作原理

全主動(dòng)懸架系統(tǒng)采用一個(gè)可控的執(zhí)行器代替了被動(dòng)懸架的相應(yīng)部件，是有源控制系統(tǒng)。全主動(dòng)懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)頻帶，為0～15Hz，有的高達(dá)100Hz，對(duì)車輪的高頻共振也可以控制。全主動(dòng)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由執(zhí)行元件、各種傳感器、信號(hào)處理器和控制單元等組成，執(zhí)行元件多采用電控液壓或電控氣壓伺服系統(tǒng)。

（3）汽車主動(dòng)懸架的研究發(fā)展趨勢(shì) 目前，被動(dòng)懸架的應(yīng)用在一定時(shí)間內(nèi)仍是最廣泛的，可以通過進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)和參數(shù)來提升懸架性能。半主動(dòng)懸架性能優(yōu)于被動(dòng)懸架，成本比全主動(dòng)懸架低，它將是今后懸架系統(tǒng)的主要發(fā)展方向之一，而研發(fā)可靠、調(diào)節(jié)方便的可調(diào)阻尼減振器和算法簡(jiǎn)單有效的控制策略則是其主要課題。全主動(dòng)懸架性能突出，由于其高成本。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前還只裝備于高級(jí)汽車上。全主動(dòng)懸架研究的重點(diǎn)在于高性能的執(zhí)行器和控制策略兩方面。電控式全主動(dòng)懸架是汽車懸架的發(fā)展方向。

2、輪胎

車輛動(dòng)力學(xué)性能的穩(wěn)定控制系統(tǒng)（DSC）就是主要分析與估計(jì)輪胎的實(shí)時(shí)特性與性能，對(duì)輪胎的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)收集的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，從而得到更為直觀可靠的數(shù)據(jù)，有利于研究人員做出判斷和改進(jìn)。這對(duì)于汽車的行駛穩(wěn)定性及安全性有積極的意義。

實(shí)用輪胎模型，一般通過實(shí)驗(yàn)獲得，常用于車輛動(dòng)力學(xué)與控制分析。大部分的實(shí)用的輪胎模型描述的線性或非線性靜態(tài)輪胎性能。遵守一個(gè)規(guī)則：在松弛長(zhǎng)度輪胎（RLT）模型插入一階輪胎動(dòng)力。然而在描述低速輪胎動(dòng)力時(shí)，RLT模型能創(chuàng)建一個(gè)無阻尼振蕩模型在.3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

（1）汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕駛員用來控制汽車運(yùn)動(dòng)方向的系統(tǒng)，它直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛的舒適性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展至今，出現(xiàn)了機(jī)械式、液壓助力式、電控液壓動(dòng)力式、電動(dòng)助力式和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析與研究變得日益重要。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為整車的一個(gè)重要組成部分，它對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性和駕駛員的安全駕駛都有著直接的影響。汽車轉(zhuǎn)向系是通過對(duì)左、右轉(zhuǎn)向車輪不同轉(zhuǎn)角之間的合理匹備來保證汽車沿著設(shè)想軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中最為廣泛利用的轉(zhuǎn)向器是齒輪—齒條式轉(zhuǎn)向器。多剛體仿真軟件ADMAS技術(shù)以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，加上成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶界面技術(shù)，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)集成在一起，提供一個(gè)全新的研發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。它通過設(shè)計(jì)中的反饋信息不斷的指導(dǎo)設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品尋優(yōu)過程的順利進(jìn)行。在汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)轉(zhuǎn)向器、懸架的類型和車輪的布置在汽車設(shè)計(jì)時(shí)確定以后。那么，轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的主要方面是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)桿系的空間設(shè)計(jì)和布置問題。目前，在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，主要包括平面設(shè)計(jì)方法、空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、多體動(dòng)力學(xué)軟件模擬仿真方法。

(2)現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)的成熟和成本的降低，在乘用車中將廣泛使用，并將逐步取代液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）和機(jī)械轉(zhuǎn)向器。小齒輪助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（P-EPS）、雙小齒輪助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（D-P-EPS）、齒條助力式電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（R-EPS）將會(huì)廣泛在乘用車和混合電動(dòng)汽車上應(yīng)用，特別是P-EPS和D-P-EPS。隨著新型大功率小型無刷直流和永磁同步交流電機(jī)的控制和制造技術(shù)的成熟，42V電源的使用，在一些商用車上也將會(huì)使用D-P-EPS和R-EPS。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會(huì)大量在低排放汽車（LEV）、混合動(dòng)力汽車（HEV）、燃料電池汽車（FCEV）、電動(dòng)汽車（EV）上應(yīng)用。四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會(huì)從原來的應(yīng)用大型車輛、SUV、跑車和越野車向轎車上應(yīng)用。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、ARS技術(shù)在未來幾年內(nèi)也會(huì)從高級(jí)轎車向中級(jí)轎車上普及和應(yīng)用。

4、汽車制動(dòng)

汽車的制動(dòng)性能對(duì)車輛運(yùn)行的安全性起著至關(guān)重要的作用。對(duì)轎車制動(dòng)性能的檢測(cè)就顯得特別重要。汽車安全檢測(cè)，作為在用汽車不解體檢測(cè)的主要手段，在我國(guó)已基本得到普及。目前已建成的汽車檢測(cè)站中，其制動(dòng)檢測(cè)普遍采用反力滾筒式制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谄囍苿?dòng)性能方面作了大量的工作如：ABS(汽車制動(dòng)方抱死系統(tǒng))、EBD(制動(dòng)力分配裝置)、ESP(電子穩(wěn)定程序)、BAS(制動(dòng)輔助系統(tǒng))、ASR(驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng))、EBA(電子剎車輔助系統(tǒng))汽車ABS&ASR控制系統(tǒng)是一種有效減少交通肇事，提高公路交通運(yùn)輸能力，全面提高汽車制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和高速行駛性能的主動(dòng)安全裝置。ABS&ASR 作為一種汽車電子控制技術(shù)，大大地提高了汽車在各種附著系數(shù)路面的通過性、操縱穩(wěn)定性。

5、結(jié)論

通過對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)和參看了大量的期刊、論文。我對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)和相關(guān)的知識(shí)有了更多的了解，

第四篇：車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容及發(fā)展趨勢(shì) 研究?jī)?nèi)容

長(zhǎng)期以來，人們一直在很大程度上習(xí)慣按縱向、垂向和橫向分別獨(dú)立研究車輛動(dòng)力學(xué)問題；而實(shí)際中的車輛同時(shí)會(huì)受到三個(gè)方向的輸入，各方向所表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性必然是相互作用、相互耦合的.縱向動(dòng)力學(xué)：縱向動(dòng)力學(xué)研究車輛直線運(yùn)動(dòng)及其控制的問題，主要是車輛沿前進(jìn)方向的受力與其運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。按車輛工況的不同，可分為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)和制動(dòng)動(dòng)力學(xué)兩大部分。行駛動(dòng)力學(xué)：主要是研究由路面的不平激勵(lì)，通過懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動(dòng)和俯仰以及車輛的運(yùn)動(dòng)。

操縱動(dòng)力學(xué)：主要研究車輛的操縱特性，主要與輪胎側(cè)向力有關(guān)，并由此引起車輛側(cè)滑、橫擺和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。

操縱動(dòng)力學(xué)的研究范圍分為三個(gè)區(qū)域：線性域：側(cè)向加速度越小于0.4kg時(shí)，通常意味著車輛在高附著路面做小轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；

非線性域：在超過線性域且小于極限側(cè)向加速度（約為0.8kg）范圍內(nèi)； 非線性聯(lián)合工況：通常指車輛在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎加速時(shí)的情況。

發(fā)展趨勢(shì)：

（1）車輛主動(dòng)控制：ABS,TCS等逐步向車身側(cè)傾控制，可切換阻尼的半主動(dòng)懸架和四輪底盤控制系統(tǒng)的集成，轉(zhuǎn)向等當(dāng)面擴(kuò)展。通過控制算法、傳感器技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）車輛多體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)：車輛的多剛體模型逐步向多柔體模型發(fā)型?？梢詼?zhǔn)確分析虛擬樣機(jī)的性能，檢查虛擬樣機(jī)的缺陷從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，節(jié)約試制費(fèi)用，同時(shí)提高物理樣機(jī)與最終產(chǎn)品之間的相似性。

（3）“人—車—路”閉環(huán)系統(tǒng)：充分考慮駕駛員模型以及車輛本身的一些動(dòng)力學(xué)問題來提高汽車穩(wěn)定性。

2.輪胎滾動(dòng)阻力概念及其分類：

概念：當(dāng)充氣的輪胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直線滾動(dòng)時(shí)，其外緣中心對(duì)稱面與車輪滾動(dòng)方向一致，所受到的滾動(dòng)方向相反的阻力。分類：彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風(fēng)扇效應(yīng)阻力。3.什么是滾動(dòng)阻力系數(shù)？影響因素有哪些？

其值等于相應(yīng)載荷作用下滾動(dòng)阻力FR與車輪垂直載荷FX的比值。

影響因素：車輪載荷（反比）、胎壓（反比）、車速（正比，先緩慢增加，再明顯增加）、輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、嵌入材料和橡膠混合物的選用。

4.滑動(dòng)率S：表示車輛相對(duì)于純滾動(dòng)（或純滑動(dòng)）狀態(tài)的偏離程度。驅(qū)動(dòng)工況時(shí)稱為滑轉(zhuǎn)率，被驅(qū)動(dòng)（包括制動(dòng)，常以下標(biāo)b以示區(qū)別）時(shí)稱為滑移率，二者統(tǒng)稱為車輪的滑動(dòng)率。若車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為rd,輪心前進(jìn)速度（等于車輛行駛速度）為uw,車輪角速度為ω，則 S在0~1之間變化。當(dāng)車輪做純滾動(dòng)時(shí)，及uw=rdω,此時(shí)s=0；當(dāng)被驅(qū)動(dòng)輪處于純滑動(dòng)狀態(tài)是，s=1.5.輪胎縱向力與滑動(dòng)率的關(guān)系（1）與滑轉(zhuǎn)率之間的關(guān)系

一般情況下，由于輪胎初始的滑轉(zhuǎn)主要由胎面的彈性變形引起的，因而一開始車輪力矩與驅(qū)動(dòng)力隨著滑轉(zhuǎn)率呈線性關(guān)系增加，即OA段。當(dāng)車輪力矩和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)一步增加而導(dǎo)致部分輪胎胎面在地面上滑轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和滑轉(zhuǎn)率呈非線性關(guān)系，汽車行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)力迅速增加，即AB段，并在滑轉(zhuǎn)率為15%~20%時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輪胎的不穩(wěn)定工況，驅(qū)動(dòng)力系數(shù)從峰值很快下降到純滑轉(zhuǎn)時(shí)的飽和滑動(dòng)值。（2）與滑移率關(guān)系

車輛制動(dòng)時(shí)，縱向制動(dòng)力隨著滑移率迅速增加，并達(dá)到最大值，然后隨著滑移率增加，輪胎制動(dòng)力開始逐漸下降或者顯示平穩(wěn)趨勢(shì)，直到純滑移達(dá)到飽和狀態(tài)。

v6.輪胎側(cè)偏角：車輪回轉(zhuǎn)平面與車輪中心運(yùn)動(dòng)方向的夾角，順時(shí)針方向?yàn)檎??arctan(w)uw7.什么是輪胎側(cè)偏剛度？影響因素有哪些？

輪胎側(cè)偏角是影響輪胎側(cè)向力的一個(gè)重要因素，定義為車輪平面與車輪中心運(yùn)動(dòng)方向的夾角，順時(shí)針方向?yàn)檎?，用α表示?/p>

在小側(cè)偏角情況下，輪胎側(cè)向力與側(cè)偏角近似成比例，其比值稱為輪胎側(cè)偏剛度。影響因素：側(cè)向載荷的影響；車輪定位的影響（車輪前束角和車輪外傾角）。

補(bǔ)充：（1）輪胎尺寸（成正比），（2）子午線輪胎筆斜角輪胎側(cè)偏剛度高，鋼絲子午線輪胎比尼龍子午線輪胎高，（3）直徑相同，輪胎寬度越寬越高，（4）載重越小，側(cè)偏剛度越小，（5）車速快，載荷越小，側(cè)偏剛度越小（6）輪胎氣壓，越低剛度越大。（側(cè)偏剛度越小，越容易甩尾）8.影響輪胎側(cè)向力的因素

側(cè)偏角：輪胎運(yùn)行條件決定，取決于車輛前進(jìn)速度、側(cè)向速度、橫擺角速度和轉(zhuǎn)向角。垂向載荷：由車輛質(zhì)量分布所決定，但隨著載荷在縱向和側(cè)向的重新分配。垂向載荷會(huì)發(fā)生變化。

車輪外傾角：轉(zhuǎn)向角和通過懸架桿系作用的車身側(cè)傾所決定，但對(duì)非獨(dú)立懸架車輛來說，外傾角只取決于車軸的側(cè)傾角。9.SAE標(biāo)準(zhǔn)輪胎運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系：

10.SAE空氣動(dòng)力學(xué)坐標(biāo)系

11.什么是空氣阻力？包括哪些方面？

空氣阻力：指汽車直線行駛時(shí)受到空氣作用力在行駛方向的分力。

主要包括：壓差阻力分量（形狀阻力、內(nèi)循環(huán)阻力、誘導(dǎo)阻力）和摩擦阻力兩大部分組成，可能還受到側(cè)向氣流的影響。12.減少油耗的途徑

燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括：百公里燃油消耗量，瞬時(shí)燃油消耗量

（1）交通管理因素：包括交通管理系統(tǒng)、信號(hào)燈控制系統(tǒng)、駕駛員等因素，實(shí)際上均影響了車輛的行駛速度。

（2）車輛行駛阻力因素：在保證汽車安全性、人機(jī)工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)和舒適性的同時(shí)，盡可能降低車輛行駛阻力，如減小整車質(zhì)量、輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積等。（3）盡可能降低附屬設(shè)備（如空調(diào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向、動(dòng)力制動(dòng)等）的能耗；（4）提高傳動(dòng)系效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率盡可能多地傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上。

13.車輛加速上坡受力分析

14.制動(dòng)性評(píng)價(jià)

（1）制動(dòng)效能 即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度（2）制動(dòng)效能的穩(wěn)定性 即抗熱衰退性，指車輛高速行駛或長(zhǎng)下坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)保持一定制動(dòng)效能的程度。

（3）制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性 即制動(dòng)時(shí)車輛不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。通常用制動(dòng)時(shí)車輛按給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)。

15.制動(dòng)跑偏原因

（1）汽車左右輪制動(dòng)力不相等

（2）制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上不協(xié)調(diào)。

16.為什么后輪抱死比前輪抱死更危險(xiǎn)？（需答出制動(dòng)跑偏的原因）

前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力，后輪抱死側(cè)滑甩尾。如圖a所示，后輪抱死拖滑，而前輪仍然處在滾動(dòng)狀態(tài)，可能由于路面傾斜坡度、側(cè)風(fēng)或者左右輪制動(dòng)力不平衡等因素引起的側(cè)向干擾力Fy作用于車輛質(zhì)心，由于后輪抱死拖滑，后輪已無法提供側(cè)向力來平衡Fy，而此時(shí)前輪產(chǎn)生的側(cè)向力Fyf產(chǎn)生一個(gè)繞車輛質(zhì)心的不穩(wěn)定力矩Fyrfa,該力矩是車輛側(cè)偏角β繼續(xù)增加，導(dǎo)致車輛橫擺加劇。圖b中，前輪先于后輪抱死，后輪能夠產(chǎn)生側(cè)向力來形成一個(gè)使車輛會(huì)整的穩(wěn)定力矩Fyrb，從而減小車輛的初始側(cè)偏角β，因而是穩(wěn)定工況。但前輪抱死之后，由前輪不能產(chǎn)生側(cè)向力，會(huì)使車輛失去轉(zhuǎn)向能力。因此時(shí)即使發(fā)生碰撞事故，從乘員保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度來看，正面碰撞導(dǎo)致的傷害一般比側(cè)面碰撞要小得多。

17.為什么空載比滿載更容易甩尾？

Β線和I線的交點(diǎn)為同步附著系數(shù)，從圖中克制空載時(shí)同步附著系數(shù)小于滿載時(shí)同步附著系數(shù)，因此空載時(shí)β曲線總是位于I曲線上方，φ>φ0, 制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，容易出現(xiàn)甩尾。

載重越小，側(cè)偏剛度越小，更易發(fā)飄。

18.為什么操縱穩(wěn)定性良好的汽車應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性？

答：過多轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)彎半徑減小，易發(fā)生急轉(zhuǎn)而側(cè)滑或翻車，使汽車有失去穩(wěn)定性的危險(xiǎn)。而中性轉(zhuǎn)向汽車在使用條件變動(dòng)時(shí)，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)檫^多轉(zhuǎn)向特性。

19.過多轉(zhuǎn)向特性如何改善？ 橫向穩(wěn)定桿

20.為什么加入橫向穩(wěn)定桿后，由過多轉(zhuǎn)向變?yōu)椴蛔戕D(zhuǎn)向？

汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，有一橫向傾斜，會(huì)導(dǎo)致汽車出現(xiàn)過多轉(zhuǎn)向，而加入橫向穩(wěn)定桿之后，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)平衡力，阻止汽車的傾斜，使汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)保持平衡，從而能消除汽車的過多轉(zhuǎn)向。

汽車在穩(wěn)態(tài)行駛時(shí)，車廂側(cè)傾角取決于側(cè)傾力矩和懸架總的角剛度，懸架總的角剛度為前后懸架及橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度之和。當(dāng)增加橫向穩(wěn)定桿之后，前懸架的側(cè)傾角剛度增大，后懸架側(cè)傾角剛度不變，所以前懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩增加（總側(cè)傾力矩不變），由此汽車前軸左右輪載荷變化就較大。在這種情況下，如果左右車輪輪胎的側(cè)偏剛度在非線性區(qū)，則汽車區(qū)域增加不足轉(zhuǎn)向量。21.VSC基本組成和工作原理 組成：車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（VSC）主要由ABS（防抱死控制系統(tǒng)）,TCS（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）,YSC（橫擺力矩控制）三個(gè)子系統(tǒng)組成。前二在制動(dòng)和加速時(shí)工作，直接來控制車輪的縱向滑動(dòng)率，提高車輛的制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)性能，同時(shí)間接控制車輛的側(cè)向穩(wěn)定性，YSC在車輛行駛的任何時(shí)刻都起作用，直接控制車輛的側(cè)向穩(wěn)定性（由車輪側(cè)偏角和車輛橫擺角速度表示）

作用：用來控制車輛的橫擺力矩，限制車輪側(cè)偏角在一定范圍內(nèi)，并在緊急情況下對(duì)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，防止車輛在高速行駛轉(zhuǎn)彎或者制動(dòng)過程中失控。

工作原理：由于車輛的行駛狀態(tài)主要由行駛車速、側(cè)向速度和橫擺角速度反映，因而，VSC系統(tǒng)的ECU能根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)交和制動(dòng)主缸壓力等信號(hào)判斷駕駛員的駕駛意圖。計(jì)算出理想的車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)值，通過與各傳感器測(cè)得的實(shí)際車輛狀態(tài)信號(hào)值的比較，根據(jù)邏輯控制算法計(jì)算出期望的橫擺力矩，然后通過控制液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)各車輪施加制動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)所需要的車輛橫擺力矩。同時(shí)，還可以根據(jù)需要與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，改變驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。22.NVH 即：噪聲（noise）、振動(dòng)（vibration）、聲振粗糙度（harshness）來描述汽車乘坐舒適性。23.1/4主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)方程，并簡(jiǎn)化為狀態(tài)方程。

第五篇：車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)-復(fù)習(xí)提綱1

1.簡(jiǎn)要給出完整約束與非完如果約束方程是不可積分的微整約束的概念

分方程，這種約束就稱為非完整約束。

1)、約束與約束方程

一階非完整約束方程的一

一般的力學(xué)系統(tǒng)在般形式為：

運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)受到某些幾何或運(yùn)

動(dòng)學(xué)特性的限制，這些構(gòu)成限制條件的具體物體稱為約束，用數(shù)

學(xué)方程所表示的約束關(guān)系稱為

、式中，qi為描述系統(tǒng)位形約束方程。的廣義坐（i = 1, 2, ?,n）； 為2）、完整約束與非完整約束 廣義坐標(biāo)對(duì)時(shí)間的一階與 數(shù)；n

如果約束方程只是為廣義坐標(biāo)個(gè)數(shù)；m為系統(tǒng)中非系統(tǒng)位形及時(shí)間的解析方程，則完整約束方程個(gè)數(shù)；t為時(shí)間。這種約束稱為完整約束。解釋滑動(dòng)率的概念3-7,8 完整約束方程的一般形式為：

1.滑動(dòng)率S

車輪滑動(dòng)率表示車輪相對(duì)于

純滾動(dòng)（或純滑動(dòng)）狀態(tài)的偏離

式中，qi為描述系統(tǒng)程度，是影響輪胎產(chǎn)生縱向力的位形的廣義坐標(biāo)(i=1，2，?，n)；一個(gè)重要因素。

n為廣義坐標(biāo)個(gè)數(shù)；m為完整約

為了使其總為正值，可將驅(qū)束方程個(gè)數(shù)；t為時(shí)間。

動(dòng)和被驅(qū)動(dòng)兩種情況分開考慮。驅(qū)動(dòng)工況時(shí)稱為滑轉(zhuǎn)率；被驅(qū)動(dòng)2.輪胎模型中表達(dá)的輸入量

(2)輪胎側(cè)偏模型和側(cè)和輸出量有哪些？3-22,23

傾模型主要用于預(yù)測(cè)輪胎的側(cè)輪胎模型描述了輪胎六分力與向力和回正力矩，評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向工況車輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，下低頻轉(zhuǎn)角輸入響應(yīng)。

即輪胎在特定工作條件下的輸

(3)輪胎垂向振動(dòng)模型 入和輸出之間的關(guān)系，如圖3-7主要用于高頻垂向振動(dòng)的評(píng)價(jià)，所示。

并考慮輪胎的包容特性（包含剛

根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)研性濾波和彈性濾波特性）。

究?jī)?nèi)容的不同，輪胎模型可分為：

(1)輪胎縱滑模型

主要用于預(yù)測(cè)車輛在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況時(shí)的縱向力。

（包括制動(dòng)，常以下標(biāo)b以示區(qū)別）時(shí)稱為滑移率，二者統(tǒng)稱為車輪的滑動(dòng)率。

參照?qǐng)D3-2，若車輪的滾動(dòng)半徑為rd，輪心前進(jìn)速度(等于車輛行駛速度)為uw，車輪角速度為ω，則車輪滑動(dòng)率s定義如下：

車輪的滑動(dòng)率數(shù)值在0~1之間變化。當(dāng)車輪作純滾動(dòng)時(shí)，即uw=rd ω，此時(shí)s=0；當(dāng)被驅(qū)動(dòng)輪處于純滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，s=1。

3.寫出幾種典型的TCS控制方式 6-60,61,62，6-66? 從理論上講，汽車驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)是由于驅(qū)動(dòng)力矩超過了輪胎與路

面間的附著極限，所以合理地減小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或動(dòng)力傳動(dòng)中任何一環(huán)的傳遞扭矩都可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)防滑控制的目的，因此可以通過許多途徑來實(shí)現(xiàn)牽引力控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理、控制離合器、改變到驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)比、控制防滑差速器以及主動(dòng)制動(dòng)干涉等。

這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中往往采用多種方法進(jìn)行聯(lián)合控制，目前應(yīng)用最為廣泛的是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制與驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)控制的聯(lián)合控制方式。

長(zhǎng)期以來，人們一直在很大程度上習(xí)慣按縱向、垂向和橫向分別獨(dú)立研究車輛動(dòng)力學(xué)問題；而實(shí)際中的車輛同時(shí)會(huì)受到三個(gè)方向的輸入，各方向所表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性必然是相互作用、相互耦合的（圖1-1）。

縱向動(dòng)力學(xué)：縱向動(dòng)力學(xué)研究車輛直線運(yùn)動(dòng)及其控制的問題，主要是車輛沿前進(jìn)方向的受力與其運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。按車輛工況的不同，可分為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)和制動(dòng)動(dòng)力學(xué)兩大部分。

行駛動(dòng)力學(xué)：與車輛行駛動(dòng)力學(xué)有關(guān)的主要性能及參數(shù)如圖1-24.請(qǐng)畫出汽車底盤控制系統(tǒng)與車輛動(dòng)力學(xué)的關(guān)系。傳統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)主要包括那三個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)研究？它們主要研究?jī)?nèi)容是什么？

行駛動(dòng)力學(xué)研究中的首要問題

1-15,1-26,1-31,32,33,1-34.35.36.37.38,1-39.40

是建立考慮懸架特性在內(nèi)的車輛動(dòng)力學(xué)模型，而分析這些動(dòng)力學(xué)問題的最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該是具有七自由度的整車系統(tǒng)模型。

隨著功能愈來愈強(qiáng)大的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件的普及應(yīng)用，所示。在有限的懸架工作空間內(nèi)，設(shè)計(jì)人員必須為駕駛員和乘客提供良好的乘坐舒適性、良好的車身姿態(tài)，以及對(duì)車輪動(dòng)載荷的合理控制。

圖1-1 底盤控制系統(tǒng)與車輛動(dòng)力學(xué)關(guān)系示意圖

包括襯套等復(fù)雜細(xì)節(jié)在內(nèi)的車輛模型也可以方便地得到。操縱動(dòng)力學(xué)： 在車輛動(dòng)力學(xué)研究中，操縱動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容最為豐富，將在第三篇中加以介紹。

由于輪胎的重要性，因此操縱動(dòng)力學(xué)建模中必須要與輪胎模型精度相吻合，否則建立的操縱模型將失去意義。

分析車輛操縱特性可以從最基本的兩自由度車輛模型人手，該模型中，車輛向前的速度被假定為恒定的，而兩個(gè)變量分別是車輛的側(cè)向速度和橫擺速度。雖然基本模型看似簡(jiǎn)單，但它為操縱性能分析提供了十分重要的基礎(chǔ)。在線性范圍內(nèi)，兩自由度模型的預(yù)估精度可能會(huì)達(dá)到70％以上。

操縱動(dòng)力學(xué)的研究范圍分為三個(gè)區(qū)域：

線性域：側(cè)向加速度約小于0.4g時(shí)，通常意味著車輛在高附著路面作小轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；

非線性域：在超過線性域且小于極限側(cè)向加速度(約為0.8g)范圍內(nèi)；

非線性聯(lián)合工況：通常指車輛在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎加速時(shí)的情況。5.畫出汽車平順性分析的七自由度模型? 并列出這七個(gè)自由度? 二-62?63? 二-68,69,70

首先從七自由度車輛模型開始介紹，如圖11-1所示。

假定車身是一個(gè)剛體，當(dāng)車輛在水平面做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)。車身具有上下跳動(dòng)、俯仰、側(cè)傾三個(gè)自由度；兩個(gè)前輪分別具有垂向運(yùn)動(dòng)的自由度；剩下的兩個(gè)自由度是表示獨(dú)立懸架的兩個(gè)后輪垂向運(yùn)動(dòng)(或非獨(dú)立懸架中后軸的垂向跳動(dòng)和側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng))。6.論述傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析的建模方法、模型參數(shù)的獲取和激振力矩確定的一般方法？自由振動(dòng)分析的目的是什么？強(qiáng)迫振動(dòng)分析的目的是什么？7-18？ 1）首先分析扭振系統(tǒng)的激振源，2）然后簡(jiǎn)化動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振系統(tǒng)，建立動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的當(dāng)量扭振模型，3）對(duì)系統(tǒng)的固有頻率和振型進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)的共振轉(zhuǎn)速，4）分析在穩(wěn)態(tài)工況下傳動(dòng)系統(tǒng)各軸段由于發(fā)動(dòng)機(jī)周期性激振轉(zhuǎn)矩引起的載荷變化特征。

1．自由振動(dòng)分析的目的：取得扭振系統(tǒng)的固有頻率和振型；

2．強(qiáng)迫振動(dòng)分析的目的：進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)周期性的激振轉(zhuǎn)矩使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，從而傳動(dòng)系統(tǒng)各軸段引起載荷的周期性變化的分析。

7.寫出輪胎模型“魔術(shù)模型”

3)由于“魔術(shù)公式”為中縱向力、側(cè)向力和回正非線性函數(shù)，參數(shù)的擬合較困力矩的公式，并解釋公式難，有些參數(shù)與垂直載荷的關(guān)系中各個(gè)物理量的含義及該也是非線性的，因此計(jì)算量較模型的特點(diǎn)。3-30,31,32

大。“魔術(shù)公式”輪胎模型

4)C值的變化對(duì)擬合 “魔術(shù)公式”輪胎的誤差影響較大。

模型(Magic Formula TireModel)

5)不能很好地?cái)M合小由Pacejka教授提出，它以三角

側(cè)偏情況下輪胎的側(cè)偏特性。函數(shù)組合的形式來擬合輪胎試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了一套形式相同并8.輪胎的滾動(dòng)阻尼由那些部可同時(shí)表達(dá)縱向力、側(cè)向力和回分組成？各部分在總阻尼正力矩的輪胎模型，故稱為“魔中的權(quán)重？

術(shù)公式”。其形式如下：

滾動(dòng)車輪產(chǎn)生的所有阻力被定

y= Dsin{Carctan[BxaCαf。其中，a和b分別為前軸和后軸至車輛質(zhì)心的距離；Cαf和Cαr，分別代表了前、后輪胎的側(cè)偏剛度。設(shè)計(jì)者可以利用前后輪胎力（或力矩）的平衡關(guān)系，擴(kuò)展穩(wěn)定裕度這一概念。并以此來理解以下因素的影響：

a與負(fù)載情況有關(guān)的車輛質(zhì)心位置；

b與輪胎的結(jié)構(gòu)、尺寸和胎壓有關(guān)的輪胎側(cè)偏剛度； c前、后輪外傾角； d前、后軸載荷轉(zhuǎn)移；

e側(cè)傾轉(zhuǎn)向效應(yīng)； f變形轉(zhuǎn)向效應(yīng)。

13.下圖為Bosch公司開發(fā)的ABS在高附著系數(shù)路面上的制動(dòng)過程。請(qǐng)以此論述該ABS控制過程。6-6,11,12 制動(dòng)抱死過程

1、首先，由于駕駛員的作用使制動(dòng)器管路壓力增大，車輪線速度變化比車速變化更快；

2、當(dāng)車輪角加速度達(dá)到或小于某一門限值（-a），此時(shí)附著力接近最大值，制動(dòng)壓力保持在當(dāng)前值不變。

3、若車輪轉(zhuǎn)速小于滑移率門限值S1對(duì)應(yīng)的值時(shí)，減小制動(dòng)壓力；

4、若車輪角速度再次達(dá)到門限值（-a）時(shí)，重新進(jìn)入保壓狀態(tài)。

5、盡管此時(shí)制動(dòng)壓力保持穩(wěn)定，但車輪因慣性作用會(huì)進(jìn)一步加速轉(zhuǎn)動(dòng)。若車輪角加速度越過門限值（+A），則再次升高制動(dòng)壓力；

6、保持制動(dòng)系統(tǒng)壓力，使車輪角加速度在（+A）～（-a）之間，然后慢慢增壓，直至車輪角加速度再次達(dá)到門限值（-a）；

7、本次循環(huán)以直接減壓結(jié)束，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。