車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)試卷

1、1、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)有哪三個(gè)研究?jī)?nèi)容？（1）優(yōu)化：已知輸入和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特性，使得它的輸出滿足一定的 要求，可稱為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即所謂優(yōu)化。就是把一定的輸入通過選擇系統(tǒng)的特性成為最優(yōu)化的輸出。（2）系統(tǒng)識(shí)別：已知輸入和輸出來研究系統(tǒng)的特性。（3） 環(huán)境預(yù)測(cè)。已知系統(tǒng)的特性和輸出來研究輸入則稱為環(huán)境預(yù)測(cè)。例如對(duì)一振動(dòng)已知的汽車，測(cè)定它在某一路面上行駛時(shí)所得的振動(dòng)響應(yīng)值（如車身上的振動(dòng)加速度），則可以判斷路面對(duì)汽車的輸入特性，從而了解到路面的不平特性。車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容是什么？（1）路面特性分析、環(huán)境分析及環(huán)境與路面對(duì)車輛的作用；（2）車輛系統(tǒng)及其部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)；車輛內(nèi)各子系統(tǒng)的相互作用；（3）

2、車輛系統(tǒng)最佳控制和最佳使用；（4）車輛-人系統(tǒng)的相互匹配和模型研究、駕駛員模型、人機(jī)工程等。2、車輛建模的目的是什么？（1）描述車輛的動(dòng)力學(xué)特性；（2）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；（3）解釋現(xiàn)有設(shè)計(jì)中存在的問題，并找出解決方案。車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)涉及哪些理論基礎(chǔ)？（1）汽車構(gòu)造（2）汽車?yán)碚摚?）汽車動(dòng)力學(xué)（4）信號(hào)與系統(tǒng)在“時(shí)間域”及“頻率域”下研究時(shí)間函數(shù)x(t)及離散序列x(n)及系統(tǒng)特性的各種描述方式，并研究激勵(lì)信號(hào)通過系統(tǒng)時(shí)所獲得的響應(yīng)。（5）自動(dòng)控制理論（6）系統(tǒng)辨識(shí)（7）隨機(jī)振動(dòng)分析研究隨機(jī)振動(dòng)中物理量的描述方法(相關(guān)函數(shù)、功率譜密度)，討論受隨機(jī)激勵(lì)的振動(dòng)系統(tǒng)的激勵(lì)、系

3、統(tǒng)特性、響應(yīng)三者統(tǒng)計(jì)規(guī)律性之間的關(guān)系。（8）多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立車輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的方法主要有哪幾種？數(shù)學(xué)模型（1）各種數(shù)學(xué)方程式：微分方程式，差分方程，狀態(tài)方程，傳遞函數(shù)等。（2）用數(shù)字和邏輯符號(hào)建立符號(hào)模型方框圖。3、路面不平度功率譜密度的表達(dá)式有幾種？各有何特點(diǎn)？試舉出2種以上路面隨機(jī)激勵(lì)方法，并說明其特點(diǎn)。（10分）路面功率譜密度的表達(dá)形式分為冪函數(shù)和有理函數(shù)兩種（1）路面不平度的冪函數(shù)功率譜密度ISO/DIS8608和國家標(biāo)準(zhǔn)GB7031-1987車輛振動(dòng)輸入路面平度表示方法中建議采用垂直位移單邊功率譜密度Gqn來描述路面平度的統(tǒng)計(jì)特性：Gqn=Gqn0（n/n0）-W式中：n為空間頻率

4、，是波長的倒數(shù)，表示每米長度上變化的次數(shù)，m-1；n0為參考空間頻率，n0=0.1m-1；Gqn0為參考空間頻率n0下的路面功率譜密度值,稱為路面平整度系數(shù)，m2/m-1；W為擬合指數(shù)。上述兩個(gè)文件還提出了按路面功率譜密度把路面按不平度分為8級(jí)， 按頻率指數(shù)W=2，規(guī)定了不同路面不平度系數(shù)Gqn0的幾何平均值。給出了空間頻率0.011m-1<n<2.83m-1范圍路面不平度相應(yīng)的均方根值的幾何平均值。（2）路面不平度的有理函數(shù)功率譜密度有理函數(shù)功率譜密度一階表達(dá)式為Gqn=2212+n2有理函數(shù)功率譜密度二階表達(dá)式為Gqn=22n2+2+2（n2-2-2）2+42n2式中，為與路面

5、等級(jí)有關(guān)的參數(shù)，m-1；為與路面等級(jí)有關(guān)的參數(shù)，m-1；為與路面等級(jí)有關(guān)的參數(shù)，m。在冪函數(shù)功率譜密度表達(dá)式中，當(dāng)n0時(shí)，功率譜密度不再保持一個(gè)有限值，而是趨于無窮大；當(dāng)n時(shí)，功率譜密度為0。而采用有理函數(shù)功率譜密度，當(dāng)n0時(shí)，為有限值；當(dāng)n時(shí)，路面位移功率譜密度函數(shù)均衰減為Gqn1/n2。因此，有理函數(shù)功率譜密度可以描述整個(gè)空間頻率范圍內(nèi)的路面不平度特性。非接觸式路面測(cè)量裝置假如路面的細(xì)致紋理也需考慮，則可以采用非接觸式測(cè)量方法，如激光或超聲波方法。路面與測(cè)量裝置中的質(zhì)量塊間的相對(duì)位移可由加速度傳感器間接獲得。非接觸式路面測(cè)量裝置通常安裝在車輛前部的支承橫梁上，可安裝多個(gè)測(cè)量裝置進(jìn)行多道同時(shí)

6、測(cè)量。傾斜測(cè)量裝置第二章路面輸入及其模型可使用一輛雙輪小車并配合自立式陀螺儀來測(cè)量非路面的不平度。地表面的傾斜度由陀螺儀測(cè)量，然后通過積分得出位移。4、何謂輪胎模型？魔術(shù)公式輪胎模型有何特點(diǎn)？（6分）答：輪胎模型描述了輪胎六分力與車輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即輪胎在特定工作條件下的輸入和輸出之間的關(guān)系?！澳g(shù)公式”輪胎模型的特點(diǎn)：1）用一套公式可以表達(dá)出輪胎的各向力學(xué)特性，統(tǒng)一性強(qiáng)，編程方便，需擬合參數(shù)較少，且各個(gè)參數(shù)都有明確的物理意義，容易確定其初值。2）無論對(duì)側(cè)向力、縱向力還是回正力矩，擬合精度都比較高。3）由于“魔術(shù)公式”為非線性函數(shù)，參數(shù)的擬合較困難，有些參數(shù)與垂直載荷的關(guān)系也是非線性

7、的，因此計(jì)算量較大。4）C值的變化對(duì)擬合的誤差影響較大。5）不能很好地?cái)M合小側(cè)偏情況下輪胎的側(cè)偏特性。5、輪胎的滾動(dòng)剛度與靜態(tài)剛度有何區(qū)別？滾動(dòng)剛度與靜態(tài)剛度有何關(guān)系？（6分）靜剛度輪胎的靜態(tài)垂向剛度由靜載荷與變形關(guān)系曲線的斜率所決定。當(dāng)充氣壓力一定時(shí)，除了在極低載荷作用下外，斜交輪胎和子午線輪胎的載荷與變形關(guān)系基本上均呈線性特征?？烧J(rèn)為在實(shí)際載荷范圍內(nèi)，輪胎的垂向剛度不隨載荷的變化而變化。滾動(dòng)動(dòng)剛度通常可通過考察滾動(dòng)輪胎對(duì)已知簡(jiǎn)諧振動(dòng)激勵(lì)的響應(yīng)來衡量輪胎的滾動(dòng)動(dòng)剛度。響應(yīng)在輪軸處測(cè)量而激勵(lì)施加于胎面。通過測(cè)試輸出與輸入的幅頻和相頻特性，來獲得滾動(dòng)輪胎的動(dòng)剛度和阻尼系數(shù)。另一種測(cè)量方法是，通過

8、測(cè)量輪胎在轉(zhuǎn)鼓或傳動(dòng)帶上滾動(dòng)時(shí)的共振頻率，來獲得滾動(dòng)輪胎的動(dòng)剛度。6、車輛空氣動(dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)容有哪些？空氣動(dòng)力對(duì)汽車性能有那些影響？為什么？（8分）車輛空氣動(dòng)力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容：1）通過車身外部造型、流體控制和內(nèi)部流通管道的設(shè)計(jì)來減小車輛的空氣阻力。2）在空氣阻力一定的情況下，盡可能增加向下的氣動(dòng)壓力以提高輪胎附著性，但同時(shí)減小對(duì)輪胎側(cè)偏力的影響。3）比例模型或全尺寸車輛空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析。4）研究空氣動(dòng)力與底盤設(shè)計(jì)及車輛使用情況之間的相互關(guān)系及影響。對(duì)動(dòng)力性的影響影響高速時(shí)的加速性能和最高車速。對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響對(duì)于A=0.8m2的轎車，=65km/h時(shí)，55%的能量克

9、服空氣阻力；=90km/h時(shí)，70%的能量克服空氣阻力；轎車空氣動(dòng)力性的差異可使空氣阻力相差別30%，燃油消耗相差達(dá)12%以上。對(duì)安全性的影響高速時(shí)的加速性能影響行車的安全；空氣升力影響汽車操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)性；空氣動(dòng)力穩(wěn)定性影響汽車的操縱穩(wěn)定性。對(duì)汽車外觀的影響汽車的空氣動(dòng)力特性主要取決于汽車外形；空氣動(dòng)力學(xué)影響著人們的審美觀。7、載貨汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由哪幾部分組成？如何建立其扭振系統(tǒng)模型？由其振型圖中可以了解到哪些信息？（10分） 載貨汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、飛輪彈性主動(dòng)盤、變速器、萬向節(jié)傳動(dòng)軸、差速器、車輛質(zhì)量。根據(jù)求得的振型畫出振型圖，并將振型圖中振幅為零的質(zhì)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。由于節(jié)點(diǎn)處

10、的振幅最小，而扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力最大，所以節(jié)點(diǎn)處是危險(xiǎn)截面。由振型圖可以得到危險(xiǎn)截面所在的部件8、車輛的平順性是如何測(cè)量的？如何評(píng)價(jià)車輛行駛的平順性？（8分）測(cè)量方法由安裝于車輛特定部位的加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。傳感器的安裝位置應(yīng)根據(jù)需要而定。(1) 如果關(guān)心的主要是整個(gè)車身的振動(dòng)，傳感器安裝在車身的剛性部位，以使得測(cè)量結(jié)果不受安裝部位本身結(jié)構(gòu)振動(dòng)(如地板的彎曲變形等)的影響。(2) 如果需要測(cè)量高頻的結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)，則應(yīng)將加速度傳感器安裝在車身板件上。(3) 俯仰和側(cè)傾等角振動(dòng)的測(cè)量，可由相隔一段距離的兩個(gè)加速度傳感器測(cè)出。(4) 對(duì)于駕駛員和乘員所受到的振動(dòng)測(cè)量，通常需在座椅和人體之間安裝一個(gè)襯墊。評(píng)

11、價(jià)車輛行駛的平順性9、什么是簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量？（4分）由彈性元件(包括彈簧和減振筒)所承載的質(zhì)量稱為“簧載質(zhì)量”，主要包括底盤骨架及其他所有彈性部件所承載的質(zhì)量。而自懸架擺臂或者彈性元件向車輪端延伸的部件，均歸屬于“非簧載質(zhì)量”。簡(jiǎn)單來說，能和車輪一起跳動(dòng)的部件屬于“非簧載質(zhì)量”，而只能和車身保持相對(duì)靜止的部件屬于“簧載質(zhì)量”。10、什么是半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架系統(tǒng)？天棚控制、地棚控制和混合控制有何區(qū)別？（12分）半主動(dòng)懸架是指懸架彈性元件的剛度和減振器的阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的懸架。目前，半主動(dòng)懸架研究主要集中在調(diào)節(jié)減振器的阻尼系數(shù)方面，即將阻尼可調(diào)減振器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過傳感器

12、檢測(cè)到汽車行駛狀況和道路條件的變化以及車身的加速度，由ECU根據(jù)控制策略發(fā)出脈沖控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)減振器阻尼系數(shù)的有級(jí)可調(diào)和無級(jí)可調(diào)。主動(dòng)懸架是根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀態(tài)，適時(shí)地調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài)。它是在被動(dòng)懸架中附加一個(gè)可控作用力的裝置，一般為液壓缸、氣缸、伺服電動(dòng)機(jī)、電磁鐵等。天棚控制策略是以抑制車身振動(dòng)為目的的控制方法，是提高車輛平順性的有效策略之一。其控制原理為當(dāng)懸架簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度1與簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的相對(duì)速度12的乘積大于零時(shí)，半主動(dòng)懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的可控阻尼力Fsa與簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度成正比，否則可控阻尼力等于零。即Fsa=csky1 1120Fsa=0

13、112<0 式中，csky為天棚阻尼系數(shù)。天棚控制策略忽略了懸架非簧載質(zhì)量的振動(dòng)問題，易造成重載車輛對(duì)地面的損傷，降低車輛的道路友好性。與傳統(tǒng)天棚控制策略相反，地棚控制策略是一種旨在控制非懸掛質(zhì)量振動(dòng)的方法。當(dāng)懸架非簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度2與簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的相對(duì)速度12的乘積大于零時(shí)，半主動(dòng)懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的可控阻尼力Fsa與非簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度成正比，否則阻尼力等于零。即Fgnd=cgnd2 - 2120Fgnd=0 112<0式中，cgnd為地棚阻尼系數(shù)。地棚控制策略忽略了簧載質(zhì)量的振動(dòng)，致使車輛行駛時(shí)車身振動(dòng)加速度增加，降低了車輛行駛平順性。混合控制策略使可控懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的可控

14、阻尼力與簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度同時(shí)成正比，從而在使車輛道路友好性基本不變的情況下，提高車輛行駛平順性與舒適性?；诨旌峡刂撇呗缘目煽刈枘崃h為 Fh=GFsky+(1-)Fgnd 式中，F(xiàn)sky為天棚阻尼力；Fgnd為地棚阻尼力；G為增益常數(shù)；為阻尼力分配系數(shù)，通過調(diào)整阻尼力分配系數(shù)值，可調(diào)節(jié)天棚控制力與地棚控制力在混合控制策略中所占的比重，從而在改善車輛行駛平順性的同時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致車輛道路友好性變差。11、車輛運(yùn)動(dòng)過程中，輪胎受到的三個(gè)方向作用力的功用是什么？車輛操縱特性分析的內(nèi)容是什么？（8分） 車輛運(yùn)動(dòng)過程中，輪胎主要受到縱向、側(cè)向以及垂向三個(gè)方向的力和力矩，駕駛員對(duì)這些力和力矩

15、的準(zhǔn)確控制始終是間接的。輪胎縱向力的作用使車輛加速或減速，駕駛員通過加速踏板和變速機(jī)構(gòu)來控制驅(qū)動(dòng)力的大小，通過制動(dòng)系統(tǒng)來控制制動(dòng)力的大小。輪胎側(cè)向力的作用是使車輛轉(zhuǎn)彎，駕駛員通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使車輪產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)向角，以此來控制輪胎的側(cè)向力。同時(shí)，單個(gè)輪胎在轉(zhuǎn)彎過程中會(huì)產(chǎn)生所謂的“回正力矩”。其實(shí)，回正力矩對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)的影響并不大，其重要性卻在于它能通過轉(zhuǎn)向盤為駕駛員提供了一個(gè)反饋力矩。這一反饋信息就是通常所說的“路感”。輪胎垂向力的作用使車輛具有良好的附著性能。（1）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析穩(wěn)定的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。該狀態(tài)下，車輛的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)向角均為定值，從而使車輛以固定的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎行駛。車輛很少能長時(shí)間地在這樣的穩(wěn)態(tài)工況下行駛。但是，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性非常重要，它代表了車輛的基本操縱性能，并被作為一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)操縱性能試驗(yàn)方法。（2）穩(wěn)定性分析沒有轉(zhuǎn)向角輸入的直線行駛狀態(tài)。通常指高速公路上以中、高速直線行駛的情況。穩(wěn)定性響應(yīng)是指在直線行駛條件下，車輛持續(xù)受到小的干擾，如風(fēng)的擾動(dòng)或不平路面的激勵(lì)，使其偏離本身平衡狀態(tài)的程度。車輛不穩(wěn)定的行為表現(xiàn)實(shí)際上還是較為普遍的，比如最常見的鉸接