汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

1汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容、范圍及其發(fā)展方向。答：內(nèi)容和范圍：嚴(yán)格地說(shuō)，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)是研究所有與車(chē)輛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的學(xué)科。它涉及的范圍很廣，除了影響車(chē)輛縱向及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、加速、制動(dòng)、防抱死和牽引力控制系統(tǒng)等方面的因素）外，還有車(chē)輛在垂向和橫向兩個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，即行駛動(dòng)力學(xué)和操縱動(dòng)力學(xué)。行駛動(dòng)力學(xué)主要研究由路面的不平激勵(lì)，通過(guò)懸架和輪胎垂向力引起的車(chē)身跳動(dòng)和俯仰以及車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)；而操縱動(dòng)力學(xué)研究車(chē)輛的操縱特性，主要與輪胎側(cè)向力有關(guān)，并由此引起車(chē)輛的側(cè)滑、橫擺和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。發(fā)展方向：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(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。隨著各種底盤(pán)控制系統(tǒng)在車(chē)輛中應(yīng)用的增長(zhǎng)趨勢(shì)及各功能控制系統(tǒng)集成程度的日益提高，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)在未來(lái)車(chē)輛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用將愈加重要，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的發(fā)展將在車(chē)輛主支控制、車(chē)輛多體動(dòng)力學(xué)和向“人—車(chē)—路”閉環(huán)系統(tǒng)的擴(kuò)展等方面有所體現(xiàn)。2汽車(chē)空氣阻尼及怎么樣降低汽車(chē)空氣阻力。答：汽車(chē)直線行駛時(shí)受到的空氣作用力在行駛方向上的分力成為空氣阻力?？諝庾枇κ强諝鈱?duì)前進(jìn)中的汽車(chē)形成的一種反向作用力，它的計(jì)算公式是：FD=116×scwv2其中v3描述主動(dòng)懸架的工作原理。答：主動(dòng)懸架的控制環(huán)節(jié)中安裝了能夠產(chǎn)生抽動(dòng)的裝置，采用一種以力抑力的方式來(lái)抑制路面對(duì)車(chē)身的沖擊力及車(chē)身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產(chǎn)生作用力，因此稱(chēng)為主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架是由電腦控制的一種新型懸架，具備三個(gè)條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動(dòng)力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進(jìn)行運(yùn)算并決定控制方式。因此，主動(dòng)懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。另外，主動(dòng)懸架具有控制車(chē)身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸架會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力，減少車(chē)身位置的變化。例如德國(guó)奔馳2000款CL型跑車(chē)，當(dāng)車(chē)輛拐彎時(shí)懸架傳感器會(huì)立即檢測(cè)出車(chē)身的傾斜和橫向加速度，電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上，使車(chē)身的傾斜減到最小。4可變阻尼半主動(dòng)懸架的工作原理答：連續(xù)可變阻尼的半主動(dòng)懸架，其減振器產(chǎn)生的阻尼力能獨(dú)立地跟蹤力需求信號(hào)，而與減振器本身的相對(duì)速度無(wú)關(guān)。根據(jù)四分之一單車(chē)輪模型，可寫(xiě)出半主動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下：

mm其中，Ud如果懸架相對(duì)位移、車(chē)輪速度、車(chē)身速度可測(cè)，則作為有限狀態(tài)反饋?zhàn)兞?，阻尼器的控制力?yīng)為：

U由于半主動(dòng)系統(tǒng)的非線性限制，其控制力Ud應(yīng)用最優(yōu)控制理論實(shí)際上并不能完全實(shí)現(xiàn)，因而還須增加一條附加控制律：

即當(dāng)懸架相對(duì)速度與力需求信號(hào)符號(hào)相同時(shí)，則令控制力需求信號(hào)等于最優(yōu)控制力；否則令控制力需求信號(hào)為零。本質(zhì)上講，半主動(dòng)系統(tǒng)減振器沒(méi)有能量輸入機(jī)構(gòu)，所需求的能量只是控制閥所需的電能而已。就控制力Ud而言，當(dāng)它與懸架相對(duì)速度符號(hào)相反時(shí)，即閥口充分打開(kāi)，減振器上的控制力為零。實(shí)際上，由于減振器內(nèi)的粘滯阻力及控制閥口徑的限制，控制力U5人體振動(dòng)的反應(yīng)。答：參見(jiàn)課本第166頁(yè)部分6請(qǐng)用單軌半車(chē)輛行駛運(yùn)動(dòng)模型對(duì)某一汽車(chē)懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)答：參見(jiàn)課本第183頁(yè)。7汽車(chē)操縱性動(dòng)力學(xué)的性能分析。答：汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)的性能分析包括穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析、穩(wěn)定性分析、頻率響應(yīng)分析。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析是一種穩(wěn)定的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，該狀態(tài)下，車(chē)輛的前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)身角均為定值，從而使車(chē)輛以固定的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎行駛。它代表了車(chē)輛的基本操縱性能，并被作為一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)操縱性能的試驗(yàn)方法。穩(wěn)定性分析是沒(méi)有轉(zhuǎn)向角輸入的直線行駛狀態(tài)。實(shí)際中，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(chē)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(chē)輛對(duì)外界擾動(dòng)的瞬態(tài)響應(yīng)是相當(dāng)重要的，對(duì)于小型車(chē)輛，瞬態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)可按“有效方向剛度”和“阻尼特性”來(lái)分類(lèi)。頻率響應(yīng)分析是指車(chē)輛在轉(zhuǎn)向角為正弦輸入下的響應(yīng)。很顯然，實(shí)際中沒(méi)有與之直接對(duì)應(yīng)的情況，因而這不代表實(shí)際駕駛情況。然而，它代表了車(chē)輛對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的一般動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征?，F(xiàn)實(shí)中的輸入大部分能被分解為不同頻率的正弦波；頻率響應(yīng)函數(shù)為系統(tǒng)提供了對(duì)各種不同頻率成分響應(yīng)的完整描述；最后的輸出實(shí)際上就是這些響應(yīng)的線性疊加。因此，可以說(shuō)頻率響應(yīng)函數(shù)間接地為車(chē)輛對(duì)任何形式的轉(zhuǎn)向輸入響應(yīng)提供了一個(gè)完整描述。事實(shí)上，上述三種不同形式的分析結(jié)果，相互之間有滲透及關(guān)聯(lián)。8轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的分析（兩個(gè)方向振動(dòng)）答：參見(jiàn)課本265頁(yè)。9.汽車(chē)動(dòng)力學(xué)主要的分析軟件概述。答：車(chē)輛動(dòng)力學(xué)研究中常用的計(jì)算方法及軟件基本上分為以下幾類(lèi)：在早期的汽車(chē)動(dòng)力分析軟件中，大多采用的是面向目標(biāo)設(shè)計(jì)的仿真軟件。該仿真軟件是基于特定的車(chē)輛模型推導(dǎo)出一組運(yùn)動(dòng)方程編寫(xiě)而成，可對(duì)多組不同的參數(shù)值進(jìn)行反復(fù)運(yùn)算，并可獲得時(shí)域下的仿真結(jié)果。在仿真程序編寫(xiě)前首先要保證模型的正確性。由于針對(duì)某一特定的車(chē)輛進(jìn)行程序的編寫(xiě)，這也意味著編寫(xiě)后的仿真模型不能修改，也不能添加其他的特性。HVOSM包括了一個(gè)很詳細(xì)的轎車(chē)動(dòng)力學(xué)模型、一個(gè)輪胎模型和幾個(gè)可選的懸架系統(tǒng)模型。針對(duì)某特定的車(chē)輛，用戶(hù)在使用該軟件時(shí)需提供大量的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖表，可獲得時(shí)域的仿真結(jié)果。該軟件除用于車(chē)輛行駛、操縱動(dòng)力學(xué)建模外，還可用于模擬碰撞分析。由于用戶(hù)不能根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的車(chē)輛進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、修改或更新模型，因此限制了該軟件的使用范圍。例如，他既沒(méi)有包含轉(zhuǎn)向系模型，也不能結(jié)合四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等其它形式。LVDS軟件是基于三維的非線性操縱模型，并結(jié)合了多種懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)橋類(lèi)型，具有動(dòng)畫(huà)輸出功能。但是由于模型的不可變性，用戶(hù)還是僅局限于得到仿真結(jié)果而已。近二十年來(lái)，隨著，計(jì)算機(jī)硬件和建模軟件解算能力的實(shí)質(zhì)性改善，對(duì)車(chē)輛這樣復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行高精度仿真的能力大大提高。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化提供了有力的支持。由于系統(tǒng)各部件的大位移運(yùn)動(dòng)和空間非線性關(guān)系，在構(gòu)造動(dòng)力學(xué)方程時(shí)面臨繁重的代數(shù)和微分運(yùn)