汽车动力学&底盘设计
汽车的动力学参数
汽车的动力学参数汽车的动力学参数是指影响汽车性能和行驶特性的各项参数。
这些参数涉及到汽车的加速、制动、转向、悬挂、操控等方面，对于汽车的安全性、舒适性和驾驶体验都有着重要的影响。
1. 动力参数汽车的动力参数主要包括最大功率、最大扭矩和最高转速等。
最大功率是发动机在一定转速下能够输出的最大功率，它直接决定了汽车的加速性能。
最大扭矩是发动机在一定转速下输出的最大转矩，它影响着汽车的爬坡能力和牵引力。
最高转速是发动机能够达到的最大转速，它限制了发动机的输出能力。
2. 加速参数汽车的加速参数主要包括0-100公里/小时的加速时间和百米加速时间等。
0-100公里/小时的加速时间是衡量汽车加速性能的重要指标，它直接反映了汽车的动力水平。
百米加速时间则更加直观地反映了汽车的起步能力。
3. 制动参数汽车的制动参数主要包括100-0公里/小时的制动距离和制动效果等。
100-0公里/小时的制动距离是汽车在高速行驶状态下从100公里/小时减速到停车所需要的距离，它直接影响到行车安全。
制动效果则是指汽车在制动时所产生的制动力，它决定了汽车的制动能力。
4. 转向参数汽车的转向参数主要包括转向半径和转向灵活性等。
转向半径是指汽车在转弯时所需的最小转弯半径，它决定了汽车的转弯性能和操控性。
转向灵活性则是指汽车在转向时的灵活性和响应速度，它影响着汽车的操控感受。
5. 悬挂参数汽车的悬挂参数主要包括悬挂刚度和悬挂行程等。
悬挂刚度是指汽车悬挂系统的刚度水平，它决定了汽车的悬挂舒适性和操控稳定性。
悬挂行程则是指汽车悬挂系统的行程长度，它影响着汽车通过不平路面时的通过性和舒适性。
以上这些动力学参数都直接影响着汽车的性能和行驶特性。
不同的汽车在这些参数上的表现会有所不同，因此选择一辆适合自己的汽车时需要考虑这些参数。
对于追求驾驶乐趣的人来说，动力参数和悬挂参数可能更加重要；而对于追求经济性和舒适性的人来说，加速参数和制动参数可能更加重要。
汽车工业中的车辆动力学与控制研究
汽车工业中的车辆动力学与控制研究汽车工业是一个涉及广泛领域的复杂系统，而车辆动力学与控制是其中至关重要的一环。
车辆动力学研究车辆在行驶过程中的力学特性，而车辆控制则是通过操控系统对车辆进行精准控制。
两者紧密结合，共同构成了汽车工业发展的核心。
一、车辆动力学在深入研究车辆动力学之前，首先需要了解什么是动力学。
动力学是研究物体运动的学科，而车辆动力学则是将物体运动的原理应用于汽车行驶的研究领域。
车辆动力学主要研究车辆在不同路况下的动力学特性，包括加速、制动、转向等。
在汽车工业中，车辆动力学的研究和应用有着广泛的意义。
例如，为了提高汽车的操控性能和安全性能，工程师们需要深入了解车辆在高速行驶、紧急制动等极端情况下的动力学行为，以便设计出更加安全可靠的汽车结构和操控系统。
二、车辆控制车辆控制是指通过操控系统对车辆的加速、制动、转向等行为进行调控，以达到用户期望的效果。
车辆控制系统通常包括传感器、执行器、控制器等部件，通过对这些部件的优化设计和组合，实现对车辆行驶过程的精准控制。
在汽车工业中，车辆控制技术的发展对汽车性能的提升有着重要作用。
比如， ABS（防抱死制动系统）技术可以通过对车辆刹车时的制动力进行控制，防止车轮抱死，提高了汽车的稳定性和安全性；ESP （电子稳定程序）技术则可以通过车辆行驶过程中对转向力的调控，保持车辆的稳定性和操控性能。
三、车辆动力学与控制研究的发展趋势随着汽车工业的不断发展，车辆动力学与控制研究也在不断取得新的突破。
未来，随着自动驾驶技术的逐步成熟，车辆动力学与控制方面的研究将更加注重对车辆行驶过程的智能化和自动化。
同时，随着电动汽车技术的快速发展，车辆动力学与控制研究也将在电动汽车领域拓展出新的研究方向。
总的来说，汽车工业中的车辆动力学与控制研究对汽车的操控性能、安全性能和智能化发展起着举足轻重的作用。
只有不断深入研究和创新，才能推动汽车工业朝着更加安全、智能和人性化的方向发展。
汽车动力学
气阻力也算出并画上，作出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，
并以此来确定汽车的动力性。
超速演示
汽车驱动力-行驶 阻力平衡图
表征不同车 速时驱动力和行驶 阻力之间的关系。
特征点：最高车速， 仅有滚动阻力和空 气阻力。
小于最高车 速时，汽车可用剩 余驱动力加速或爬 坡。
需等速行驶 时，发动机可工作 在部分负荷特性。
一、汽车行驶方程式
根据上面逐项分析的汽车行驶阻力，可以得到汽车
的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj
或：
T i i tq g 0 T
Gf
CA D
u2 Gi m du
r
21.15 a
dt
为清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡
关系，一般是将汽车行驶方程式用图解法来进行分析。即
在汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空
汽车的质量分为平移的质量和旋转的质量两部
分。把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性
力，并以系数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽
车质量换算系数， 因而汽车加速时的阻力:
Fj
m
du dt
δ ——汽车旋转质量换算系数，（δ>1）；
m ——汽车质量，单位为kg； du ——行驶加速度。 dt
δ主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动
轮胎在硬路面上滚动 时，主要是轮胎变形。
轮胎在硬支承路面上受 径向力时的加载和减载曲线 不重合。其面积之差为能量 损失，由轮胎内摩擦产生弹 性迟滞损失。
迟滞损失表现为阻碍车 轮滚动的阻力偶。
2. 滚动阻力偶分析
▪ 车轮不滚动：地面对车轮的法向反作用力对称。
▪ 车轮滚动：处于前部d点的地面法向反力（CF）大于处 于恢复的后部d’点地面反力（DF），合力Fz前移距离a， 与法向载荷W不重合。
汽车动力学及其控制
汽车动力学及其控制
汽车动力学是研究汽车在运动状态下的力学、运动学和振动学等现象的学科，它涉及到汽车的加速、制动、操纵等方面的问题。
汽车动力学的主要目标是理解和优化汽车在不同工况下的运动性能，以提高驾驶安全性、舒适性和燃油经济性。
汽车动力学的主要内容包括：
汽车运动学：研究汽车的运动状态，包括速度、加速度、位移等。
这涉及到汽车的运动方程、轨迹规划等内容。
汽车力学：研究影响汽车运动的力，包括引擎产生的推进力、刹车产生的阻力、轮胎与路面之间的附着力等。
汽车力学是汽车动力学中的一个核心领域。
操纵稳定性：研究汽车在操纵过程中的稳定性，包括横向稳定性（转向稳定性）、纵向稳定性（加速度和刹车时的稳定性）等。
汽车振动学：研究汽车在运动过程中的振动问题，包括悬挂系统、车辆舒适性、悬挂系统的调校等。
汽车动力学与控制是将控制理论和方法应用于汽车动力学问题的学科。
在汽车动力学中，控制的目标通常包括提高汽车的稳定性、操纵性、燃油经济性等。
汽车动力学及其控制的关键问题包括：
动力系统控制：包括发动机控制、传动系统控制等，旨在优化动力系统的性能和燃油效率。
悬挂系统控制：通过主动悬挂系统，调整车辆的悬挂刚度和阻尼，
以提高操纵性和舒适性。
刹车系统控制：通过防抱死刹车系统（ABS）等，提高刹车的效果和稳定性。
车辆稳定性控制：通过电子稳定控制系统（ESC）等，提高车辆在横向运动中的稳定性。
巡航控制：通过巡航控制系统，实现汽车在高速公路上的自动巡航。
汽车动力学及其控制在现代汽车工程中起着重要作用，它不仅关乎车辆性能的提升，还涉及到驾驶安全、能源利用效率等方面的问题。
汽车动力学_概述
汽车动力学_概述汽车动力学是研究汽车的力学性能和运动特性的学科，它涉及到汽车的加速、制动、转向以及牵引等方面的问题。
在汽车动力学中，有许多基本概念和理论，通过研究这些概念和理论，我们可以更好地理解和分析汽车的运动行为。
1.加速：汽车的加速性能是衡量汽车动力学性能的重要指标之一、加速性能主要与汽车的动力系统相关，包括发动机的功率和转矩输出、变速器的传动比以及车辆的重量等。
通过分析汽车的动力输出特性和传动系统的效率，可以预测和评估汽车的加速性能。
2.制动：制动性能是衡量汽车动力学性能的另一个重要指标。
制动性能主要与汽车的制动系统相关，包括刹车片的材料和摩擦系数、刹车液的性能、刹车系统的设计和调校等。
通过分析刹车系统的工作原理和性能特点，可以预测和评估汽车的制动性能。
3.转向：汽车的转向性能是指汽车在转弯时的稳定性和灵活性。
转向性能主要与汽车的悬挂系统、转向系统以及轮胎性能相关。
通过分析汽车的悬挂几何、刚度和阻尼等特性，可以预测和评估汽车的转向性能。
4.牵引：汽车的牵引性能是指汽车在起步或爬坡时的牵引能力。
牵引性能主要与汽车的动力系统、传动系统以及轮胎性能相关。
通过分析发动机的输出特性、传动系统的传动比以及轮胎的抓地力，可以预测和评估汽车的牵引性能。
在进行汽车动力学的研究和分析时，一般会使用动力学模型来描述汽车的运动行为。
动力学模型是通过对汽车的物理特性和力学原理进行数学建模得到的，常用的动力学模型有单轴模型、二轴模型和多轴模型等。
这些动力学模型可以帮助我们更好地理解和预测汽车的运动行为。
另外，在汽车动力学的研究中还会涉及到一些实验和测试方法。
常用的实验和测试方法包括制动测试、加速测试、方向盘转动测试以及悬挂系统测试等，这些测试方法可以帮助我们获得汽车动力学性能的具体数据，从而更准确地评估汽车的性能。
总之，汽车动力学是研究汽车运动行为的学科，通过对汽车的加速、制动、转向和牵引等方面的问题进行研究和分析，可以更好地理解和预测汽车的性能。
carsim的动力学模型基础方程
汽车动力学模型基础方程在汽车工程中，动力学模型是一个重要的概念，它描述了汽车在运动过程中的力学特性和行为。
其中，汽车动力学模型的基础方程起着至关重要的作用，它们是描述汽车动力学特性的数学表达式，是汽车工程中的核心理论基础。
一、运动方程汽车在运动中受到多种力的作用，这些力包括牵引力、阻力、重力等。
通过牛顿第二定律，可以得到描述汽车运动的基本方程：F = ma其中，F是受到的合外力，m是汽车的质量，a是汽车的加速度。
根据牵引力、阻力和重力的关系，可以得到更加细致的运动方程：F_traction - F_drag - F_roll - F_grade = ma其中，F_traction是牵引力，F_drag是阻力，F_roll是滚动阻力，F_grade是上坡或下坡时产生的力。
这些力可以通过具体的公式计算得到，从而得到汽车的加速度。
二、转向方程在汽车运动中，转向是一个重要的问题。
汽车的转向能力与转向系的设计和轮胎的特性有关。
描述汽车转向行为的基础方程可以通过转向角速度、侧向力和横摆刚度等参数建立，具体方程如下：Mz = Iz * ωz + Fy * a其中，Mz是横摆力矩，Iz是车辆绕垂直轴的惯性矩，ωz是车辆的横摆角速度，Fy是轮胎的侧向力，a是车辆的横向加速度。
这个方程描述了汽车在转向过程中受到的各种力的平衡关系。
三、刹车方程刹车是汽车行驶中不可或缺的部分，汽车刹车性能与刹车系统、轮胎和路面特性等有关。
汽车刹车性能的基础方程可以描述如下：Fbrake = μ * Fz其中，Fbrake是刹车力，μ是刹车系数，Fz是轮胎受力。
刹车系数与刹车系统和轮胎的摩擦特性有关，它是刹车性能的一个重要参数。
总结通过以上的分析可以看出，汽车动力学模型的基础方程是汽车工程中的核心内容，它涉及到多个力学和运动学的概念，并且需要深入的数学和物理知识。
汽车动力学模型的基础方程不仅对汽车设计和优化具有重要意义，对于理解汽车行驶过程中的各种力学特性也有着重要意义。
汽车系统动力学第1章 车辆动力学概述
第一节 历史回顾
20世纪90年代末期 – 研究人员发现，车辆在高速行驶过程中的横向稳定
裕度较小，通过调节四个车轮的纵向力而形成一定 的回转力矩，就可控制汽车的横摆角速度，由此提 出了“直接横摆控制”(Direct Yaw moment Control，简称DYC)算法，并经试验验证了该算法 的有效性。在此基础上，近年来又提出了限制一定 侧偏角范围的车辆动力学控制(Vehicle Dynamics Control，简称VDC)。 自2000年以来 – VDC系统得到了各国汽车厂商关注，并进行开发研 制。
第一章 车辆动力学概述
世纪商务英语听说教程 专业篇I （第五版）
主讲：朱明
高级工程师、高级技师、国家经济师 高级国家职业技能鉴定考评员 高级技能专业教师
汽车系统动力学
第一章 车辆动力学概述
• 第一节 历史回顾 • 第二节 研究内容和范围 • 第三节 汽车特性和设计方法 • 第四节 术语、标准和法规 • 第五节 发展趋势
汽车系统动力学
图1-1 底盘控制系统与车辆动力学关系示意图
汽车系统动力学
第一节 历史回顾
20世纪70年代末
– 从飞机设计技术中引入的防抱死制动系统 （Anti-lock Braking System，简称ABS） 可以称得上是向车辆底盘控制迈出的第一步， ABS通过限制制动压力来保证车轮的最佳滑移 率，从而避免了车轮抱死。
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解也愈加深
入，从而使操纵动力学的研究逐渐向高侧向 加速度的非线性作用域扩展。
汽车系统动力学
第一节 历史回顾
最近10年： 计算机技术及应用软件的开发，使建模的
汽车动力学_概述
系统的特点
• 一、层次性 系统是由两个以上(或更多)元素(或称元件)组成的事物。一个大系统往往可分
成几个子系统，每个子系统是由更小的子系统(称二级系统)构成。每个子系统或 小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。
系统的特点
• 三、目的性 这主要是指人工设计的系统面言。系统的目的性是指人工系统是为某一个大
目的而构成。目的不同，系统的构成也就不同，例如货车就是为运输货物这一 目的而构成，它必须有货厢以装载货物；而客车则是为运输乘客面设计，因此 其车内必有供乘客使用的客厢和座椅，而运货设备就退居次位(行李箱或行李架) 或甚至取消。所以在设计中必须研究系统整体目的，才能正确选择各元素的构 成。 • 四、功能共性
• 6、考虑车身侧倾的3自由度运动模型
• 转向系统振动分析 • 4轮转向系统 • 电动助力转向系统
主讲：贺岩松/6学时
章节主要内容－5：垂向动力学
• 7、汽车垂向动力学
• 路面输入及其模型
• 路面测量技术与数据处理 • 路面输入模型 • 特殊路面输入
• 人体对振动的反应与平顺性标准 • 汽车振动模型
考试：开卷、笔试、限时(2h)
章节主要内容－1：概述
• 1、汽车动力学概述
• 系统动力学概述 • 历史回顾 • 研究内容和范围 • 汽车特性和设计方法 • 汽车动力学术语、标准和法规 • 汽车动力学发展趋势
• 2、汽车动力学建模方法
• 动力学方程的建立方法 • 非完整系统动力学 • 多体系统动力学方法
系统
• 美国著名学者绪方胜彦：系统是一些元件的组合，这些元件共同作用以完成给 定的任务。 元件是系统单个作用的单元。不局限于某一物理现象时系统的概念可以扩 展到任何动态的现象，如国家经济、交通运输、人口增长、生态学等方面遇到 的这些现象。在实际的大千世界中，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，生物、原于内部也构成这样的自然系统。 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。
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Wf W δ = 57.3L / R + － r C αf Cαr δ = 57.3L / R + K × a y Wf Wr K= － Cαf Cαr
V2 1 × × R g
V char = 57.3L × g / K Vcrit = − 57.3L × g / K V 2 /(57.3L × g ) = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) γ V /L = δ 1 + K × V 2 /(57.3L × g ) ay
– – – – – Ride (Vertical) – Spring and damper Ride (Roll) – Anti-roll bar Ride (pitch) – Anti-dive and anti-squat Flat ride Roll centers
40
•
Chassis Design（底盘设计）
9
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Testing (轮胎试验)
10
Tire Properties (轮胎特性）
• Handling tire Magic Formula (操 纵稳定性轮胎模型）
11
Tire Properties (轮胎特性）
• Ride and Durability tire (平顺性路、可 靠性轮胎模型）
16
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
17
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
18
Handling（操纵稳定性）
– Understeer and oversteer （不足&过 多转向）
48
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Scrub Radius (??）
49
Chassis Design（底盘设计）
• Impacts of Suspension geometry misalignment on Vehicle Performance (悬架定 位对车辆性能的影响）
– Ackerman Angle （Ackerman 角） – Bicycle model （线性二自由度模型） – Understeer and oversteer （不足&过多转向）
13
Handling（操纵稳定性）
– Ackerman Angle （Ackerman 角）
14
Handling（操纵稳定性）
27
• Secondary Ride（高频平顺性）
Ride（平顺性）
Frequency (Hz)
5 10 15 20 25 30
Input Force
12" Tire Rolling Radius
!st Tire/Wheel (mph)
21
42
63
84
105 mph
Mode
Suspension Hop-Tramp Structural Column
39
Dynamic Index : DI = k 2 /(ab) = 1
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）
– Determine suspension characteristics – K&C curves – Benchmarking
21
Handling（操纵稳定性）22Biblioteka Handling（操纵稳定性）
23
Handling（操纵稳定性）
24
Handling（操纵稳定性）
25
Ride（平顺性）
• Human natural frequency and comfort factors（人 体频率）
26
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
33
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 5 DOF Model
Damping effects on spectra of body acceleration and wheel load oscillation
• Suspension elasticity and compliance (悬架柔性特性）
– Affect handling – Affect ride – Have to be compromised – DOE at as early as possible Ride Magic Formula (平顺性经验公式）
34
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
35
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 7 DOF Model
36
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性） - Pitch control
37
Ride（平顺性）
K s × Kt RideRate : RR = K s + Kt ω n = RR / M ω d = 1 − ζ s2 ζ s = C s / 4K s M
&& + C Z & +K Z =C Z & Sprung Mass : MZ s s s u + K s Z u + Fb && + C Z & & Unsprung Mass : mZ u s u + ( K s + K t ) Z u = Cs Z + K s Z + K t Z r + Fw
• Longitudinal slip - ABS Principle (制动力和轮胎 滑移）
7
Tire Properties (轮胎特性）
• Self-aligning torque Mz(回正力矩）
8
Tire Properties (轮胎特性）
• Driving and braking forces (驱动力和制动力）
Unit. Body
1st/2nd Bending 1st Torsion Frame Vehicle 1st Bending 1st Torsion Floor/Seat 5 10 15 20 25 30 28
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
29
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
30
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
31
Ride（平顺性）
• Primary Ride (低频平顺性）- 2 DOF Model
32
Ride（平顺性）
• Slip angle and cornering performance (侧偏 角&侧偏刚度）
5
Tire Properties (轮胎特性）
• Affecting factors of cornering stiffness (侧偏角&侧偏刚度）
6
Tire Properties (轮胎特性）
– – – – – – – – – – Sprung mass vibration（簧载质量振动） Frequency range: 1～5 Hz Vertical （bounce): 1.0 ~ 1.2 Hz (竖直方向） Pitch: 1.2 ~ 1.5Hz（俯仰方向） Unsprung mass vibration（非簧载质量振动） Frequency range: 5～25 Hz Wheel hop: 10~12Hz（车轮跳动） Tramp: Wheels are out of phase， same as hop Hz Nibble: Steering wheel torsional vibration 8 – 20 hz Shake: Steering wheel and floor vibration 8 – 20 hz
Vehicle Dynamics/Chassis Design （汽车动力学&底盘设计）
• • • • • • Tire (轮胎） Handling (操纵稳定性） Ride（平顺性） Chassis Design（底盘设计） Validation（验证方法） Active Safety （主动安全控制）
46
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Caster (主销后倾角）
47
Chassis Design（底盘设计）
• Suspension geometry and kinematics (悬架定位）－ Toe (车轮前束）
1
Tire Properties (轮胎特性）
• Construction (结构）
2
Tire Properties (轮胎特性）
• Tire Code (标准标号）
3
Tire Properties (轮胎特性）
• SAE Tire Coordinate System (SAE轮胎坐标系)