车辆系统动力学第二次作业
《车辆动力学》练习册及答案
车辆运动力学系题解答一、填空(每题1分共10分)1常把轨道不平顺分为轨距、（水平）、高低和方向等四种不平顺。
P1662铁路技术管理规程规定，两股钢轨在正线及到发线上在同一处的高差不应超过（4mm ），在其它线上不应超过6mm。
P1673如果减载的车轮上又有很大的横向力使轮缘贴靠钢轨，在最不利的条件下可能引起（爬轨）、脱轨事故p1674在直线上名义轨距为（1435mm ）；在曲线上根据曲线半径值对轨距加宽。
P1675车轮的偏心和不均重，都会引起轮轨之间的动作用，（车辆运行速度越高），则引起的轮轨相互作用力越大。
P1686车轮踏面存在擦伤时，车轮滚过擦伤处，（轮轨间发生冲击），钢轨受到一个向下的冲量，而车轮受到一个向上的冲量。
P1687轮对沿轨道运行时左右两轮的（转速相同），半径大的车轮经历的距离长，半径小的车轮经历的距离短，p1698车轮半径越大、（踏面斜度越小），则轮对蛇行运动波长越长，即蛇行运动越平缓。
P1709簧上质量与轮对之间不同的（弹性悬挂装置）可以代表实际车辆上不同的悬挂装置。
P17010在车辆转向架设计中，往往把车辆悬挂的（静挠度大小）作为一项重要技术指标。
P17311悬挂静挠度越大，（车辆自振频率低），在轮轨冲击力作用下，振动比较缓慢，加速度也小。
P17312车辆转向架上采用的减震器品种很多，（线性减震器）是一种理想的减震器。
P17313线性减震器产生的阻力与减震器活塞位移速度成正比，（阻力的方向）与运动方向相反。
P17314根据能量守恒原理，在一定时间范围内，（系统内部能量）的变化量应当等于作用在系统上所有外力在同一时间范围内所作的功。
P17915车辆受钢轨接头处冲击後的（强迫振动），实质上是有初速度的自由振动，p18216车辆强迫振动的频率、（振幅以及振动的形式）、不仅与车辆本身的结构有关，而且与线路的不平顺特点、轮轨相互作用关系以及车辆的运动速度有关。
P18317车辆各基本部件之间有（弹性约束）或刚性约束，以限制结构中各部件之间的相对运动。
中石油北京机械动力学第二次在线作业答案
第二次在线作业单选题（共12道题）收起1.（2.5分）长期以来人们用加配重使摆动力部分被平衡的方法来减小（）。
A、速度B、体积C、摩擦D、振动我的答案：D 此题得分：2.5分2.（2.5分）机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时，其总质心（）。
A、作匀速直线运动B、保持静止不动C、作变速直线运动D、做变速运动我的答案：B 此题得分：2.5分3.（2.5分）机构完全平衡的条件是其总质心的加速度（）。
A、小于零B、小于零C、等于零D、任意值我的答案：C 此题得分：2.5分4.（2.5分）机构摆动力完全平衡的条件为机构的（）为常数。
A、质量矩B、动量矩C、转动惯量D、惯性矩我的答案：A 此题得分：2.5分5.（2.5分）机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的（）为常数。
A、质量矩B、动量矩C、转动惯量D、惯性矩我的答案：B 此题得分：2.5分6.（2.5分）在以下所有方法中，概念最清晰、易于理解的是（）。
A、广义质量代换法B、线性独立矢量法C、质量矩替代法D、有限位置法我的答案：B 此题得分：2.5分7.（2.5分）以下选项中，在摆动力的完全平衡中没有考虑的是（）。
A、摆动力矩B、摆动力C、合力D、外力我的答案：A 此题得分：2.5分8. （2.5分）摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的（）。
A、简单化B、轻量化C、复杂化口、大型化我的答案：C 此题得分：2.5分9.（2.5分）优化平衡就是采用优化的方法获得一个（）。
A、绝对最佳解B、相对最佳解C、实际解D、理论解我的答案：B 此题得分：2.5分10.（2.5分）优化综合平衡是一个（）的优化问题，是一种部分平衡。
人、单目标8、二目标二三目标口、多目标我的答案：D 此题得分：2.5分11.（2.5 分）A、.B、.C、.D、.我的答案：A 此题得分：2.5分12.（2.5 分）A、.B、.C、.D、.我的答案：D 此题得分：2.5分多选题（共15道题）收起13.（2.5分）机构的总质心为零，有（）这些可能。
车辆系统动力学讲义ppt课件
NMV6 a9p5xa9p5ya9p5z
车辆系统动力学讲义
温馨性的等级 NMV<1
1<NMV<2 2<NMV<4 4<NMV<5 5<NMV
最正确温馨性 良好温馨性 中等温馨性 不好温馨性 极差温馨性
温馨性和平稳性目的的差别 1. 丈量点和丈量的加速度不同； 2. 计算方法不同； 3. 评价方法(有无纵向)和等级不同；
W 0 .8(9 [j3 6 F (f)/f]0 .1 )
车辆系统动力学讲义
平稳性等级 平稳性目的分横向和垂向，平稳性等级是一样的。
客车 W<2.5 优 W<2.75 良好 W<3.0 合格
货车 W<3.5 优 W<4.0 良好 W<4.25 合格
车辆系统动力学讲义
平稳性指标
2.5
2.4
2.3
车辆系统动力学讲义
1.1 车辆动力学的开展
车辆动力学系统是一个复杂的系统，其开展依托科学 技术和研讨手段的提高。至今仍有大量问题没有处理。
60年代以前的传统方法
轮轨蠕滑实际的提出和运用
计算机技术的大量采用
大系统方法和复杂动力学模型
车辆系统动力学讲义
1.2 车辆动力学的主要研讨内容
车辆动力学模型的建立和求解 车辆动力学模型的验证
车辆系统动力学讲义
2.2 铁道车辆模型
1〕铁道车辆系统是一个由多个部件组成的复杂系统，每 个部件有6个自在度，再加上各体之间有复杂的非线性 力和几何约束关系，故传统的方法仍是采用多刚体动 力学实际，简化影响较小的要素，根据研讨的目的不 同建立各种简化模型。
普通不思索各车间的耦合，只建立单车模型； 普通不思索车辆－轨道的耦合，以为轨道是刚性的； 普通不思索车辆与接触网的耦合振动，其对车辆影响较
(完整word版)车辆系统动力学试卷
1、系统动力学有哪三个研究内容?（1)优化：已知输入和设计系统的特性,使得它的输出满足一定的要求,可称为系统的设计，即所谓优化。
就是把一定的输入通过选择系统的特性成为最优化的输出。
（2）系统识别：已知输入和输出来研究系统的特性。
（3) 环境预测。
已知系统的特性和输出来研究输入则称为环境预测。
例如对一振动已知的汽车，测定它在某一路面上行驶时所得的振动响应值(如车身上的振动加速度），则可以判断路面对汽车的输入特性，从而了解到路面的不平特性。
车辆系统动力学研究的内容是什么?(1）路面特性分析、环境分析及环境与路面对车辆的作用；（2)车辆系统及其部件的运动学和动力学;车辆内各子系统的相互作用;（3）车辆系统最佳控制和最佳使用；（4）车辆—人系统的相互匹配和模型研究、驾驶员模型、人机工程等。
2、车辆建模的目的是什么？（1）描述车辆的动力学特性；（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.车辆系统动力学涉及哪些理论基础？(1）汽车构造（2）汽车理论（3）汽车动力学（4）信号与系统在“时间域”及“频率域"下研究时间函数x(t）及离散序列x（n)及系统特性的各种描述方式，并研究激励信号通过系统时所获得的响应.（5）自动控制理论（6)系统辨识（7)随机振动分析研究随机振动中物理量的描述方法（相关函数、功率谱密度)，讨论受随机激励的振动系统的激励、系统特性、响应三者统计规律性之间的关系.（8）多体系统动力学建立车辆系统动态模型的方法主要有哪几种？数学模型（1）各种数学方程式:微分方程式，差分方程,状态方程，传递函数等.（2)用数字和逻辑符号建立符号模型-方框图。
3、路面不平度功率谱密度的表达式有几种？各有何特点？试举出2种以上路面随机激励方法，并说明其特点。
（10分）路面功率谱密度的表达形式分为幂函数和有理函数两种（1）路面不平度的幂函数功率谱密度ISO/DIS8608和国家标准GB7031-1987《车辆振动输入路面平度表示方法》中建议采用垂直位移单边功率谱密度来描述路面平度的统计特性：式中：n为空间频率,是波长的倒数，表示每米长度上变化的次数，；为参考空间频率，=0。
汽车系统动力学复习资料2
纵向动力学纵向动力学性能分析动力的需求与供应、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制动性 汽车动力性能 最高车速、爬坡能力、加速能力。
动力的需求与供应车辆对动力的需求（行驶阻力）稳态匀速行驶阻力：车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力 瞬态加速行驶阻力（加速阻力） 车辆对动力的需求旋转质量总等效转动惯量发动机、离合器；某特定传动比时的传动系统；驱动桥、差速器；车轮（包括制动鼓或制动盘及半轴） 加速阻力分量 旋转质量转动惯量 定义质量换算系数 有代表车辆动力需求的车辆总行驶阻力车辆的动力供应驱动轮毂的转矩 发动机额定工况下的转矩损失 动力供求平衡式若车辆出动系统的效率为ηt ，则驱动力为 则动力供求平衡式为 汽车驱动力-行驶阻力平衡图2))(()(20u A C g m m f i a m m r i i M F F F F F a D v c R G x c v i dTg e D G R f t ρδη+++++=+++=行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。
当已知条件：为已知时m A C r i i D T g ,,,,,,0η，便可以分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。
即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。
动力性驱动力与行驶阻力平衡图定义为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力F t和常见行驶阻()sin ()G v c G v c GF m m g m m gi α=+=+,R R Z WF f F =22aD D F C Au ρ=,,2() a twi a t v c x a r xd d dM F m m a F a r r r θ-ΘΘ=+=== ()a i v c x F m m a δ=+21i i d r δΘ=+22200()i w dr g e c Ti i i i Θ=Θ+Θ+Θ+Θ+Θ2()()()2Dem ai v c x G R v c D F Fa FG FR FDm m a i f m m g C Au ρδ=+++=+++++0()H e L gM M M i i =-00,000(1)(1)2L t e t P M M n ηηπ=-=-0//x H d n g dF M r M i i r==00//x n g d t e g d F M i i r M i i r η==02()()()2e t g a i v c x G R v c Dd M i i m m a i f m m g C A u r ηρδ=+++++力F D 和F f 绘在同一张图上。
最新铁道车辆系统动力学作业及试题答案
作业题1、车辆动力学的具体内容是研究车辆及其主要零部件在各种运用情况下，特别是在高速运行时的位移、加速度和由此而产生的动作用力。
2、车辆系统动力学目的在于解决下列主要问题：①确定车辆在线路上安全运行的条件；②研究车辆悬挂装置和牵引缓冲装置的结构、参数和性能对振动及动载荷传递的影响，并为这些装置提供设计依据，以保证车辆高速、安全和平稳地运行；③确定动载荷的特征，为计算车辆动作用力提供依据。
3、铁路车辆在线路上运行时，构成一个极其复杂的具有多自由度的振动系统。
4、动力学性能归根结底都是车辆运行过程中的振动性能。
5、线路不平顺不是一个确定量，它因时因地而有不同值，它的变化规律是随机的，具有统计规律，因而称为随机不平顺。
（1）水平不平顺；（2）轨距不平顺；（3）高低不平顺；（4）方向不平顺。
6、车轮半径越大、踏面斜度越小，蛇行运动的波长越长，即蛇行运动越平缓。
7、自由振动的振幅，振幅大小取决于车辆振动的初始条件：初始位移和初始速度（振动频率）。
8、转向架设计中，往往把车辆悬挂的静挠度大小作为一项重要技术指标。
9、具有变摩擦减振器的车辆，当振动停止时车体的停止位置不是一个点，而是一个停滞区。
10、在无阻尼的情况下共振时振幅随着时间增加，共振时间越长，车辆的振幅也越来越大，一直到弹簧全压缩和产生刚性冲击。
11、出现共振时的车辆运行速度称为共振临界速度12、在车辆设计时一定要尽可能避免激振频率与自振频率接近，避免出现共振。
13、弹簧簧条之间要留较大的间距以避免在振动过程中簧条接触而出现刚性冲击14、两线完全重叠时，摩擦阻力功与激振力功在任何振幅条件下均相等。
15、在机车车辆动力学研究中，把车体、转向架构架（侧架）、轮对等基本部件近似地视为刚性体，只有在研究车辆各部件的结构弹性振动时，才把他们视为弹性体。
16、簧上质量：车辆支持在弹性元件上的零部件，车体（包括载重）及摇枕质量17、簧下质量：车辆中与钢轨直接刚性接触的质量，如轮对、轴箱装置和侧架，客车转向架构架，一般是簧上质量。
汽车理论大作业(2)
汽车理论大作业20100410420车辆四班杨江林1.内容本文在MATLAB/Simulink中搭建ABS莫型，将ABS寸整车的性能影响进行仿真，并对仿真结果进行分析来证明方法的可行性。
2原理由轮胎纵向力特性可知，车轮的滑移率 b s决定了制动力和侧向力的大小。
公式1给出了车轮滑移率b s的定义。
式中，丿宀为车速，对应线速度，V V为汽车线速度，r R为车轮半径，为车轮线速度。
如图1所示为车辆在制动行使时，地面作用于车轮的制动力sb F和侧向力yF随车轮制动滑移率b s的变化关系。
可以看出，侧向力随滑移率bs的增加而下降，当滑移率从1降为0时，制动力开始随滑移率的增加而迅速增加；当滑移率增至某值opt s时，制动力则随滑移率的增加而迅速减少。
公式1说明了车速与轮速的关系：当滑移率为1时，车速与轮速相等；当滑移率为0时，车轮已经处于抱死状态。
车轮抱死滑移时，不仅制动力减少，制动强度降低，而且车轮侧向附着力也大大减少。
因此，当前轮抱死滑移时，车辆丧失转向能力；而后轮抱死滑移则属于不稳定工况，易引起车辆急速甩尾的危险。
根据制动时附着系数与滑移率的关系曲线可知，当把车轮滑移率的值控制在最佳滑移率20%附近时，汽车将能够获得最好的制动效能同时还拥有较好的方向稳定性。
附着系数的数值主要取决于道路的材料、路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、材料以及车速等因素。
因此对于不同的路面来说，附着系数与滑移率的关系是不同的。
图2是不同路面的附着系数与滑移率的关系。
0 20 40 60 80 100^滑移率'图2不同路面的附着系数与滑移率的关系利用车轮滑移率的门限值及参考滑移率设计控制逻辑，使得车轮的滑移率保持在峰值附着系数附近，从而获得最大的地面制动力和最小的制动距离。
制动时的侧向稳定性。
3. 模型由于汽车动力学模型建立是个复杂的过程，采用单轮模型建立汽车动力学模型。
简化的单轮模型如图3。
同时获得较大的侧向力，保证由图可得到车辆的动力方程:车辆运动方程：dv m— dt车轮运动方程：dI FR T b dt车辆纵向摩擦力：F N（1）（2）式中, m为1/4整车质量（kg）；F为地面制动力（N）；R为车轮半径（m）; I为车轮转动惯量（kg?m2）；Tb为制动力矩（N?m), m); v 为车身速度(m/s); w 为车轮角速度（rad • s ）; N 为地面对车轮的法向反作用力（ N ）;卩为地面摩擦系数。
汽车系统动力学重难点题集
z1 2z1
z2 i z2
z2 2 z2
以上各式代入两自由度模型的运动方程，得：
z1 z0
H1()
Csi (Kt
Kt[Csi (Ks Ks m12)
m22)] Csi Ks
Csi Ks
Csi (Ks m22)
z2 z0
H2()
Csi(Kt
Kt (CsiKs) Ks m12) CsiKs
输出为
z1 Z1e i ( t ) Z1e i z0
z2 Z 2ei(t ) Z 2ei z0
输出为
z1 Z1ei(t ) Z1ei z0 H1( ) z0
z2 Z2ei(t) Z2ei z0 H2()z0
H 1 ( )
为频率响应函数
H2()
车轮、车身的速度和加速度为：
z1 i z1
相等。
（2） 制动时悬架导向杆系与转向拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。 8、ABS 与 TCS 的工作原理
ABS 一般由轮速传感器、电控单元和控制压力调节器等组成，在制动过程 中，首先由轮速传感器测出各个车轮的转速，并将这一信息传递给控制单元， 控制单元根据信号计算出汽车的滑移率，并把控制信号传给压力控制调节器， 压力控制调节器根据信号增减各个车轮的控制压力，从而控制汽车的滑移率保 持在 20%左右，防止车轮抱死。 TCS 是在 ABS 的的基础值上发展而来的，它是由发动机输出转矩调节器、驱动 轮制动力矩调节、差速器锁止调节、离合器/变速器控制组成，通过控制驱动轮 上的驱动力来防止驱动打滑，用来提高汽车起步、加速及在滑溜路面行驶时的 牵引力和确保行驶稳定性。 建模题 1.运动方程
全主动悬架简称主动悬架，是一种有源控制悬架，所以它包括有提供能 量的设备和可控制作用力的附加装置。它可根据汽车载质量、路面状况(振动情 况)，行驶速度、起动、制动、转向等工况变化时，自动调整悬架的刚度和阻尼 以及车身高度，从而能同时满足汽车行驶平顺性和稳定性等各方面的要求。
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第二次作业
柏满飞
1. 设计要求
1.1 汽车参数
1.2 性能要求
2. 牵引电动机量值的设计
2.1参考一些相关资料，可以取如下电动机参数：
2.2电机额定功率值
汽车轮胎半径：0.2794r m = 则齿轮传动的传动比：,max max
=3.2930m g n r
i V π=
则车辆转动惯量系数：2
121 1.07
g i δ
δδ=++=，
式中10.04δ=，20.0025δ=
则电机的额定功率值：()2
2221
77.45235
t f
b r f a D f f a
M
P V
V Mgf V C A V kW t δρ=
++
+= 取整可以选额定功率值：80t P kW =
2.3电机外特性曲线
由以上参数得该电机的外特性曲线如图2.1所示。
图 2.1 电机外特性曲线
3. 加速性能的检验
基于牵引电机的转矩-转速特性、齿轮传动比以及车辆的参数，可以计算车辆的加速性能即加速时间和距离与车速之间的对应关系。
计算0100/km h -加速时间：
100
2
10.211
2
a p g r a D f M t dV s
T i MGf C A V r
δ
ηρ==--⎰
满足性能要求。
4. 爬坡能力的检验
应用电机的转矩-转速特性、齿轮传动比，以及车辆的参数，并由行驶过程中汽车驱动力和阻力关系式：
p g t T i F r
η=
()21
cos sin 2r r a D f F Mg f C A V ααρ=++
由此可计算得出牵引力和阻力与车速之间的关系，如图4.1所示。
从而可计算出车辆的爬坡能力。
图 4.1 不同坡度下牵引力与车速之间的关系
图 4.2 爬坡能力与车速之间的关系
根据图4.1和4.2，车辆在100/
km h的速度行驶时可以有15%左右的爬坡能力，低速时有43%左右的爬坡能力，符合设计要求。
5. 发动机/发电机量值的设计
这里发动机额定功率的设计要求能够承载车辆在平坦路面上，以高速公路的最高速度
130/
km h行驶的需要。
km h的恒定行驶速度下，考虑传动装置(效率为90%)、电动机(效率为图5.1表明在130/
90%)以及发电机(效率为85%)，所需发动机的功率为32.5kW。
同时图5.1表明发动机功率为32.5kW时，可以承载车辆以77/
km h左右的速度在5%坡度的道路上行驶。
Array
图 5.1 平坦路面和5%坡度路面上发动机功率与恒定车速的关系
发电机/发电机组额定功率设计中另一个考虑的方面在于：当车辆以某种典型的停车-起动模式行驶时所对应的平均功率。
在这些行驶循环中的典型数据如表5-1所示。
表5-1 不同行驶循环中的典型数据
根据表5-1可知，即使不含再生制动，这些行驶循环中的平均功率较小的，发动机功率32.5kW可以满足这些形式循环的要求。
这里选取发动机运行点接近其最大功率，即该发动机最大功率略大于32.5kW，相比选取运行在最小油耗点的发动机，可以减小发动机尺寸。
在32.5kW功率等级上，虽油耗稍高，km h的恒车速运行情况计算得到，在低速或市区范围内运行时，发动机但该功率是通过130/
的平均负载功率小很多，所以发动机并不会呈现较高的油耗。
6. 峰值电源功率容量的选择
发动机和峰值电源输出功率之和应大于等于牵引电动机的输入功率，因此峰值电源的功率容量为：
/80
32.50.964.870.85
t
pps e g m
P P P kW η=
-=
-⨯= 7. 峰值电源能量容量的设计
由于第五节发动机的功率容量大于平均负载功率较多，这里采用发动机开/关（恒温）控制策略。
选取蓄电池组为峰值电源，使之在荷电状态为0.4到0.6之间变化，此区间运行有较佳的效率，控制中允许峰值电源内最大的能量变动为0.5kWh 。
因此峰值电源中总储存的能量可计算得：
max 2.5 2.50.60.4
pps E E kWh SOC ∆===∆-
8. 串联式混合动力汽车仿真（基于软件Advisor ）
根据上文设计选取的电机参数等，结合advisor 提供的数据库选取参数相近的发动机和电机等，并按设计要求中的汽车参数设置各参数的值，设置后的advisor 主界面如图8.1所示。
图 8.1 参数设置
首先选取串联式混合动力汽车模型（series ），这里Fuel Converter 一栏选择电火花点火式发动机，最大功率为41kW ，最高效率为0.34，图8.2是它的万有特性曲线（未含发动机功率），相应选取最大功率为33kW 的发电机。
峰值电源选取最大输出功率为65kW 的蓄电池，电动机最大功率为80kW ，效率为90%。
传动系传动效率设置为0.9（如图8.1所示），左下角”Variable List”里设置相应整车参数及峰值电源的荷电状态上下限。
图 8.2 发动机等油耗曲线
选取NYCC循环工况进行仿真，循环工况的详细参数设置如图8.3所示。
图 8.3 仿真参数设置
仿真结果如下图所示：
图 8.4 仿真结果
图 8.5 发动机实际运行曲线
图 8.6发动机实际运行效率随时间变化曲线
根据上面的仿真结果，我们知道:由于0-480s内发动机是处在关闭状态，所以峰值电源处于放电状态。
到480s附近时，峰值电源荷电状态达到设定的最小值0.4，此时发动机起动，如图8.5和图8.6所示，运行在最佳效率处（超过30%）。