汽车系统动力学第9章 行驶动力学模型
车辆系统动力学2013版(合肥工业大学卢剑伟) - 第一篇垂向动力学.
第9章 行驶动力学模型
➢ 模型推导前提 ➢ ¼车辆模型 ➢ ½车辆模型 ➢ 整车模型
模型推导前提
模型推导前提
模型推导前提
第9章 行驶动力学模型
➢ 模型推导前提 ➢ 1/4车辆模型 ➢ 1/2车辆模型 ➢ 整车模型
1/4车辆模型
1/4车辆模型
1/4车辆模型
1/4车辆模型
第9章 行驶动力学模型
连续可变阻尼的半主动悬架系统
第10章 可控悬架
➢ 车身高度调节系统 ➢ 全主动悬架系统 ➢ 连续可变阻尼的半主动悬架系统 ➢ 各类悬架系统的性能比较
各类悬架的性能比较
➢ 模型推导前提 ➢ 1/4车辆模型 ➢ 1/2车辆模型 ➢ 整车模型
1/2车辆模型
1/2车辆模型
1/2车辆模型
第9章 行驶动力学模型
➢ 模型推导前提 ➢ 1/4车辆模型 ➢ 1/2车辆模型 ➢ 整车模型
整车模型
整车模型
整车模型
整车模型
第一篇 垂向动力学
第5章 机械振动基础 第6章 路面输入及其模型 第7章 汽车部件垂向动力学 第8章 人体对振动的反应 第9章 行驶动力学模型 第10章 可控悬架系统
第6章 路面输入及其模型
➢ 路面测量技术及数据处理 ➢ 路面不平度的功率谱密度 ➢ 空间频率功率谱密度转化为时间频率功率谱密度 ➢ 路面不平度对汽车的输入功率谱密度
空间/时间频率功率谱密度变换
空间/时间频率功率谱密度变换
空间/时间频率功率谱密度变换
空间/时间频率功率谱密度变换
第6章 路面输入及其模型
路面测量技术及数据处理
路面测量技术及数据处理
第6章 路面输入及其模型
➢ 路面测量技术及数据处理 ➢ 路面不平度的功率谱密度 ➢ 空间频率功率谱密度转化为时间频率功率谱密度 ➢ 路面不平度对汽车的输入功率谱密度
系统动力学九种模型
系统动力学九种模型标题：系统动力学九种模型：一种掌握复杂系统行为的有力工具引言：系统动力学是一门研究动态系统行为的学科，旨在通过模型和模拟来分析和预测系统的行为。
在系统动力学中，有九种常用的模型，它们分别从不同角度和层次探索和描述系统的行为。
本文将深入探讨系统动力学中的九种模型，并分享对这些模型的观点和理解。
第一部分：系统动力学简介与基本概念1.1 系统动力学的定义和应用领域1.2 动态系统和反馈环路的基本概念第二部分：系统动力学九种模型的介绍与分析2.1 流量模型：描述物质或信息在系统中的流动2.2 资源积累模型：描述资源的积累和消耗2.3 优先水平与延迟模型：描述不同的优先级和延迟对系统行为的影响2.4 饱和非线性模型：描述系统在达到饱和点后的行为变化2.5 非线性积分模型：描述系统内部非线性交互对整体行为的影响2.6 动态变化和叠加模型：描述系统多个变量之间的相互作用与叠加效应2.7 时滞模型：描述系统行为中存在的时间滞后和延迟2.8 分层模型：描述系统中的层次结构以及不同层次之间的相互作用2.9 非线性交互模型：描述系统中多个元素之间的非线性相互作用第三部分：系统动力学九种模型的应用案例分析3.1 商业经济领域中的应用案例3.2 环境与能源管理中的应用案例3.3 社会系统中的应用案例3.4 健康医疗领域中的应用案例第四部分：总结与回顾性内容4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾4.2 对应用案例的总结与反思结论：系统动力学九种模型是一种有力的工具，能够揭示系统行为的本质和规律。
通过对这些模型的研究和应用，我们能够更深入地理解和预测复杂系统的行为。
在不同领域的实践中，系统动力学九种模型已经取得了许多成功的应用案例。
然而，我们也要意识到这些模型只是对现实世界的近似和抽象，对复杂系统行为的完整描述还需要我们的不断深入研究和探索。
（2000字）4.1 对系统动力学九种模型的综合回顾在前面的章节中，我们对系统动力学九种模型进行了详细的介绍。
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。
汽车转向行驶的动力学方程
汽车转向行驶的动力学方程引言：汽车转向是指通过转动方向盘，使车辆改变行进方向的过程。
在汽车转向过程中，涉及到许多力的作用，如转向力、转向阻力、惯性力等。
为了研究汽车转向行驶的动力学特性，需要建立相应的动力学方程。
本文将对汽车转向行驶的动力学方程进行详细介绍。
一、转向力的作用在汽车转向行驶过程中，转向力起着至关重要的作用。
转向力是指由转向机构传递到转向轮的力，它使得转向轮能够改变车辆行进方向。
转向力的大小与方向盘的转动角度成正比，可以用以下公式表示：转向力 = 方向盘转动角度× 转向力系数二、转向阻力的影响除了转向力外，转向阻力也会对汽车转向行驶产生影响。
转向阻力是由转向系统的摩擦力和阻尼力造成的，它会抵消部分转向力，影响车辆的转向灵活性。
转向阻力的大小取决于转向系统的设计和质量，一般情况下，转向阻力可以通过增加液压助力装置来减小。
三、惯性力的作用在汽车转向行驶过程中，惯性力也会对转向产生影响。
惯性力是指车辆由于转向而产生的向外甩出的力，它会阻碍车辆的转向。
惯性力的大小与车辆的质量和转弯半径有关，质量越大、转弯半径越小，惯性力越大。
为了克服惯性力的影响，需要施加更大的转向力。
四、动力学方程的建立为了描述汽车转向行驶的动力学特性，可以建立如下的动力学方程：转向力 - 转向阻力 = 惯性力根据这个动力学方程，可以进一步推导出具体的数学表达式，从而研究汽车转向行驶过程中各种力的变化规律。
五、影响转向行驶的因素除了转向力、转向阻力和惯性力外，还有一些其他因素也会对汽车转向行驶产生影响。
其中包括路面摩擦力、车辆的速度、车轮的转动角度等。
这些因素的变化都会对汽车的转向行驶产生影响，需要进行综合考虑。
六、转向系统的优化设计通过对汽车转向行驶的动力学方程进行研究，可以得出一些优化设计的原则。
例如，提高转向力的传递效率、减小转向阻力、降低惯性力的影响等。
这些原则可以指导转向系统的设计和改进，提高汽车的转向性能和操控稳定性。
(完整版)系统动力学模型案例分析
系统动力学模型介绍1.系统动力学的思想、方法系统动力学对实际系统的构模和模拟是从系统的结构和功能两方面同时进行的。
系统的结构是指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用与相互关系。
而系统的功能是指系统中各单元本身及各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的，又可以在—定条件下互相转化。
所以在系统模拟时既要考虑到系统结构方面的要素又要考虑到系统功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统的基本规律。
系统动力学方法从构造系统最基本的微观结构入手构造系统模型。
其中不仅要从功能方面考察模型的行为特性与实际系统中测量到的系统变量的各数据、图表的吻合程度，而且还要从结构方面考察模型中各单元相互联系和相互作用关系与实际系统结构的一致程度。
模拟过程中所需的系统功能方面的信息，可以通过收集，分析系统的历史数据资料来获得，是属定量方面的信息，而所需的系统结构方面的信息则依赖于模型构造者对实际系统运动机制的认识和理解程度，其中也包含着大量的实际工作经验，是属定性方面的信息。
因此，系统动力学对系统的结构和功能同时模拟的方法，实质上就是充分利用了实际系统定性和定量两方面的信息，并将它们有机地融合在一起，合理有效地构造出能较好地反映实际系统的模型。
2.建模原理与步骤(1)建模原理用系统动力学方法进行建模最根本的指导思想就是系统动力学的系统观和方法论。
系统动力学认为系统具有整体性、相关性、等级性和相似性。
系统内部的反馈结构和机制决定了系统的行为特性，任何复杂的大系统都可以由多个系统最基本的信息反馈回路按某种方式联结而成。
系统动力学模型的系统目标就是针对实际应用情况，从变化和发展的角度去解决系统问题。
系统动力学构模和模拟的一个最主要的特点，就是实现结构和功能的双模拟，因此系统分解与系统综合原则的正确贯彻必须贯穿于系统构模、模拟与测试的整个过程中。
与其它模型一样，系统动力学模型也只是实际系统某些本质特征的简化和代表，而不是原原本本地翻译或复制。
汽车系统动力学 (1)
第一章车辆动力学概述（1学时）
第一节研究内容和范围
第二节车辆特性和设计方法，及发展趋势
第二章车辆动力学建模方法及基础理论（2学时）
第一节动力学方程的建立方法
第二节多体系统运动学，动力学
第三章轮胎动力学（3学时）
第一节轮胎模型
第二节轮胎纵向力学特性
第三节轮胎垂向力学特性
第二节基于matlab的车辆系统建模、仿真与控制器设计实例
第三节应用adams软件的多体动力学实例分析（课外上机）
三、教材和参考书
教材：
喻凡，林逸编著，汽车系统动力学，机械工业出版社，2005.9
Rajesh Rajamani，Vehicle Dynamics And Control，Birkhäuser, 2006
作业安排：要求学生自学几个主流的汽车动力学软件，布置几个相关的大作业（车辆动力学建模与仿真分析），加深了解相关的学习内容。
考核安排及成绩评定方法：以平时的上课出勤率，提交计算分析报告的情况，以及最后的考试为依据，进行本课程成绩的最终评定。
五、拟任课教师情况
申焱华（主讲），副教授，博士，近3年的任课情况：（本科）车辆人机工程，现代设计方法概论；（研究生）多体动力学；
参考书：
（1）Thomas D.Gillespie著，赵六奇，金达锋译，车辆动力学基础，清华大学出版社，2006.12
（2）Manfred Mitschke, Henning Wallentowitz著，陈荫三，余强译汽车动力学（第四版）清华大学出版社，2009.12
（3）Dave Crolla,喻凡著，车辆动力学及其控制，人民交通出版社，2004。1
第一节车辆扩展操纵模型的推导
汽车系统动力学基础
汽车系统动力学的研究对于提 高汽车性能、降低能耗、减少 排放以及提高道路交通安全具
有重要意义。
课程目标
01 掌握汽车系统动力学的基本概念、原理和方法。 02 了解汽车系统动力学在汽车设计、制造和性能优
化中的应用。
03 掌握汽车系统动力学在道路交通安全领域的应用， 提高解决实际问题的能力。
稳定性控制技术的效 果评估
某品牌汽车的稳定性控制技术在实际 应用中取得了显著的效果，通过对比 实验发现，搭载该技术的汽车在湿滑 路面上的操控稳定性明显优于未搭载 该技术的汽车，有效降低了侧滑和失 控的风险。
案例三
轮胎对汽车动力学性能的影响
轮胎是汽车与路面的唯一接触点，它对汽车的操控稳定性、行驶安全性、乘坐舒适性和油耗等都有重要影响。
02
汽车系统动力学概述
定义与概念
定义
汽车系统动力学是一门研究汽车在不 同工况下动态特性的学科，主要涉及 汽车行驶时的平顺性、操纵稳定性和 安全性等方面。
概念
汽车系统动力学关注汽车在行驶过程 中所受到的各种力和力矩，以及这些 力和力矩对汽车运动状态的影响。
汽车系统动力学的重要性
提高汽车性能
提升乘客舒适度
通过优化汽车系统动力学特性，可以 提高汽车的行驶平顺性、操纵稳定性 和安全性，从而提高整体性能。
良好的平顺性和稳定性能够提高乘客 的舒适度，增强乘客的乘车体验。
降低能耗
良好的汽车系统动力学特性有助于降 低能耗，提高汽车的燃油经济性，减 少排放。
汽车系统动力学的发展历程
初期阶段
早期的汽车系统动力学研究主要集中在轮胎和悬挂系统的 研究上，以改善汽车的平顺性和操纵稳定性。
06
总结与展望
11_行驶动力学模型 车辆系统动力学课件
系 统
z1
1 m wf
K tf ( z 0f z 1 ) F f
动
力 学
z2
1 m hb
a2 I hp
F
f
1 m hb
ab I hp
F
r
z3
1 m wr
K tr ( z 0r z 3 ) F r
马 天 飞
z4
1 m hb
ab I hp
F
f
1 m hb
b2 I hp
车
➢福特轿车整车模型的系统响应功率谱密度
系
统
动
力
学
半车模型车身垂向加速度功率谱密度
马 天 飞
27
汽 整车模型计算结果（续）
车
➢福特轿车三种模型性能指标均方根值比较
系
统
动
力
学
马 天 飞
28
➢刚度不足，静态位移过大；
➢悬架太软，转弯侧倾过大。
马 天 飞
16
汽
车 扩展的悬架动行程等值曲线
系
➢标明了定刚度和定阻尼曲线。
统
动
力
学
单轮模型计算结果
马 天 飞
17
单轮模型计算结果
汽
车 扩展的悬架动行程等值曲线（续）
系
统
动
力
学
➢性能包络线中点P代表了该系统“基准车辆参数”下的性能。
➢运动型跑车具有大阻尼大刚度，悬架工作区通常位于矩阵
➢悬架动行程：车轮与车身位移之差的方均根值。
马
➢轮胎动载荷：相对于静平衡位置的轮胎载荷变化的方均
天 飞
根值。
11
汽 福特Granada轿车后悬架单轮模型
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第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧
车辆悬架弹簧是典型的低刚度元件,其受力随所连接的簧 上簧下刚体间的相对位移的变化而变化。弹簧可根据其 本身材料分类,也可按其受力及产生的相应应力分布方式 分类。然而,对车辆行驶动力学研究而言,最为关心的是 弹簧元件的刚度特性,即它的受力与变形关系。这里首先 介绍传统的金属弹簧(钢板弹簧、螺旋弹簧和扭杆弹簧), 然后对气体弹簧(空气弹簧和油气弹簧)给予介绍。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 钢板弹簧是车辆悬架中应用非常广泛的一 种弹性元件,它是由若干等宽但不等长的合金弹簧片组合 而成的一根近似等强度的弹性梁。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 典型的钢板弹簧受力情况如图9-1a (弯矩 图)所示,图中表示了钢板弹簧的受力沿其长度方向的分 布情况。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 当簧片呈抛物线形状时,在一定长度下其弯曲应变保持恒定, 由多个簧片组合而成的钢板弹簧称为抛物线弹簧。抛物线 弹簧相对于传统层叠式钢板弹簧的优势可从图9-3中看出。Βιβλιοθήκη 第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 当簧片呈抛物线形状时,在一定长度下其弯曲应变保持恒定, 由多个簧片组合而成的钢板弹簧称为抛物线弹簧。抛物线 弹簧相对于传统层叠式钢板弹簧的优势可从图9-3中看出。
结构共振频率 >20Hz
轮胎共振频率 30 ~50Hz和80 ~100Hz
第一节 概述
一般情况下车辆的振动频率范围可大致划分如下:
0 ~15Hz
刚体运动
15~150Hz
结构振动,板件共振
150Hz 以上 噪声及啸鸣
典型的共振频率范围通常为:
车身共振频率 1~1.5Hz
(当相对临界值而言的阻尼比ξ约为0.3时)
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 与其他弹簧结构形式相比,钢板弹簧的主要优点在于它不仅 用作弹簧元件,还作为结构连接件装备在车架和车轴之间,兼 作悬架的导向机构。同时,由于各片间相对滑动而产生的摩 擦力,起到了一定的阻尼作用。
第二节 与平顺性相关的部件特性
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧
1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 3) 吊耳处和多层板簧的各簧片 间存在的干摩擦可能会对弹簧 特性产生不良影响,如图9-2所 示。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 为了避免钢板弹簧的上述缺陷,可通过改进板簧结构设计, 减小板簧的簧片数,也可通过调整单根板簧的预应力或加 装附加弹簧得以实现。另外,可将吊耳换成滑动式吊耳, 或者在板簧中添加特殊材料的夹层等方法来减小簧片间 的干摩擦。为了克服弹簧中央出现的大弯曲应变,可使用 高强度板簧来解决。
一、悬架弹簧
1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 目前,钢板弹簧多用于载重货车上,只有少数用在客车或其他 车辆上。然而,具有线性弹性特性的钢板弹簧有如下缺点: 1) 在负载变化时,可用的悬架动行程常降至允许值以下。通 常,对普通客车而言,可用的标准悬架动行程一般大于50mm; 而大客车一般要大于70mm。 2) 固有频率随装载质量的变化而改变。车辆空载时的固有 频率比满载时高;当车辆加减速时,由于轴荷转移效应,使前、 后悬架的固有频率也会发生改变。
第一节 概述
一般情况下车辆的振动频率范围可大致划分如下:
0 ~15Hz
刚体运动
15~150Hz
结构振动,板件共振
150Hz 以上 噪声及啸鸣
典型的共振频率范围通常为:
车身共振频率 1~1.5Hz
(当相对临界值而言的阻尼比ξ约为0.3时)
车轮跳动 10 ~12Hz
座椅上的乘客 4 ~8Hz
悬置的动力总成 10~20Hz
车轮跳动 10 ~12Hz
座椅上的乘客 4 ~8Hz
悬置的动力总成 10~20Hz
结构共振频率 >20Hz
轮胎共振频率 30 ~50Hz和80 ~100Hz
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧
车辆悬架弹簧是典型的低刚度元件,其受力随所连接的簧 上簧下刚体间的相对位移的变化而变化。弹簧可根据其 本身材料分类,也可按其受力及产生的相应应力分布方式 分类。然而,对车辆行驶动力学研究而言,最为关心的是 弹簧元件的刚度特性,即它的受力与变形关系。这里首先 介绍传统的金属弹簧(钢板弹簧、螺旋弹簧和扭杆弹簧), 然后对气体弹簧(空气弹簧和油气弹簧)给予介绍。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (1)钢板弹簧 图9-3所示的两种弹簧具有 相同的长度、刚度和额定负 载。其抛物线弹簧的优点在 于除了减少摩擦外,还减少 了约50%的弹簧质量,从而 减少了车辆的总质量。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (2)扭杆弹簧 扭杆弹簧主要用于轻型客车和货车。与钢 板弹簧相比,扭杆弹簧更能充分有效地利用材料。由于扭 杆弹簧的圆形截面使大部分材料都在最大应力处工作。 为此,扭杆弹簧的扭杆通常被做成空心,以除去不受力的 中心部分,使元件重量更轻。
第九章 行驶动力学模型
第一节 概述 第二节 与平顺性相关的部件特性 第三节 模型推导的前提及简化条件与分析 第四节 单轮车辆模型的推导及分析 第五节 半车模型的推导及分析 第六节 整车模型的推导及分析
第一节 概述
本章主要介绍针对悬架系统设计的行驶动力学建模,即设 计者应如何协调相互矛盾的性能指标,以达到某种意义上 的悬架系统最优设计的目的。基于所要研究的目标,本质 上也就决定了所建数学模型的复杂程度。 对悬架设计而言,有些参数可以由悬架工程师来确定,而 有些则不能完全由他们所确定。通常可由悬架工程师确 定的设计参数有:①悬架刚度(其中包含弹簧、导向元件 及其衬套等的刚度);②阻尼;③簧载质量与非簧载质量之 比;④橡胶限位块的特性;⑤轮胎部分的特性;⑥衬套刚度。
第二节 与平顺性相关的部件特性
一、悬架弹簧 1.金属弹簧 (2)扭杆弹簧 扭杆弹簧在工作时主要承受 扭矩,它一端紧固于车架上,另 一端固定于与车轮相连的悬 架摇臂上。当车轮跳动时,摇 臂绕着扭杆轴线来回摆动,使 扭杆产生扭转弹性变形,从而 保证了车轮与车架的弹性连 接,如图9-4所示。