车辆动力学-操纵动力学-2013汇总
车辆动力学
车辆动力学
车辆动力学是指研究有关车辆的运动的动力学学科。
许多路面车辆的运动都取决于动力学的原理。
因此，车辆动力学研究车辆在影响其运动的各种因素，比如车辆的设计、行驶路线、驾驶者的行为以及外部环境条件等。
车辆动力学的研究着重于各种车辆如何根据动力学原理运动，即控制速度、加速度和行驶方向。
具体而言，车辆动力学研究车辆动力、空气动力学、车辆稳定性和控制、空气抵抗力和车辆振动、车辆悬挂等复杂力学问题。
车辆动力学是车辆动力性能、操纵性能以及安全性能的重要基础。
车辆动力学主要用于设计驾驶安全的车辆以及提高车辆的性能和可
靠性。
这一领域的研究也为行车安全提供了重要的理论指导。
在车辆动力学研究中，需要考虑许多复杂的因素，如路况、行驶时间、当前车辆状态，以及驾驶者的行为等。
从这个角度看，车辆动力学的研究有时也称为复杂动力学研究，是一门涉及许多技术和理论的研究领域。
车辆动力学研究的方法也很多，其中包括实验设计、数值模拟和分析、理论分析等。
这些方法不仅可以提供对车辆特性的精准测量，而且可以提供更有效的车辆设计方案。
最后，车辆动力学不仅用于车辆研究，也用于航空、航天、船舶等机动载具的研究。
车辆动力学在实际应用中也有相当重要的地位，能帮助许多研究者和企业提高车辆性能和提供更安全的驾驶环境。
车辆系统动力学【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版车辆系统动力学车辆系统动力学是一门涉及汽车系统的动力性研究的学科，旨在分析和模拟汽车的动力性能。
它是由应用力学和流体力学原理来研究动态特性，从而为汽车开发工程人员提供关键性信息和支持，以实现车辆系统的有效运行。
车辆系统动力学的研究分为两个主要方面:静动力学和结构动力学。
静动力学是研究汽车静力学和动力学系统，以及它们之间的相互作用。
静动力学的研究内容包括汽车的刚性构件的静力学计算，汽车转矩和加速度的动态测定，车辆悬架系统的构造、测量和控制，动力性能的行驶特性测定，以及汽车的操纵和漂移特性的研究。
结构动力学包括研究汽车结构，如悬架、底盘和发动机，以及这些系统的动态特性测定。
车辆系统动力学的研究可以分为三个主要领域：实验动力学、分析动力学和仿真动力学。
实验动力学主要负责试验机械结构以及机械系统的动力特性测定。
它可以分析出机械系统的动力特性，以及机械系统和动力学分析模型之间的关系。
分析动力学是通过数学分析的方法，计算和分析汽车的动力特性。
仿真动力学则使用计算机模拟技术，模拟汽车在不同行驶条件下的性能，并进行动力学和控制分析。
车辆系统动力学是一个复杂的研究领域，需要广泛的原理、理论和技术来支持。
它为车辆开发工程人员提供关键的研究信息，以便更好地了解汽车的动力性能，从而更好地解决汽车发动机、悬架和底盘等系统的限制问题，实现更低排放、更安全的汽车运行。
车辆系统动力学的研究目标是提高汽车的动力性能：提高燃油经济性、排放控制效果，降低汽车维护成本，延长汽车使用寿命，减少汽车故障发生率，并提高汽车在不同地形环境下的行驶质量。
未来，随着新技术的发展，车辆系统动力学的研究将不断进步，为汽车的改进和开发提供可靠的技术支持。
从而，车辆系统动力学是一门跨学科领域的非常重要的研究领域，它不仅涉及传统的汽车工程学科，还涉及力学、控制、物理、流体、电子、计算机等学科，是一门复杂而又有应用前景的学科。
因此，车辆系统动力学是汽车研发、维护和诊断的重要基础，也是汽车系统安全、经济、高效运行的关键。
车辆系统动力学复习重点
车辆系统动⼒学复习重点1.系统动⼒学研究内容及发展趋势研究内容长期以来，⼈们⼀直在很⼤程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独⽴研究车辆动⼒学问题；⽽实际中的车辆同时会受到三个⽅向的输⼊，各⽅向所表现的运动响应特性必然是相互作⽤、相互耦合的.纵向动⼒学：纵向动⼒学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进⽅向的受⼒与其运动的关系。
按车辆⼯况的不同，可分为驱动动⼒学和制动动⼒学两⼤部分。
⾏驶动⼒学：主要是研究由路⾯的不平激励，通过悬架和轮胎垂向⼒引起的车⾝跳动和俯仰以及车辆的运动。
操纵动⼒学：主要研究车辆的操纵特性，主要与轮胎侧向⼒有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。
操纵动⼒学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度越⼩于0.4kg时，通常意味着车辆在⾼附着路⾯做⼩转向运动；⾮线性域：在超过线性域且⼩于极限侧向加速度（约为0.8kg）范围内；⾮线性联合⼯况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。
发展趋势：（1）车辆主动控制：ABS,TCS等逐步向车⾝侧倾控制，可切换阻尼的半主动悬架和四轮底盘控制系统的集成，转向等当⾯扩展。
通过控制算法、传感器技术和执⾏机构的开发实现的⾃动调节。
（2）车辆多体运动动⼒学：车辆的多刚体模型逐步向多柔体模型发型。
可以准确分析虚拟样机的性能，检查虚拟样机的缺陷从⽽缩短产品的设计周期，节约试制费⽤，同时提⾼物理样机与最终产品之间的相似性。
（3）“⼈—车—路”闭环系统：充分考虑驾驶员模型以及车辆本⾝的⼀些动⼒学问题来提⾼汽车稳定性。
2.轮胎滚动阻⼒概念及其分类：概念：当充⽓的轮胎在理想路⾯（通常指平坦的⼲、硬路⾯）上直线滚动时，其外缘中⼼对称⾯与车轮滚动⽅向⼀致，所受到的滚动⽅向相反的阻⼒。
分类：弹性迟滞阻⼒、摩擦阻⼒和风扇效应阻⼒。
3.什么是滚动阻⼒系数？影响因素有哪些？其值等于相应载荷作⽤下滚动阻⼒F R与车轮垂直载荷F X的⽐值。
影响因素：车轮载荷（反⽐）、胎压（反⽐）、车速（正⽐，先缓慢增加，再明显增加）、轮胎的结构设计、嵌⼊材料和橡胶混合物的选⽤。
汽车操纵动力学
汽车操纵动力学
汽车操纵动力学是一门研究汽车的性能表现和操纵技术的学科，它试图揭示驾驶员操纵车辆和车辆性能之间的不同部分之间的关系。
这个学科研究了汽车操纵时所需要的可视技术和力学系统。
它还研究了车辆操纵系统的性能，检测了不同类型车辆操纵系统的表现。
汽车操纵动力学是一门复杂而又广泛的学科，它结合了物理学、力学、机械学和经济学等诸多学科，以及汽车行业的最新技术，研究汽车操纵的动力学行为。
它既研究实验方法，又研究计算机仿真行为，对汽车操纵技术进行了深入的研究。
汽车操纵动力学研究了车辆在不同气候和道路条件下的性能。
车辆性能的方面包括转向、加速、制动和变速等。
汽车操纵动力学还研究了车辆的操纵结构，比如油门、刹车、转向、悬架等，以及汽车操纵的精度、灵敏度和稳定性等。
汽车操纵动力学研究了车辆的操纵系统的性能，比如刹车、悬架和转向等。
它还研究了车辆操纵系统的可靠性、耐用性和效率等性能。
它还研究了汽车操纵技术，比如驾驶员对车辆操纵的平衡能力，以及车辆操纵性能的检测和诊断技术等。
汽车操纵动力学是一门横跨多学科的学科，由现代汽车的发展，汽车操纵动力学也在持续发展。
它在汽车行业提供了重要的科学技术支持，有利于安全驾驶和更好的驾驶体验。
但同时，由于汽车操纵动力学研究内容的多样性，以及汽车系统复杂多变等因素，希望未来科学技术能更进一步发展汽车操纵动力学，提供更准确和实用的技术支
持，使车辆行驶安全可靠。
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述
绪篇概论和基础理论本篇首先介绍：1．车辆动力学的发展历史；2．车辆动力学理论对实际车辆设计所作的贡献；3．车辆动力学的研究内容和范围及其未来的发展趋势；4．介绍车辆动力学模型建立的基础理论和方法。
第一章车辆动力学概述§1-1 历史回顾车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。
有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可追溯到100年前。
事实上，直到20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester（兰切斯特）、美国的Olley（奥利尔）、法国的Broulhiet（勃劳希特）开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。
开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。
同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。
1．首先要肯定Frederick （费雷德里克）W．Lanchester对这门学科的早期发展所做的贡献。
在他所处的时代，尽管缺乏成熟的理论，但作为当时最杰出的工程师，他对车辆设计的见解不但敏锐，而且深刻。
即使在今天，Lanchester的思想仍有一定的借鉴意义。
2．对本学科发展有卓越贡献的人物是Maurice （莫里斯）Olley，他率先系统地提出了操纵动力学分析理论。
3．Olley这样总结了20世纪30年代早期的车辆设计状况：“那时，已经零星出现了一些尝试性的方法，其目的在于提高车辆的行驶性能，但实际上却几乎没有什么作用。
坐在后座的乘客仍然象压载物一般，被施加在后轮后上方的位置。
人们对车辆转向不稳定的表现已习以为常，而装有前制动器的前桥摆振几乎成为了汽车驾驶中的必然现象。
工程师使所有的单个部件都制作得精致完好，但将它们组装成整车时，却很少能得到令人满意的性能。
”就在这个时期，人们对行驶平顺性和操纵稳定性之间的重要协调关系开始有所认识。
但对车辆性能的评价，仍主要凭经验而非数学计算。
1932年，Olley在美国凯迪拉克(Cadillac)公司建立了著名的“K2”试验台(一个具有前、后活动质量的车架)，来研究前后悬架匹配及轴距对前后轮相位差的影响。
《车辆动力学 综述》
《车辆动力学综述》第一篇：车辆动力学综述车辆动力学综述人们常说控制一辆高速机动车的主要作用力产生于四块只有手掌般大小的区域——车轮与地面的接触区。
这种说法恰如其分。
对充气（橡胶）轮胎在路面生所产生的力和力矩的认识。
是了解公路车辆动力学的关键。
广义上，车辆动力学包括了各种运输工具——轮船、飞机、有轨车辆、还有橡胶轮胎车辆。
各种类型运输工具的动力学所包含的原理，各不相同并且十分广泛。
车辆动力学主要分为车辆系统动力学和车辆行驶动力学。
因为车辆性能——在加速、制动、转向和行驶过程中运动的表现——是施加在车辆上的力的响应。
，所以多是车辆动力学的研究必须涉及两个问题：怎样以及为什么会产生这些力。
在车辆上影响性能的主要作用力是地面对轮胎产生的反作用力。
因此，需要密切关注轮胎特性，这些特性有轮胎在各种不同工况下产生的力和力矩所表征。
研究轮胎性能。
而不彻底了解其在车辆中的重要意义，是不够的：反之亦然。
车辆系统动力学的研究的主要方向是如何提高车辆的平顺性、稳定性以及安全性。
主要将动力学原理用于车辆行驶系统的控制以及优化控制，包括轮胎、转向、悬架以及电控系统的分析研究，进而得到更优的力学特性。
1、悬架传统的被动悬架具有固定的悬架刚度和阻尼系数，设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折中。
被动悬架在设计和工艺上得到不断改善，实现低成本、高可靠性的目标，但无法解决平顺性和操纵稳定性之间的矛盾。
20世纪50年代产生了主动悬架的概念，这种悬架在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振阻尼器。
汽车悬架可分为被动悬架和主动悬架。
主动悬架根据控制方式，可分为半主动悬架、慢主动悬架和全主动悬架。
目前，主动悬架的研究主要集中在控制策略和执行器的研发两个方面。
图1所示为上述各种悬架系统的结构示意图，其中k代表悬架弹性元件刚度，代表轮胎等效刚度，c。
代表减振器阻尼，代表主动装置，代表非悬挂质量，代表悬挂质量。
（a）被动悬架（b）阻尼可测试半主动悬架（c）刚度可调式半主动悬架（d）慢主动悬架（e）全主动悬架图1各类悬架结构示意图（1）半主动悬架半主动悬架系统介于被动悬架系统和全主动悬架系统之间。
17车辆操纵动力学-07-驱动和制动时的车辆运动
式中，AlFf是转向时前轴的载荷转移；A1T是由驱动力/制动力引起
的前后轴之间的载荷转移；％是前轴的垂直载荷；M是轮胎和路面 之间的摩擦系数。
对于较小的纵向和侧向加速度情况，
dK{AWf dKf^w (2Xt\2 ~dWK^* fej
它们被视为相同数量级的微小量，并有
.r, 9K^Wf dK{
1 /2^f\2l
}
daT dThW dz 2K^
(7.26)
பைடு நூலகம்
-(
dat dX
i
2
ac
W
+
dar dz
lThW\ dKr Ke )dW
hWK扣 drK^K^
3.对稳定性因子的扩展
(7.27)
一旦给定了前、后轮的侧偏角和转向角，则前轮转角S与转向半
径P之间的关系则为
8« =—— I +fit -y3r + ar - afAy P
由上述分析可知，通过分别叠加左、右轮的侧偏刚度可以得到
前、后轴的等效侧偏刚度，即
2K；=Kn+KQ=2KB[l-^^-
(7-9)
2K；
(7. 10)
根据式(7.3)和式(7.4)，并对式(7.9)和式(7. 10)釆用与上述 相同的微小量假设，求得执和反如下:
202
第7章驱动和制动时的车辆运动
▲疋 Ll2X^v A ^2lKa l1+dW2Kf0 + 2 \^w} \7
v
h 1 丄办疋诚卜丄 / a«^2 _2l
叫 ^2M1+^^p+t(忑)叫
(7.9〇
(1 ~ac)lv 2K^2KAl~M~^+i
(7. 10，）
车辆动力学及控制技术
车辆动力学及控制技术车辆动力学是一门研究汽车运动状态的学科，掌握它可以提高汽车行驶的安全与舒适性。
在现代汽车技术中，控制技术的作用越来越重要，它能在很大程度上降低事故发生的概率。
因此，掌握车辆动力学及控制技术至关重要。
一、车辆动力学车辆是一个复杂的物体，为了掌握车辆动力学，需要先学习物理、力学和数学等基础学科。
车辆动力学运用牛顿的三大定律，分析车辆运动中的各种力的作用情况以及相互之间的关系。
这些力包括：重力、液体阻力、气流阻力、摩擦力等等。
除了车辆自身的运动状态，外部环境对车辆行驶也有很大的影响，如：路面状况和环境温度等。
所以，车辆动力学需要根据不同的环境自适应，对于特殊的情况，我们需要采取一些特殊的措施来防止车辆失控。
二、车辆控制技术在当今高科技和智能领域，随着车辆的智能化发展，车辆控制技术成为了汽车行业的一个重要方向。
车辆控制技术是一门跨学科的学科，涉及到计算机科学、自动化技术、机械工程、电子技术和通信技术等学科。
这些技术可以确保车辆在高速公路和其他道路上稳定行驶，可靠地获得能耗优化，提高燃油经济性和减少环境影响。
车辆控制技术的主要形式有车辆动态控制系统、自适应巡航控制系统、车身稳定控制系统等等。
其中，车辆动态控制系统包括牵引力控制和刹车力控制，主要用于提高行驶的性能和安全性；自适应巡航控制系统则是在保证安全的前提下，使车辆能够自动加速、减速和跟随其他车辆；车身稳定控制系统通过减小侧滑、过度转弯和侧翻风险等，提高汽车的安全性和耐久性。
三、车辆动力学与控制技术的发展趋势车辆动力学与控制技术是一门不断发展的学科，它在现代汽车工业中扮演着越来越重要的角色。
针对未来汽车智能化与环保的趋势，未来车辆动力学与控制技术的发展很可能呈现以下几个特点。
首先，车辆智能化和自主驾驶将成为车辆动力学与控制技术发展的重要趋势。
这将涉及到感知技术、决策技术和执行技术等方方面面。
其次，汽车的轻量化将是未来的主流方向，新型材料的出现将会降低车辆的重量，在保证质量的同时减少对环境带来的影响。
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系统的方程： M 1
频率响应分析
传递函数的形式：
Vr iVi Xv / f Dr iDi Rr iRi Xr / f Dr iDi
单位转向角引起的侧向 速度增益及相位移； 单位转向角引起的横摆 角速度增益和相位移
Xv / f
③ q 不再仅限于直角坐标、正交曲线坐标(如球坐标)，
在此为广义坐标。
④很多情况下，由拉格朗日方程得到的关于广义坐标的 运动微分方程是二阶非线性的，求解很困难。
采用拉格朗日方法推导
由于系统变量是速度而不是位移，需要特殊 形式的拉格朗日方程。
系统的动能和广义力：
2. 操纵特性分析
稳态响应分析：前进速度和转向角均为定值 稳定性分析：直线行驶条件下，车辆持续受到 小的干扰，使其偏离本身平衡状态的程度。 频率响应分析：车辆在转向角为正弦输入下的 响应
基本操纵模型
单轨操纵动力学模 型：不考虑轮胎的 左右载荷转移 坐标系： 车身上具 有加速度的随动坐 标系，
惯性参考基 G(g1,g2,g3),随动 坐标A（a1,a2,a3) 车辆的三个自由 度：前进速度u, 侧向速度v，横摆 角速度r
坐标系A与G的变换：
系统的运动方程：牛顿第二定律
r
u L
u/L 1 Ku 2
uch u
r
u/L 1 Ku 2
u L
ucr
u
r
K 0
K 0
K 0
ucr
uch ua
1. 基本操纵模型
最简单的车辆操纵模型：纵向运动，侧向运动和 横摆运动 轮胎纵向力：驾驶员通过加速踏板和变速机构 控制驱动力大小，通过制动系统来控制制动力； 轮胎侧向力：通过转向系统控制轮胎的侧向力
稳态响应的三种类型
中性转向 Neutral-Steering 不足转向 Under- Steering 过度转向 Over-Steering
中性转向 K 0
r
u L
r u L
u
当汽车以很低的速度和/或很大转 向半径行驶时，侧偏角很小，即
则有
L L u , R , r R L
V
1
FY 1
u1 x
u
L1
L2
L
FY 1 k11
FY 2 k 2 2
将前后侧偏角待遇汽车受力方程，得：
前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态 响应－－等速圆周运动
1 稳态响应的评价指标： 稳态横摆角速度增益或转向灵敏度
r S
m L1 L2 K 2( ) L k 2 k1
特征方程（特征根）
2 D S 0
特征方程的解有两种形式：（特征根）
1 i
2 i
只要有一个特征值的实部大于0，则系统不稳定，如 果只有一个（或一对，且均不能是重根）特征值的实 部等于0，其余特征值均小于0，则系统是李亚普诺 夫意义下稳定的。
稳定性分析
说明：
①拉格朗日方程是力学系统的基本运动方程。运动方程 在牛顿力学中为牛顿第二定律，在分析力学中为拉格 朗日方程。牛顿方程：矢量方程；拉格朗日方程：标 量方程。
②分析力学中，特征函数为拉格朗日函数；牛顿力学中，
特征函数为力。
)：标量函数 L T U L(q, q
给出力学体系的坐标和速度就能完全确定经典力学 体系的状态。
操纵特性分析
稳态响应分析：设动态项为0
横摆角速度稳态响应增益：
稳态横摆角速度和 侧向加速度分别为
该式适用于： 车速极低，且无侧偏角
转向曲率
不足转向参数：
稳定性分析：观察小干扰下的瞬态响应特性
无转向输入下系统的状态方程：
X AX 0
其解具有形式：
x x0et
特征方程（特征根）
特征根至原点的距 离表示系统无阻尼 固有频率； 特征根的虚部为阻 尼固有频率； 特征矢量与虚轴之 间夹角的正弦为阻 尼比
频率响应分析
转向输入下系统的状态方程：
X AX BU
系统的输入U： U U0eit 方程的解： x x0et 系统可表示为频域下的形式：
X ( A iI )1 BU H ()U
将轮胎的侧向力代入：
轮胎侧偏角：
系统的状态方程
拉格朗日方程
d (T U ) (T U ) 0 dt q q
T：系统的动能 U：系统的势能 qa：广义坐标
L T U
拉格朗日函数
d L L 0 ( 1, 2, ) dt q q
车辆动力学-操纵动力学
北京科技大学USTB
y
u u
y
V V
x
y
x u u
V
2
r 2
y
u
x
1
V
u2
FY 2
u
L1
x
FY 1
L2
L
沿ox轴速度分量的变化，可投影计算得（当角度很小时）
前后轮的侧偏角：
r
2 2
FY 2
y
u2
H为系统的传递矩阵
频率响应分析
系统的单输入： f f eit 侧向速度和横摆角速度：
v X veit
r X r eit
传递函数：
H v ( ) X v / f H ( ) X / H r ( ) r f M 2 X v C f / f X C / f M 3 M 4 r f
2 D S 0
稳定性分析：
李亚普诺夫稳定性 ：指对系统平衡状态为稳 定或不稳定所规定的标准。
李亚普诺夫意义下稳定性的含义 a 稳定 b 渐进稳定 c 不稳定
李亚普诺夫稳定性判定方法Fra bibliotek
解系统的微分方程式，然后根据解的性质来判 断系统的稳定性，或根据特征方程根的情况来 判定稳定性，。 对于系统来说，如果系统矩阵A的特征值全部 位于复平面的左半部，即系统矩阵特征值的实 部全部为负，则系统是稳定的； 只要有一个特征值的实部大于0，则系统不稳 定，如果只有一个（或一对，且均不能是重根） 特征值的实部等于0，其余特征值均小于0，则 系统是李亚普诺夫意义下稳定的。