lecture01汽车系统动力学基础.ppt

南昌大学机电工程学院 车辆工程技术研究中心 汽车系统动力学基础 一 汽车是一种复杂产品 为什么要研究汽车系统动力学 容量 210L 额定制热量 5320W 额定出水温度 55 最高出水温度 100 太阳光吸收率 95 二 我们期望汽车具有什么样的性能 怎样达到设计目标 为什么要研究汽车系统动力学 样机 控制 设计 性能优良的汽车 初步设计 试验评价 理论评价 计算理论 车辆系统动力学是基础 1 描述车辆的动力学性能 为什么要研究汽车系统动力学 三 研究车辆动力学 为车辆设计 控制服务 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 研究内容与评价指标 1 纵向动力学 3 横向 操纵 动力学 2 垂向 行驶 动力学 研究内容与评价指标 动力性 燃油经济性 安全性 制动 驱动 操纵稳定性 被动安全性 舒适性 平顺性 NVH 机动性 通过能力 可靠性 耐久性 多学科基础 轮胎力学 空气动力学 一般力学学体系 车辆动力学的建模方法及基础理论 一 牛顿矢量力学体系 式中 m 质点系总质量 r 质心位移 Fi 外力 式 1 式中 I 刚体绕某轴的转动惯量矩阵 刚体的角速度投影矩阵 M0 外力对于O点的主矩 式 2 牛顿第二定律 欧拉方程 车辆动力学的建模方法及基础理论 二 分析力学体系 式中 ET Ev ED 系统总动能 总势能 总耗散能 qi 描述系统的广义坐标 主变量 Qi 作用于系统的广义力 力或力矩 n 系统方程阶数 式 3 拉格朗日方程 虚功率原理 高斯原理 非完整系统动力学 车辆动力学的建模方法及基础理论 三 多体系统动力学 1 以经典力学为基础 3 由计算机建立动力学方程并进行求解 2 多刚体 柔体的运动 采用分布参数体系 4 ADAMS SIMAPCK等 轮胎的基本功能 决定一辆汽车如何转向 制动和加速的关键控制力产生于四块不大于人手掌大小的接触区 1 支撑垂直载荷 3 提供加速和制动所需的纵向力 4 提供转向所需的侧向力 2 缓冲路面引起的振动 冲击 轮胎模型 轮胎 纵向滑动率s 侧偏角 径向变形 车轮外侧角 车轮转速 横摆角 t 纵向力Fx 侧向力Fy 法向力Fz 侧倾力矩Mx 滚动阻力矩My 回正力矩Mz 轮胎运动参数 轮胎六分力 轮胎模型 一 轮胎运动参数 1 纵向滑移率s 表示车轮相对于纯滚动或纯滑动状态的偏离程度 它是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素 驱动时 制动时 滑转率 滑移率 式中 u 轮心前进速度 rd 车轮滚动半径 车轮角速度 轮胎模型 2 轮胎侧偏角 影响轮胎侧向力的一个重要因素 式中 u 轮心前进速度 v 车轮侧向速度 3 轮胎径向变形 无负载时的轮胎半径与负载时轮胎半径之差 式中 rt 无负载时的轮胎半径 rtf 负载时的轮胎半径 轮胎模型 二 三个比较权威的轮胎模型 试图完整描述轮胎力与运动参数之间的数学关系 揭示轮胎的本质特性 如 侧向力 侧偏刚度 侧偏角 1 幂指数统一轮胎模型 半经验模型 郭孔辉院士 2 魔术公式 轮胎模型 MagicFormulaTireModel 3 SWIFT轮胎模型 难以准确描述 实际中一般是查阅经验 试验 数据 这样做足够了 伯努利方程的含义 单位体积空气的总能量守恒 静压 动压 式中 P 气动压强 a 空气密度 v 空气流速 上部流速高 动压大 所以静压小 下部流速低 动压小 所以静压大 因此飞机能飞起来 车辆上的压力分布 车表空气压力分布图 试验法测得 车辆受到的空气升力和阻力 不同车辆形式的空气升力和阻力 车辆空气阻力系数CD SAEJ1594标准中定义了一个无量纲的空气阻力系数CD 式中 FD 空气阻力 NA 迎风面积 m2q 动压力 Pa 等于0 5 a v2 车辆空气阻力系数CD 现代轿车的空气阻力系数值 作用在车辆上的气动力和力矩 DirectionForceMomentLongitudinal x axis positiverearward DragRollingmomentLateral y axis positivetotheright SideforcePitchingmomentVertical z axis positiveupward LiftYawingmoment 车辆空气动力学的研究内容 1 通过车身外部造型 流体控制和内部流通管道的设计来 车辆的空气阻力 2 尽可能增加向下的气动压力来 轮胎附着性 同时 对轮胎侧偏力的影响 3 空气动力学试验 比例模型或全尺寸车辆 以及对试验结果的分析 4 研究空气动力学与底盘设计及车辆使用之间的