汽车系统动力学复习资料2

1、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t，则驱动力为则动力供求平衡式为 汽

2、车驱动力-行驶阻力平衡图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：，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Ft和常见行驶阻力FD和Ff 绘在同一张图上。1. 最大速度和部分负荷时的力平衡以及 uamax 和部分负荷时的等速；2. 加速能力；3. 最大爬坡度利用驱动力-行驶阻力平衡图确定汽车的爬坡能力其前提条件是路面良好，克服 Fw+Ff 后的全部力都用于克服坡道阻力，即 加速能

3、力它用aj,但aj不方便评价。通常用加速时间或加速距离来评价。由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求得加速时间或者加速距离。注意：1.手工计算时,一般忽略原地起步过程的离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽车已具备起步换档所需的最低车速。2.换档时刻的确定：若I-II加速度曲线相交，则规定在交点处换档；若I-II的加速度曲线不相交，则规定在发动机最高转速处换档；换档时间一般忽略不计（正态分布t=0.20.4s)。3.计算加速时间的用途：确定汽车加速能力；传动系最佳匹配；合理选择发动机的排量。传动系统设计方案的影响1.除行驶阻力和发动机特性的影响外，传动系统设计方

4、案和控制策略对车辆的动力性也有显著影响。2.必须对每个档位下的加速能力和爬坡能力逐一进行校核。3.由于CVT可以根据所需的功率任意选择发动机的工作点，采用合理的控制策略，可使发动机始终工作在最大输出功率的工况下，从而使车辆总可以获得最佳的爬坡性能和加速性能。总制动力和制动潜力若制动减速度为 ，则所需的制动力Fb为 采用电涡流缓速器和发动机制动的车辆下坡行驶稳定性燃油经济性汽车燃油经济性：指汽车以最少的燃油消耗完成单位运输工作量的能力，它是汽车使用的主要性能之一；在保证动力性的条件下，以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力。汽车发动机的燃油经济性：通常由有效燃油消耗率be(ge) 或有效效率e 来评

5、价。因其不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况及行驶条件的影响，所以，它不能直接用于评价整车的燃油经济性。评价指标 常选取单位行程的燃油消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃油消耗量，即L/100tkm、L/kpkm。前者用于比较相同容量的汽车燃油经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃油经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃油经济性。其数值越大，汽车燃油经济性越差。汽车燃油经济性也可用单位量燃油消耗汽车所行驶的里程，即km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃油能行驶的英里数，即MPG或mile/USgal。其数值

6、越大，汽车燃油经济性越好。汽车燃油经济性试验方法 测定汽车燃油经济性的试验方法有多种。根据对各种使用因素的控制程度，试验方法可分为以下几类：不加控制的道路试验；控制的道路试验；道路循环试验(包括等速油耗、加速油耗、制动油耗、怠速油耗等)；在室内实验，如汽车底盘测功机(即转鼓试验台)上的循环试验。燃油消耗量计算（1）绘制发动机万有特性图（2）车辆在水平路面相对于风速uw以速度u匀速行驶，所需的驱动力（3）若考虑转矩损失，则所需发动机转矩为（4）所需的发动机缸内平均有效压力pme（5） 由车辆行驶速度u求得发动机转速ne为 （6）根据发动机万有特性图即可确定发动机相应的工况，得到该工况下的燃油消耗

7、率，根据所需的功率及燃油密度，得到 瞬时燃油消耗量 里程燃油消耗量减少油耗的途径可以从以下几方面找出减少油耗的途径（1）交通管理因素（2）车辆行驶阻力因素（3）尽可能地降低附属设备（空调、动力转向等）的消耗（4）提高传动效率驱动与附着极限和驱动效率车辆所受的垂向力静载、动载、坡道分量、空气动力学分量车辆所受的垂向力车辆所受的纵向力前后轴的附着力由路面附着限制的加速或爬坡能力驱动效率制动性汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。制动性是汽车主动安全性的重要评价指标。制动性的评价指标包括：制动效能制动距离与制动减速度；制动效能恒定性；制动时

8、方向稳定性。制动效能即制动距离和制动减速度。影响制动距离的因素：路面条件、载荷条件、制动初速度。制动效能的恒定性即抗热衰退性能。制动时汽车的方向稳定性：制动时汽车按给定路径行驶的能力。即在制动中不发生跑偏、侧滑或失去转向能力的性能。制动强度附着率制动效率直线制动动力学分析理想制动力分配 制动稳定性分析前轮和后轮先报死时的运动车辆情况（如上图）1）制动过程中，如果只有前轮抱死或前轮先抱死拖滑，汽车基本上沿直线向前行驶，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力； 2）若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑，路面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧

9、烈。转弯制动动力学分析制动力控制系统固定的制动力分配系统制动力调节系统制动过程的三种可能1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；稳定工况，但丧失转向能力，附着条件没有充分利用。 2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑；后轴可能出现侧滑，不稳定工况，附着利用率低。 3）前、后轮同时抱死拖滑；可以避免后轴侧滑，附着条件利用较好。前、后制动器制动力的分配比例，将影响制动时前后轮的抱死顺序，从而影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度。理想的前后制动器制动力分配曲线“理想”的条件是：前后车轮同时抱死。I 曲线：在各种附着系数的路面上制动时，要使前、后车轮同时抱死，前、后轮制动器制动力应满足的关系曲线。

10、1.解析法确定 I 曲线由理想的条件可得消去变量作图法确定 I 曲线1）按照 作图，得到一组等间隔的45平行线。线上任何一点都有以下特点：这组线称为“等制动减速度线组”。2）按 作射线束具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数1.线制动器制动力分配系数：前、后制动器制动力之比为固定值时，前轮制动器制动力与汽车总制动器制动力之比。线：实际前、后制动器制动力分配线。具有变化值的前、后制动器制动力的分配特性通过使用比例阀或载荷比例阀等制动力调节装置，根据制动强度、载荷等因素，改变前、后制动器制动力的比值，使之接近于理想制动力分配曲线，满足制动法规的要求。制动力分配曲线的设计兼顾制动稳定性和最短

11、制动距离但优先稳定性的原则。转折点的选择一般低于 I 曲线。防抱制动装置在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离的安全装置。1.ABS系统的组成 2.ABS的液压原理3.ABS单轮模型为了分析方便，假设1）车轮抱死过程很快，忽略车速的降低。2）车轮的载荷是一个常数，FZ=mg 。3）附着力滑移曲线可以用两直线段来近似，即4）制动力矩是时间的线性函数。设车轮制动器的制动效能为Kef，制动轮缸的压力 = p0t，p0液压增长斜率。制动器的制动力矩 Fs轮缸面积；rk制动器摩擦力的等效作用半径。4.求解微分方程1）当 2）当 5.制动抱死过程制动滑移率S 制动

12、滑移率；v 车辆行驶速度；vR 车轮圆周速度；r 车轮动力半径； 车轮角速度。 制动滑移率与车轮运动状态的关系S纯滚动 S边滚动边滑动 S纯滑动结论：滑移率描述了制动过程中车轮滑移的程度，滑移率值越大，表明滑移越严重。 最佳滑移率范围车辆的制动性能与轮胎的附着性能密切相关；轮胎的附着性能与轮胎的滑移率密切相关；附着力滑移率特性曲线与路况、行驶工况密切相关；最佳滑移率范围：0.10.3；制动时的最差状况：轮胎抱死。防抱死制动控制ABS的基本组成和工作原理由传感器、电子控制元件（ECU）和执行器三部分组成。ABS的控制技术ABS的布置及通道、ABS控制方式、ABS控制方法、ABS控制过程 ABS的

13、布置及通道四通道式、三通道式、双通道式、单通道式ABS的布置及通道：四通道式 ABS的布置及通道：三通道式 ABS的布置及通道：二通道式 ABS的布置及通道：单通道式 ABS控制方式独立控制、低选择控制、高选择控制、修正的独立控制、智能选择控制 ABS控制方式：独立控制 控制方式：每个车轮都有专用通道，一个轮速传感器对应一个压力控制阀。 优点：每个车轮的附着系数利用率达到最大值，以获得最佳制动效果，Þ 制动距离短！ 缺点：对不对称路面，由于附着系数不同，左右轮产生的路面制动力不同，导致车辆产生附加的横摆力矩，使车辆难以控制，Þ操纵性和方向稳定性不太好！ABS控制方式：低选择

14、控制 控制方式：一个车桥上的两个车轮由一条通道控制，即两个轮速传感器对应一个压力控制阀，制动压力取决于预先抱死车轮的状态，对于不对称路面，选择附着系数较低的一侧车轮； 优点：左右车轮产生的制动力相同，减少或消除了横摆和转向力矩；Þ 操纵性和方向稳定性好！ 缺点：附着系数较高的一侧车轮的附着系数得不到充分利用。Þ制动距离加大！ABS控制方式：高选择控制 控制方式：一个车桥上的两个车轮由一条通道控制，即两个轮速传感器对应一个压力控制阀，制动压力取决于后抱死车轮的状态，对于不对称路面，选择附着系数较高的一侧车轮进行控制； 优点：附着系数得到充分利用；Þ制动距离短！ 缺点

15、：对于附着系数不对称的路面，该控制方式会产生附加的横摆力矩。Þ降低制动时的方向稳定性！修正的独立控制 控制方式：和独立控制一样，每个轮速传感器对应一个压力控制阀。具体控制方式是，对一个车桥上的左右轮中附着系数低的一侧车轮用独立控制，附着系数高的另一侧按一定的比例以低于最大附着系数利用率进行控制，或者使其控制压力的建立时间推后一段。优点：综合了独立控制和低选择控制的优点；Þ制动距离较短！方向稳定性较好！智能选择控制控制方式：一个车桥上的两个车轮由一条通道控制，即两个轮速传感器对应一个压力控制阀。 左右轮附着系数相同: 低选择控制 左右轮附着系数不同: 当附着力低的一侧其附着系

16、数相对较高时，用低选择控制；而其附着系数相对较低时，选择系统趋向于高选择控制。三通道四传感器 四个轮速传感器、三个制动压力调节器，前轮独立控制，后轮按低选择方式控制三通道三传感器 三个轮速传感器、三个制动压力调节器，前轮独立控制，后轮按低选择方式控制四通道四传感器 四个轮速传感器、四个制动压力调节器，对各个车轮进行独立控制。ABS控制方法逻辑门限值控制、PID控制、模糊控制逻辑门限值控制d/dt<an 减压；d/dt>ap 保压，上一个是减压过程；d/dt<<ap 增压，上一个是保压过程An-角减速度门限值；Ap-角加速度门限值。 驱动防滑转（ASR）系统一、概述1.

17、什么是ASR ASR是驱动防滑转系统（Acceleration Slip Regulation）的简称，也称为牵引力控制系统（Traction Control System），简称为TCS或TRC。2. ASR的功用 驱动防滑转系统能在车轮开始滑转时，降低发动机的输出转矩，同时控制制动系统，以降低传递给驱动车轮的转矩，使之达到合适的驱动力，使汽车的起步和加速达到快速而稳定的效果。3. 滑转率及其与附着系数的关系1) 滑转率SA：滑转成分在车轮纵向运动中所占的比例。 SA=(r-)/r×100%式中：SA车轮的滑转率；r 车轮滚动半径； 车轮旋转角速度； 车轮中心的纵向速度。SA=0，

18、纯滚动； SA=100%，纯滑转；0<SA<100%，边滚动边滑转。2) 与汽车在制动过程中的滑移率相同，在汽车的驱动过程中，车轮与路面间的附着系数的大小随着滑转率的变化而变化。滑转率及其与附着系数的关系二、ASR的控制原理1) 发动机输出功率（输出转矩）控制调整供油量：减少或中断供油；调整点火时间：减小点火提前角或停止点火；调整进气量：减小节气门的开度；2) 对驱动轮进行制动控制在发生打滑的驱动轮上施加制动力矩，使车轮转速下降，把滑转率控制在理想的范围内该调节控制方式反应时间短，是防止滑转的最迅速的一种方式。但在车轮速度较高的情况下，制动控制方式会影响汽车行驶的舒适性，稳定性在高

19、速的时候，作为发动机调节输出转矩控制的补充方式3) 差速器锁止控制路面两侧附着系数差别较大，低附着一侧车轮打滑时，一定程度地锁止差速器，使高附一侧驱动轮的驱动力得以充分发挥。4) 离合器、变速器换档修正发现车辆驱动轮发生过度滑转时，减弱离合器的结合程度，减小传递至驱动轮的转矩通过改变传动比，改变传递至驱动轮的转矩车辆稳定性控制系统ESP概述出现背景 “麋鹿试验”：在躲避突然出现在公路上的动物（如瑞典北部山路上常出现的麋鹿）或障碍物、路况突变等情形时，这种不制动高速躲避拐弯操作易引起车辆操纵失控。 车辆状态： ABS、TCS不工作；可能出现侧滑、不足或过度转向； 可采取措施：主动转向技术、制动/

20、驱动主动控制技术等。 最有效措施：主动制动的横摆控制ESP。常见称谓： DSC-Dynamic Stability Control；Mazda ESC-Electronic Stability Control；Honda ESP-Electronic Stability Programme；Audi VDC-Vehicle Dynamic Control；Nissan VSA-Vehicle Stability Assist；Hyundai VSC-Vehicle Stability Control；Toyota事故统计：梅赛德斯.奔驰公司：ESP被作为奔驰乘用车标准配置后，2000/2001

21、年度奔驰乘用车的事故率比1999/2000年度下降15%；瑞典国家公路管理局的Claes Tingvall研究了20002002年瑞典的交通事故数据发现：在湿滑路面上，ESP使汽车交通事故率降低了23.4%31.5%；在冰雪路面上，ESP使汽车交通事故率降低了26.1%38.2%；2003年日本Masami Aga和AkioOkada：通过研究日本交通事故综合分析中心的三款Toyota轿车五年事故数据发现：ESP能够降低汽车35%的单车事故率、30%的正面碰撞事故及15%的致命事故；美国高速公路安全管理署（NHTSA）在分析美国七个州1997年到2004年的交通事故数据发现：ESP可以减少34

22、%乘用车单车事故以及59%的SUV单车事故； 安装ESP后轿车单车致命事故下降3050%、SUV类事故降低5070%！装配情况2007年欧洲新乘用车ESP装备率约50%、日本为33%、韩国为11%、美国为56%、中国为3%；在美国，根据NHSTA的要求：2009年9月2010年8月ESP装车率达到75%；2010年9月到2011年8月ESP装车率要达到95%；福特汽车公司宣布该公司将在2009年底前在所有新车上安装电子稳定控制系统；通用汽车公司宣布计划在2010年之前将电子稳定性控制系统作为所有车型的标准配置；欧盟提议2012年所有新车型及2014年所有车都将强制安装ESP； ESP发展历史1

23、992年BMW公司和Bosch公司合作，在ABS/ASR的基础上开发了汽车稳定性控制系统（DSC），应用于BMW850Ci轿车上。1995年，ESP批量装备于奔驰S600上以及S-Class上。1996年BMW公司和Bosch公司合作推出了第三代DSC，1999年奔驰将ESP作为其轿车的标准配置；2002年博世开发出ESP8系列（重量4.3kg、控制器内存56kB）；2005年开始生产升级版（ESP plus，重量2.3kg、控制器内存768kB）；2006年开发出至尊般（ESP premium）；计划2011年开发出ESP9系统（重量减少15%、控制器内存达2MB）。国外：博世、德国大陆（C

24、ontinental Teves）、日本电装、ADVICS、韩国万都、美国德尔福；国内：吉林大学、清华大学、同济大学等的理论及试验研究。 基本组成：1.带有ECU液压调节器；2.轮速传感器；3.方向盘转角传感器；4.侧向加速度传感器5.横摆角速度传感器；6. 发动机管理系统。 液压调节器是ESP控制系统的主要执行机构，为了提高响应速度，比ABS/TCS液压调节器多了预压泵（Precharge Pump）和压力生成器（Pressure Generator）。基本原理： 通过外围的传感器收集方向盘的转角、侧向加速度、横摆角速度、节气门开度等信息，ECU根据这些信息，通过计算后判断汽车要正常安全行驶和驾驶者操纵汽车意图的差距，然后由ECU发出指令，调整发动机的转速和车轮上的制动力，修正汽车的过度转向或不足转向，从而保证汽车的行驶安全。不足转向：当控制系统认为出现不足转向时，对位于弯道内侧的后轮实施瞬时制动，于是也产生一个与横摆方向相同的横摆力矩。 此外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素： 制动引起的车速降低；由于差速器的作用，对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速，即