《汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（23頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、Lecture01: Basis of Vehicle System Dynamics,SUBTITLES,概 述,充氣輪胎動(dòng)力學(xué),空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),一 般 力 學(xué),復(fù) 習(xí) 題,主講： 王文林 教授,,南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,,,------,車輛工程技術(shù)研究中心,汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),一,.,汽車是一種復(fù)雜產(chǎn)品,為什么要研究汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)？,容量：,210L,額定制熱量：,5320W,額定出水溫度：,55℃,最高出水溫度：,100,℃,太陽光吸收率：,95%,,？,二,.,我們期望汽車具有什么樣的性能？,怎樣達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)？,為什么要研究汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)？,樣

2、 機(jī),控 制,設(shè) 計(jì),性能優(yōu)良的,,汽車,初步設(shè)計(jì),試驗(yàn)評(píng)價(jià),理論評(píng)價(jià),計(jì)算理論,車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是基礎(chǔ)！,1,、描述車輛的動(dòng)力學(xué)性能。,為什么要研究汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)？,三、研究車輛動(dòng)力學(xué)，為車輛設(shè)計(jì)、控制服務(wù)：,2,、預(yù)測(cè)車輛性能并由此產(chǎn)生一個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案。,3,、解釋現(xiàn)有設(shè)計(jì)中存在的問題，并找出解決方案。,研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo),1,、縱向動(dòng)力學(xué),,3,、橫向,(,操縱,),動(dòng)力學(xué),,2,、垂向,(,行駛,),動(dòng)力學(xué),,研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo),動(dòng)力性、,,燃油經(jīng)濟(jì)性,安全性：,制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、,,操縱穩(wěn)定性、被動(dòng)安全性,舒適性：,,平順性、,NVH,機(jī)動(dòng)性：,,通過能力,可靠性、耐久性,多學(xué)科基礎(chǔ),輪胎

3、力學(xué),空氣動(dòng)力學(xué),一般力學(xué),,學(xué)體系,車輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論,一、牛頓矢量力學(xué)體系：,式中：,m,-----,質(zhì)點(diǎn)系總質(zhì)量；,,,r -----,質(zhì)心位移；,,,F,i,-----,外力。,式,(1),式中：,I,-----,剛體繞某軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣；,,,ω,-----,剛體的角速度投影矩陣；,,,M,0,-----,外力對(duì)于,O,點(diǎn)的主矩。,式,(2),牛頓第二定律,,歐拉方程,,車輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論,二、分析力學(xué)體系：,式中：,E,T,,、,E,v,,、,E,D,-----,系統(tǒng)總動(dòng)能、總勢(shì)能、總耗散能；,,,q,i,-----,描述系統(tǒng)的廣義坐標(biāo),(,主變量,),

4、；,,,Q,i,-----,作用于系統(tǒng)的廣義力,(,力或力矩,),；,,,n,-----,系統(tǒng)方程階數(shù) 。,式,(3),拉格朗日方程,,虛功率原理,,高斯原理,,非完整系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),車輛動(dòng)力學(xué)的建模方法及基礎(chǔ)理論,三、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),1,、以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)。,3,、由計(jì)算機(jī)建立動(dòng)力學(xué)方程并進(jìn)行求解。,2,、多剛體、柔體的運(yùn)動(dòng)；采用分布參數(shù)體系。,4,、,ADAMS,、,SIMAPCK,等。,輪胎的基本功能,決定一輛汽車如何轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和加速的關(guān)鍵控制力產(chǎn)生于四塊不大于人手掌大小的接觸區(qū)。,1,、支撐垂直載荷。,3,、提供加速和制動(dòng)所需的,縱向力,。,4,、提供轉(zhuǎn)向所需的,側(cè)向力,。,2,、緩沖路面

5、引起的振動(dòng)、沖擊。,輪胎模型,輪胎,縱向滑動(dòng)率,s,,側(cè)偏角,α,,徑向變形,ρ,車輪外側(cè)角,γ,車輪轉(zhuǎn)速,ω,橫擺角,βt,縱向力,Fx,,側(cè)向力,Fy,,法向力,Fz,,側(cè)傾力矩,Mx,,滾動(dòng)阻力矩,My,,回正力矩,Mz,輪胎運(yùn)動(dòng)參數(shù),輪胎六分力,輪胎模型,一、輪胎運(yùn)動(dòng)參數(shù),1,、縱向滑移率,s,,：,表示車輪相對(duì)于,純滾動(dòng),或,純滑動(dòng),狀態(tài)的偏離程度。它是影響輪胎產(chǎn)生縱向力的一個(gè)重要因素。,驅(qū)動(dòng)時(shí)：,制動(dòng)時(shí)：,滑轉(zhuǎn)率,滑移率,式中：,u,ω,,-----,輪心前進(jìn)速度；,,,r,d,-----,車輪滾動(dòng)半徑；,,,ω,,-----,車輪角速度。,輪胎模型,2,、輪胎側(cè)偏角,α,,：,影

6、響輪胎側(cè)向力的一個(gè)重要因素。,式中：,u,ω,,-----,輪心前進(jìn)速度；,,,v,ω,,-----,車輪側(cè)向速度。,3,、輪胎徑向變形,ρ,,：,無負(fù)載時(shí)的輪胎半徑與負(fù)載時(shí)輪胎半徑之差。,式中：,r,t,,-----,無負(fù)載時(shí)的輪胎半徑,；,,,r,tf,,-----,負(fù)載時(shí)的輪胎半徑,。,輪胎模型,二、三個(gè)比較權(quán)威的輪胎模型,試圖完整描述,輪胎力,與,運(yùn)動(dòng)參數(shù),之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，揭示輪胎的本質(zhì)特性。如：側(cè)向力,=,側(cè)偏剛度*側(cè)偏角,1,、冪指數(shù)統(tǒng)一輪胎模型,(,半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?)—,郭孔輝院士。,2,、“魔術(shù)公式,”,輪胎模型,(,Magic Formula Tire Model,),。,3,、

7、,SWIFT,輪胎模型。,難以準(zhǔn)確描述！實(shí)際中一般是查閱經(jīng)驗(yàn),(,試驗(yàn),),數(shù)據(jù)。,這樣做足夠了！,伯努利方程的含義,單位體積空氣的,總能量守恒：,靜壓,動(dòng)壓,式中：,P,,-----,氣動(dòng)壓強(qiáng)；,,,ρa(bǔ),,-----,空氣密度；,,,v,,-----,空氣流速。,上部流速高，動(dòng)壓大，所以靜壓小。,下部流速低，動(dòng)壓小，所以靜壓大。,因此飛機(jī)能飛起來！,車輛上的壓力分布,車表空氣壓力分布圖,(,試驗(yàn)法測(cè)得,),車輛受到的空氣升力和阻力,不同車輛形式的空氣升力和阻力,車輛空氣阻力系數(shù),C,D,,SAEJ1594,標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)無量綱的空氣阻力系數(shù),C,D,。,式中：,F,D,,-----,空氣

8、阻力，,N,,,A,,-----,迎風(fēng)面積，,m,2,,,q,,-----,動(dòng)壓力，,Pa,，等于,0.5,ρ,a,*,v,2,車輛空氣阻力系數(shù),C,D,車型,C,D,迎風(fēng)面積,A /m,2,C,D,*A /m,2,雪鐵龍,2CV,0.51,1.65,0.85,大眾,Beetle,0.48,1.80,0.87,大眾,Polo,0.32,1.90,0.61,大眾,Golf,Ⅲ,0.30,1.99,0.60,福特,Mondeo,0.32,2.00,0.64,寶馬,5series(E39),0.27,2.17,0.59,奔馳,-class,0.31,2.38,0.74,歐寶,Calibra,0.

9、26,1.90,0.49,現(xiàn)代轎車的空氣阻力系數(shù)值,作用在車輛上的氣動(dòng)力和力矩,Direction,,Force,,Moment,,Longitudinal (x-axis, positive rearward) Drag Rolling moment,,Lateral (y-axis, positive to the right),Sideforce,Pitching moment,,Vertical (z-axis, positive upward) Lift Yawing moment,車輛空氣動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容,1,、通過車身外部造型、流體控制和內(nèi)部流通管道的設(shè)計(jì)來,↓,車輛的空氣阻力。,2,、盡可能增加向下的氣動(dòng)壓力來,↑,輪胎附著性，同時(shí),↓,對(duì)輪胎側(cè)偏力的影響。,3,、空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn),(,比例模型或全尺寸車輛,),，以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析。,4,、研究空氣動(dòng)力學(xué)與底盤設(shè)計(jì)及車輛使用之間的關(guān)系與影響。,復(fù)習(xí)題,1,．為什么要研究汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),?,,2,．你能說出多少對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的參數(shù)？,,,3,、汽車輪胎的作用是什么？,,4,、試用公式說明汽車輪胎滑動(dòng)率的物理意義。,,5,、試用公式說明汽車的空氣阻力系數(shù)。,