lecture01汽車系統(tǒng)動力學基礎(chǔ).ppt

南昌大學機電工程學院 車輛工程技術(shù)研究中心 汽車系統(tǒng)動力學基礎(chǔ) 一 汽車是一種復(fù)雜產(chǎn)品 為什么要研究汽車系統(tǒng)動力學 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 怎樣達到設(shè)計目標 為什么要研究汽車系統(tǒng)動力學 樣機 控制 設(shè)計 性能優(yōu)良的汽車 初步設(shè)計 試驗評價 理論評價 計算理論 車輛系統(tǒng)動力學是基礎(chǔ) 1 描述車輛的動力學性能 為什么要研究汽車系統(tǒng)動力學 三 研究車輛動力學 為車輛設(shè)計 控制服務(wù) 2 預(yù)測車輛性能并由此產(chǎn)生一個最佳設(shè)計方案 3 解釋現(xiàn)有設(shè)計中存在的問題 并找出解決方案 研究內(nèi)容與評價指標 1 縱向動力學 3 橫向 操縱 動力學 2 垂向 行駛 動力學 研究內(nèi)容與評價指標 動力性 燃油經(jīng)濟性 安全性 制動 驅(qū)動 操縱穩(wěn)定性 被動安全性 舒適性 平順性 NVH 機動性 通過能力 可靠性 耐久性 多學科基礎(chǔ) 輪胎力學 空氣動力學 一般力學學體系 車輛動力學的建模方法及基礎(chǔ)理論 一 牛頓矢量力學體系 式中 m 質(zhì)點系總質(zhì)量 r 質(zhì)心位移 Fi 外力 式 1 式中 I 剛體繞某軸的轉(zhuǎn)動慣量矩陣 剛體的角速度投影矩陣 M0 外力對于O點的主矩 式 2 牛頓第二定律 歐拉方程 車輛動力學的建模方法及基礎(chǔ)理論 二 分析力學體系 式中 ET Ev ED 系統(tǒng)總動能 總勢能 總耗散能 qi 描述系統(tǒng)的廣義坐標 主變量 Qi 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)動力學 車輛動力學的建模方法及基礎(chǔ)理論 三 多體系統(tǒng)動力學 1 以經(jīng)典力學為基礎(chǔ) 3 由計算機建立動力學方程并進行求解 2 多剛體 柔體的運動 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 提供加速和制動所需的縱向力 4 提供轉(zhuǎn)向所需的側(cè)向力 2 緩沖路面引起的振動 沖擊 輪胎模型 輪胎 縱向滑動率s 側(cè)偏角 徑向變形 車輪外側(cè)角 車輪轉(zhuǎn)速 橫擺角 t 縱向力Fx 側(cè)向力Fy 法向力Fz 側(cè)傾力矩Mx 滾動阻力矩My 回正力矩Mz 輪胎運動參數(shù) 輪胎六分力 輪胎模型 一 輪胎運動參數(shù) 1 縱向滑移率s 表示車輪相對于純滾動或純滑動狀態(tài)的偏離程度 它是影響輪胎產(chǎn)生縱向力的一個重要因素 驅(qū)動時 制動時 滑轉(zhuǎn)率 滑移率 式中 u 輪心前進速度 rd 車輪滾動半徑 車輪角速度 輪胎模型 2 輪胎側(cè)偏角 影響輪胎側(cè)向力的一個重要因素 式中 u 輪心前進速度 v 車輪側(cè)向速度 3 輪胎徑向變形 無負載時的輪胎半徑與負載時輪胎半徑之差 式中 rt 無負載時的輪胎半徑 rtf 負載時的輪胎半徑 輪胎模型 二 三個比較權(quán)威的輪胎模型 試圖完整描述輪胎力與運動參數(shù)之間的數(shù)學關(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?zāi)Ｐ?郭孔輝院士 2 魔術(shù)公式 輪胎模型 MagicFormulaTireModel 3 SWIFT輪胎模型 難以準確描述 實際中一般是查閱經(jīng)驗 試驗 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 動壓 式中 P 氣動壓強 a 空氣密度 v 空氣流速 上部流速高 動壓大 所以靜壓小 下部流速低 動壓小 所以靜壓大 因此飛機能飛起來 車輛上的壓力分布 車表空氣壓力分布圖 試驗法測得 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)CD SAEJ1594標準中定義了一個無量綱的空氣阻力系數(shù)CD 式中 FD 空氣阻力 NA 迎風面積 m2q 動壓力 Pa 等于0 5 a v2 車輛空氣阻力系數(shù)CD 現(xiàn)代轎車的空氣阻力系數(shù)值 作用在車輛上的氣動力和力矩 DirectionForceMomentLongitudinal x axis positiverearward DragRollingmomentLateral y axis positivetotheright SideforcePitchingmomentVertical z axis positiveupward LiftYawingmoment 車輛空氣動力學的研究內(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)計來 車輛的空氣阻力 2 盡可能增加向下的氣動壓力來 輪胎附著性 同時 對輪胎側(cè)偏力的影響 3 空氣動力學試驗 比例模型或全尺寸車輛 以及對試驗結(jié)果的分析 4 研究空氣動力學與底盤設(shè)計及車輛使用之間的