汽车系统动力学与仿真ppt课件.ppt
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1、 第第 1 页页汽车系统动力学与仿真汽车系统动力学与仿真2014年年12月月 第第 2 页页第第1章章 绪论绪论第第2章章 轮胎动力学与仿真轮胎动力学与仿真第第3章章 汽车驱动动力学与仿真汽车驱动动力学与仿真第第4章章 汽车制动动力学与仿真汽车制动动力学与仿真第第5章章 汽车操纵动力学与仿真汽车操纵动力学与仿真第第6章章 汽车行驶动力学与仿真汽车行驶动力学与仿真 第第 3 页页1.喻凡,林逸喻凡,林逸.汽车系统动力学汽车系统动力学.机械工业护板社机械工业护板社2.崔胜民崔胜民.汽车系统动力学与仿真汽车系统动力学与仿真.北京大学出版社北京大学出版社3.李增刚李增刚.ADAMS入门详解与实例(第入
2、门详解与实例(第2版)版).国防工国防工业出版社业出版社4.肖启瑞肖启瑞,樊明明樊明明等等 (车辆工程仿真与分析车辆工程仿真与分析:基于基于MATLAB的实现的实现 ,机械工业出版社,机械工业出版社 第第 4 页页1.1 汽车系统动力学的发展概况汽车系统动力学的发展概况1.2 汽车系统动力学的研究内容汽车系统动力学的研究内容1.3 MATLAB软件简介软件简介1.4 ADAMS软件简介软件简介 第第 5 页页 第第 6 页页 第第 7 页页汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科,它涉及到力学、仿真技术、控制技术、测试学科,它涉及到力学、仿真
3、技术、控制技术、测试技术等,是一门相当复杂的学科。汽车系统动力学技术等,是一门相当复杂的学科。汽车系统动力学就是把汽车看作为一个动态系统,对其行为进行研就是把汽车看作为一个动态系统,对其行为进行研究,讨论其模型和响应、控制和仿真等。汽车系统究,讨论其模型和响应、控制和仿真等。汽车系统动力学是随着汽车技术的发展而不断发展的,它是动力学是随着汽车技术的发展而不断发展的,它是由经典动力学向系统动力学发展的。由经典动力学向系统动力学发展的。 第第 8 页页汽车动力学的发展可以分为汽车动力学的发展可以分为4个阶段。第个阶段。第1阶段是从阶段是从20世纪世纪初到初到30年代初期,其主要贡献是对汽车动力学有
4、了初步认识。年代初期,其主要贡献是对汽车动力学有了初步认识。当时最具代表性的汽车是美国生产的福特当时最具代表性的汽车是美国生产的福特T型车。福特型车。福特T型车型车在行驶过程中,出现振动颠簸和前轮摆振等现象,这是人们在行驶过程中,出现振动颠簸和前轮摆振等现象,这是人们最早对汽车动力学的认识。在这期间,人们认识到乘坐舒适最早对汽车动力学的认识。在这期间,人们认识到乘坐舒适性是汽车的重要性能,开始研究悬架系统和转向系统等。为性是汽车的重要性能,开始研究悬架系统和转向系统等。为了研究汽车悬架系统,了研究汽车悬架系统,1932年,美国凯迪拉克公司建立了著年,美国凯迪拉克公司建立了著名的名的“K2”试验
5、台(一个具有前、后活动质量的车架),来研试验台(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。该试验台没究前后悬架匹配及轴距对前后轮相位差的影响。该试验台没有测试仪器,完全靠感觉进行主观评判。有测试仪器,完全靠感觉进行主观评判。 第第 9 页页第第2阶段是从阶段是从20世纪世纪30年代初到年代初到50年代初期,其主年代初期,其主要贡献是汽车动力学理论初步形成。人们认识到轮胎要贡献是汽车动力学理论初步形成。人们认识到轮胎是影响汽车性能的重要因素之一,开始对轮胎力学性是影响汽车性能的重要因素之一,开始对轮胎力学性能进行研究,给出了轮胎侧偏角的概念;定义了不足能进行研
6、究,给出了轮胎侧偏角的概念;定义了不足转向和过度转向,对汽车的稳态转向特性开始研究,转向和过度转向,对汽车的稳态转向特性开始研究,建立了两自由度操纵动力学方程;对汽车行驶平顺性建立了两自由度操纵动力学方程;对汽车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。这和操纵稳定性之间的重要协调关系开始有所认识。这一阶段建立的汽车动力学理论仍然是现代汽车理论的一阶段建立的汽车动力学理论仍然是现代汽车理论的重要内容。重要内容。 第第 10 页页第第3阶段是从阶段是从20世纪世纪50年代初到年代初到80年代末期,其主要贡献是年代末期,其主要贡献是完善了汽车动力学理论。特别是建立了比较完善的轮胎力学完
7、善了汽车动力学理论。特别是建立了比较完善的轮胎力学模型和试验方法,为汽车动力学的发展奠定了基础。扩展了模型和试验方法,为汽车动力学的发展奠定了基础。扩展了对汽车操纵动力学的分析,从稳态分析发展到动态分析,从对汽车操纵动力学的分析,从稳态分析发展到动态分析,从开环研究发展到闭环研究,从单一系统研究发展到多系统相开环研究发展到闭环研究,从单一系统研究发展到多系统相互影响的研究,从经典动力学建模发展到多体动力学建模;互影响的研究,从经典动力学建模发展到多体动力学建模;采用随机振动理论对汽车行驶平顺性进行性能预测;汽车测采用随机振动理论对汽车行驶平顺性进行性能预测;汽车测试技术得到较快发展,各种汽车试
8、验台相继出现等。这一阶试技术得到较快发展,各种汽车试验台相继出现等。这一阶段生产的汽车性能得到大幅度提高。段生产的汽车性能得到大幅度提高。 第第 11 页页第第4阶段是阶段是20世纪世纪90年代初到至今,其主要贡献是年代初到至今,其主要贡献是发展了汽车动力学理论。汽车制造商开始意识到汽车发展了汽车动力学理论。汽车制造商开始意识到汽车安全、节能、环保、舒适性等在汽车产品竞争中的重安全、节能、环保、舒适性等在汽车产品竞争中的重要性,因而汽车动力学得以迅速发展,从经典汽车动要性,因而汽车动力学得以迅速发展,从经典汽车动力学发展到汽车系统动力学。特别是先进的测试技术、力学发展到汽车系统动力学。特别是先
9、进的测试技术、计算机仿真技术和智能控制理论的应用,使得汽车系计算机仿真技术和智能控制理论的应用,使得汽车系统动力学的研究内容和方法不断得到扩充和完善。这统动力学的研究内容和方法不断得到扩充和完善。这一阶段汽车性能成为产品竞争的焦点之一。一阶段汽车性能成为产品竞争的焦点之一。 第第 12 页页汽车系统动力学的发展主要有以下趋势:汽车系统动力学的发展主要有以下趋势:(1)汽车系统动力学模型从集中质量模型向多刚)汽车系统动力学模型从集中质量模型向多刚体、多柔体及刚柔耦合模型等方向发展,模型的体、多柔体及刚柔耦合模型等方向发展,模型的复杂程度和精度不断提高;复杂程度和精度不断提高;(2)驾驶员)驾驶员
10、汽车汽车环境闭环系统的研究从线性环境闭环系统的研究从线性领域向非线性领域方向发展;领域向非线性领域方向发展;(3)为提高汽车性能的各种控制系统将在汽车上)为提高汽车性能的各种控制系统将在汽车上不断推广应用,这些控制系统与汽车系统动力学不断推广应用,这些控制系统与汽车系统动力学密切相关;密切相关;世界汽车保有量增长预测 第第 13 页页(4)主动控制,特别是汽车底盘控制系统的集成)主动控制,特别是汽车底盘控制系统的集成是汽车控制技术发展的必然趋势;是汽车控制技术发展的必然趋势;(5)先进的测试技术、控制技术和仿真技术将不)先进的测试技术、控制技术和仿真技术将不断应用于汽车系统动力学研究中,推动汽
11、车系统断应用于汽车系统动力学研究中,推动汽车系统动力学的发展;动力学的发展;(6)新能源汽车、智能汽车的系统动力学将成为)新能源汽车、智能汽车的系统动力学将成为新的研究热点。新的研究热点。世界汽车保有量增长预测 第第 14 页页汽车系统动力学研究内容广泛,涉及学科众多,而且发展速度汽车系统动力学研究内容广泛,涉及学科众多,而且发展速度较快。人们习惯把汽车动力学分为纵向动力学、操纵动力学和较快。人们习惯把汽车动力学分为纵向动力学、操纵动力学和行驶动力学。纵向动力学是研究汽车直线运动时的受力和运动行驶动力学。纵向动力学是研究汽车直线运动时的受力和运动的关系,可分为驱动动力学和制动动力学两大部分;操
12、纵动力的关系,可分为驱动动力学和制动动力学两大部分;操纵动力学是研究汽车在各种不同外界条件下的转向运动,其研究内容学是研究汽车在各种不同外界条件下的转向运动,其研究内容最为丰富;行驶动力学主要研究汽车行驶时,在随机不平路面最为丰富;行驶动力学主要研究汽车行驶时,在随机不平路面的激励下,部件、总成及整车的动力学问题。轮胎动力学是研的激励下,部件、总成及整车的动力学问题。轮胎动力学是研究汽车系统动力学的基础,因此,本书主要介绍轮胎动力学、究汽车系统动力学的基础,因此,本书主要介绍轮胎动力学、汽车驱动动力学、汽车制动动力学、汽车操纵动力学和汽车行汽车驱动动力学、汽车制动动力学、汽车操纵动力学和汽车行
13、驶动力学及其仿真和控制技术。驶动力学及其仿真和控制技术。 第第 15 页页 1轮胎动力学轮胎动力学 轮胎是汽车的重要部件之一,是汽车与地面之间的传力元件,轮胎是汽车的重要部件之一,是汽车与地面之间的传力元件,起着承载、转向、驱动、制动等作用,其性能的优劣直接影起着承载、转向、驱动、制动等作用,其性能的优劣直接影响汽车的许多重要性能,如汽车的动力性、制动性、操纵稳响汽车的许多重要性能,如汽车的动力性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及安全性等。轮胎动力学包括轮胎的纵向定性、行驶平顺性及安全性等。轮胎动力学包括轮胎的纵向特性、侧偏特性以及联合工况下的特性等。本书主要介绍轮特性、侧偏特性以及联合工况下
14、的特性等。本书主要介绍轮胎六分力的定义、轮胎动力学模型的类型、轮胎三种工况下胎六分力的定义、轮胎动力学模型的类型、轮胎三种工况下的理论模型、的理论模型、ADAMS软件中的轮胎模型以及轮胎动力学的软件中的轮胎模型以及轮胎动力学的仿真。仿真。 第第 16 页页 2汽车驱动动力学汽车驱动动力学 汽车驱动动力学是属于汽车纵向动力学研究范畴,主要研汽车驱动动力学是属于汽车纵向动力学研究范畴,主要研究如何提高汽车直线行驶时的平均车速,包括驱动力的分究如何提高汽车直线行驶时的平均车速,包括驱动力的分配和控制,汽车驱动时的运动特性等。本书主要介绍汽车配和控制,汽车驱动时的运动特性等。本书主要介绍汽车动力性和汽
15、车驱动防滑控制(动力性和汽车驱动防滑控制(ASR)系统两大部分。汽车)系统两大部分。汽车动力性包括汽车动力性评价指标和汽车动力性各种分析方动力性包括汽车动力性评价指标和汽车动力性各种分析方法;汽车驱动防滑控制系统包括其作用、组成、工作原理、法;汽车驱动防滑控制系统包括其作用、组成、工作原理、控制方式、控制原则、动力学模型以及各种控制技术。控制方式、控制原则、动力学模型以及各种控制技术。 第第 17 页页 3汽车制动动力学汽车制动动力学 汽车制动动力学也是属于汽车纵向动力学研究范畴,主要研究如何降汽车制动动力学也是属于汽车纵向动力学研究范畴,主要研究如何降低汽车的制动距离,提高制动器的抗衰退性和
16、制动时汽车的行驶方向低汽车的制动距离,提高制动器的抗衰退性和制动时汽车的行驶方向稳定性,同时也包括制动力的合理分配、防抱死制动系统控制、汽车稳定性,同时也包括制动力的合理分配、防抱死制动系统控制、汽车制动过程和转向制动性能的仿真等。本书主要介绍汽车制动性评价指制动过程和转向制动性能的仿真等。本书主要介绍汽车制动性评价指标和法规要求;制动车轮的受力、汽车制动动力学模型、汽车制动过标和法规要求;制动车轮的受力、汽车制动动力学模型、汽车制动过程分析和汽车制动效能仿真;限压阀、比例阀、感载阀和惯性阀等汽程分析和汽车制动效能仿真;限压阀、比例阀、感载阀和惯性阀等汽车制动力调节装置;汽车防抱死制动系统(车
17、制动力调节装置;汽车防抱死制动系统(ABS)的功用、组成、工)的功用、组成、工作原理、动力学模型及各种控制技术;汽车作原理、动力学模型及各种控制技术;汽车ABS/ASR集成控制系统的集成控制系统的组成、控制逻辑、模糊控制及仿真分析。组成、控制逻辑、模糊控制及仿真分析。 第第 18 页页 4汽车操纵动力学汽车操纵动力学 汽车操纵动力学是汽车系统动力学最重要的研究内容,主要研究汽车汽车操纵动力学是汽车系统动力学最重要的研究内容,主要研究汽车操纵稳定性的评价,汽车在各种输入下的稳态响应和瞬态响应,多轮操纵稳定性的评价,汽车在各种输入下的稳态响应和瞬态响应,多轮转向控制技术、驾驶员转向控制技术、驾驶员
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