第一节 历史回顾
《汽车系统动力学》教学大纲
、课程性质与任务 1. 课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。
2.
课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车 辆的动态载荷、转向动
力学等。研究路面不平度激励的振动。 了解该领域世界发展及最新成
果。通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方法, 析、从事该领域研究、开发奠定基础。
二、课程教学基本要求
本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科,
其内容可按车辆运动方向分为纵向、 垂
向和侧向动力学三大部分。要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、 轮胎力学及汽车空气 动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动 力学，以及行驶动力学（垂向）和操纵动力学（侧向）内容。运用系统方法及现代控制理论，结 合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、
计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方
法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。
问、课堂讨论等）（30%）。成绩评定采用百分制，
60分为及格。
三、课程教学内容
绪篇概论和基础理论 第一章
车辆动力学概述
1?教学基本要求
让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、 标准和法规、发展趋势。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
法、发展趋势。
3. 教学重点和难点
教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、
车辆特性和设计方法。教学难点是车辆特性 和设计方法。
4. 教学内容
为今后汽车系统动力学分
成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）
（70%） +平时成绩（平时测验、作业、课堂提
通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、
研究内容和范围、车辆特性和设计方
1.车辆动力学的历史发展
第二节研究内容和范围
1.纵向动力学
2.行驶动力学
3.操作动力学
第三节车辆特性和设计方法
1.期望的车辆特性
2.设计方法
3.汽油机与柴油机速度特性的比较
第四节术语、标准和法规
1.汽车术语、标准和法规
第五节发展趋势
1.车辆的主动控制
2.多体系统动力学
3.闭环系统和主观与客观评价
第二章车辆动力学建模方法及基础理论
1.教学基本要求
让学生了解动力学方程的建立方法、非完整系统动力学、多体系统动力学方法。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了牛顿矢量力学体系、分析力学体系、虚功率原理、高斯原理；了解非完整系统动力学、非完整约束方程的实例、车辆动力学中应用非完整约束的利弊相应概念；理解多体系统动力学方法的研究方法
3.教学重点和难点
教学重点是动力学方程的建立方法、多体系统动力学方法。教学难点是非完整系统动力
学。
4教学内容
第一节动力学方程的建立方法
1.牛顿矢量力学体系
2.分析力学体系
3.虚功率原理
4.高斯原理
第二节非完整系统动力学
1.非完整系统动力学
2.非完整约束方程的实例
3.车辆动力学中应用非完整约束的利弊
第三节多体系统动力学方法
1.发展概况
2.研究方法
第三章充气轮胎动力学
1.教学基本要求
让学生了解汽车轮胎的功能、结构及发展、轮胎模型、轮胎纵向力学特性、轮胎垂向
力学特性、轮胎侧向力学特性。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车轮胎滚动助力、道路阻力、轮胎侧偏阻力、总的车轮滚动
阻力、轮胎纵向力与滑动率的关系；轮胎垂向力学特性的轮胎的垂向特性、轮胎噪声、轮胎垂向振动力学模型；轮胎侧向力学特性的纯转向工况、、联合工况、整车建模对轮胎模型的
考虑。
3.教学重点和难点
教学重点是轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。教学难点是轮胎力学模型。
4.教学内容
第一节概述
1.轮胎坐标系
2.车轮运动参数
第二节轮胎的功能、结构及发展
第三节轮胎模型
第四节轮胎纵向力学特性
1.轮胎滚动助力
2.道路阻力
3.轮胎侧偏阻力
4.总的车轮滚动阻力
5.轮胎纵向力与滑动率的关系
第五节轮胎垂向力学特性
1.轮胎的垂向特性
2.轮胎噪声
3.轮胎垂向振动力学模型
第六节轮胎侧向力学特性
1. 纯转向工况
2. 联合工况
3. 整车建模对轮胎模型的考虑
第四章 空气动力学基础
1. 教学基本要求
让学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆 空气阻力。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解空气的特性、 伯努利方程、压力分布和压力系数、 空气动力学 试验、车辆空气
阻力相关概念。
3. 教学重点和难点
教学重点是汽车车辆空气阻力。教学难点是汽车车辆空气阻力。
4. 教学内容
1. 空气密度
2. 空气粘度
1. 压力分布
2. 压力系数
1. 风洞试验
2.雷偌数
3. 流场可视化
1.SAE 坐标系
2. 空气阻力系数
1. 教学基本要求
让学生了解动力的需求与供应、 动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制 动性。
第一节 概述 第二节
空气的特性
第三节 伯努利方程
第四节
压力分布和压力系数
第五节 实际气流特性概述 第六节
空气动力学试验
第七节
车辆空气阻力
第五章
第一篇纵向动力学
纵向动力学性能分析
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解动力的需求与供应; 动力性；燃油经济性；驱动与附着极限和
驱动效率车辆所受的垂向力、车辆所受的纵向力、前后轴的附着率、路面附着限制的加速或爬坡能力、驱动效率；制动性制动性的评价、直线制动动力学分析；制动稳定性分析；转弯制动动力学分析；制动控制系统。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。
4.教学内容
第一节动力的需求与供应
1.车辆对动力的需求
2.车辆的动力供应
第二节动力性
1概述
2.爬坡能力
3.加速能力
第三节燃油经济性
1.燃油消耗量计算
2.减少油耗的途径
第四节驱动与附着极限和驱动效率
1.车辆所受的垂向力
2.车辆所受的纵向力
3.前后轴的附着率
4.路面附着限制的加速或爬坡能力
5.驱动效率
第五节制动性
1.制动性的评价
2.直线制动动力学分析
3.制动稳定性分析
4.转弯制动动力学分析
5.制动控制系统
第六章纵向动力学控制系统
1.教学基本要求
让学生了解汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统、车辆稳定性控制系统。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车防抱死制动控制的控制目标、 力控制系统的基本原理和控制目标、 控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的基本原理和控制 目标、控制
方式。
3. 教学重点和难点
教学重点是汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统。教学难点、车辆稳定性控制系统。
1概述 2. 控制目标 3. 控制过程 4. 控制策略 5. 应用举例
1概述
2. 基本原理和控制目标
3. 控制方式
1概述
2.系统组成和工作原理
1. 教学基本要求
让学生了解扭振系统的激振源、
扭振系统模型与分析、动力传动系统的减振措施。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解扭振系统的激振源、 扭振系统模型与分析的动力学方程和振型 分析、动力传
动系统的减振措施。
3. 教学重点和难点
教学重点是汽车固有频率与振型分析、 动力传动系统的减振措施。教学难点是汽车固有 频率与振型分
析。
控制过程、控制策略；驱动
4教学内容
第一节
防抱死制动控制
第二节
驱动力控制系统
第三节
车辆稳定性控制系统
3.控制方式
第七章
动力传动系统的振动分析
1. 扭振力学模型
2. 扭振动力学方程
3. 固有频率与振型分析
4. 发动机的临界转速
第三节 第二篇行驶动力学 第八章
路面输入及其模型
1. 教学基本要求
让学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
据处理方法。
3. 教学重点和难点
教学重点是路面测量技术及数据处理、
路面输入模型。教学难点是特殊路面输入。
4. 教学内容
第一节
路面测量技术及数据处理
1.路面测量技术
2.数据处理
1.频率模型
2.时域模型
3. 四轮输入时的考虑
第三节
第九章
1.
教学基本要求
让学生了解汽车与平顺性相关的部件。 2.
要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车与平顺性相关的部件：弹簧、减振器、导向机构、座椅。
4教学内容
第一节 扭振系统的激振源 第二节
扭振系统模型与分析
动力传动系统的减振措施
通过本章教学使学生了解路面测量技术及数据处理、
路面输入模型、特殊路面输入的数
第二节
路面输入模型
特殊路面输入 与平
顺性相关的部件
1. 教学基本要求
让学生了解人体对振动的反应。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解人体对振动的反应的标准、平顺性测量。
3. 教学重点和难点
4. 教学内容
第二节 第三节
平顺性测量
第十一章
行驶动力学模型
1. 教学基本要求
让学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析，整车模 型的推导及分析。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车弹簧、
减振器、导向机构。教学难点是汽车弹簧。
4.教学内容
第一节 概述 1?金属弹簧 2.气体弹簧
1概述
2.摩擦式减振器
3.液力减振器
4.减振器特性
第十章
第二节
第三节
第四节 弹簧
减振器
导向机构 座椅
第五节
人体对振动的反应
教学重点是人体对振动的反应的标准、
平顺性测量。
第一节 概述 标准
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析的运动方程与结果分析，整车模型的推导及分析。
3. 教学重点和难点
教学重点是单轮车辆模型的推导。教学难点是单轮车辆模型的推导。
1.
运动方程
2?线性分析
3. 系统的性能指标
4. 例题计算
5. 结果分析
1.运动方程
2.
结果分析
1. 教学基本要求
让学生了解汽车可控悬架系统。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解车身高度调节系统、自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、 全主动系统、有限带宽主动系统、连续可变阻尼的半主动系统、各类悬架系统的性能比较、 主动悬架控制算法介绍。
3. 教学重点和难点
教学重点是自适应阻尼调节系统、 可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统, 各类悬架系统的性能比较。教学难点是全主动系统。
车身高度调节系统
自适应阻尼调节系统 可切换阻尼系统 全主动系统 有限带宽主动系统 连续可变阻尼的半主动系统 各类悬架系统的性能比较 主动悬架控制算法介绍
4教学内容
第一节
第二节
模型推导的前提 单轮车辆模型的推导
第三节
半车模型的推导及分析
第四节
第十二章
整车模型的推导及分析
可控悬架系统
4教学内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
1.随机线性最优控制
2.预瞄控制
第三篇操纵动力学
第十三章基本操纵模型
1.教学基本要求
让学生了解汽车基本操纵模型相应概念。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车基本操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析、对实际问题的考虑。
3.教学重点和难点
教学重点是基本操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析。教学难点是运动方程的推导。
4.教学内容
第一节概述
1.背景
2.作用于车辆的外力与外力矩
第二节基本操纵模型假设
第三节运动方程的推导
1.采用牛顿方法的模型推导
2.采用拉格朗日方法的模型推导
第四节操纵特性分析
1.稳态响应分析
2.稳定性分析
3.频率响应分析
第五节对实际问题的考虑
1.车辆的质心位置
2.轮胎侧偏刚度
3.载荷的轴向转移
4.车轮外倾角影响
5.变形转向的影响
第六节实例分析与比较
第十四章基本操纵模型的扩展
1.教学基本要求
让学生了解汽车基本操纵模型的扩展概念。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解考虑车身侧倾的三自由度操纵模型; 的影响；悬架运动学的侧倾转向系数、侧倾外倾系数、侧倾倾向偏移系数; 变形转向效应、后轴变形转向效应。
3. 教学重点和难点
教学重点是汽车发展的几个阶段，
汽车工业发展面临的问题， 汽车动力传动系统匹配的
必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。
4. 教学内容
第一节 概述
1.动能
2.势能和耗散能
3.广义力
第三节 车轮转动效应 第四节
转向系统的影响
第五节 悬架运动学
1.侧倾转向系数
2.侧倾外倾系数
3. 侧倾倾向偏移系数
第六节
变形转向
1.前轴变形转向效应
2.后轴变形转向效应
第十五章
1. 教学基本要求
让学生了解汽车操纵动力学性能及实例分析。
2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车模型参数组的开发；实例中稳态响应分析、稳定性分析、 频率响应分析。
3. 教学重点和难点
教学重点是汽车实例中稳态响应分析、 稳定性分析、频率响应分析。教学难点是汽车操 纵动力学性能的
实例分析。
4教学内容
第一节
模型参数组的开发
第二节
实例分析
车轮转动效应、转向系统
变形转向的前轴
第二节
考虑车身侧倾的三自由度操纵模型
操纵动力学性能及实例分析
1.稳态响应分析
2.稳定性分析
3.频率响应分析
第十六章转向系统动力学及控制
1.教学基本要求
让学生了解汽车转向系统动力学模型及控制方法。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解汽车转向系统的概念；转向系统振动分析的振动系统的组成、系统的外界激振、前轴与前轮的耦合振动；四轮转向系统的概述、转向运动学与动力学分析、一个4WS系统分析模型；电动助力转向系统的概述、电动助力转向系统建模、控制逻辑与性能分析。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车转向系统振动分析, 四轮转向系统。教学难点是汽车电动助力转向系统。
4.教学内容
第一节概述
1.转向系统结构
2.转向几何系
第二节转向系统振动分析
1.振动系统的组成
2.系统的外界激振
3.前轴与前轮的耦合振动
第三节四轮转向系统
1概述
2.转向运动学与动力学分析
3.—个4WS系统分析模型
第四节电动助力转向系统
1概述
2.电动助力转向系统建模
3.控制逻辑与性能分析
第四篇车辆计算机建模与仿真
第十七章车辆动力学计算方法与软件
1.教学基本要求
让学生了解车辆动力学计算方法与软件。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能
通过本章教学使学生了解面向目标设计的车辆仿真软件、 序工具箱、各类方法的比较。
3. 教学重点和难点
教学重点是多体系统动力学分析软件、程序工具箱、各类方法的比较。
4. 教学内容
第一节 概述
面向目标设计的车辆仿真软件 多体系统动力学分析软件
1?数值型方程 2.代数型方程 3?软件的比较
第四节 程序工具箱 第五节
各类方法的比较
四、学时分配
多体系统动力学分析软件、程
第二节 第三节
五、教材及参考书
教材:
参考书:
M.米奇可 出版社：人民交通出版社 出版时间：1992
年。
1.《车辆动力学及其控制》主编: 喻凡 出版社：机械工业出版社 出版时间：2010年。
2.《汽车理论》主编：余志生 出版社: 机械工业出版社出版时间:
2006 年。
《汽车系统动力学》主编：喻凡
林逸 出版社： 机械工业出版社 出版时间：2005年。
3.《汽车动力学 A 卷》主编:
“机械动力学”课程教学大纲 英文名称：Mechanical Dynamics 课程编号：MACH3441 学时：32 （理论学时：32 实验学时：课外学时：2实验） 学分：2 适用对象：机械设计、机械制造及自动化、机械电子工程、流体机械、电机、电器、材料工程等本科生高年级。 先修课程：高等数学、普通物理学、理论力学、材料力学、线性代数使用教材及参考书： [1] 石端伟主编. 机械动力学. 北京：中国电力出版社，2007. [2] 张策主编. 机械动力学.北京：高等教育出版社, 2008. [3] 倪振华主编. 振动力学. 西安交通大学出版社，1988. 一、课程性质和目的 性质：专业课 目的： 1.了解机械动力学的研究内容、发展历史以及最新研究进展。 2.培养机械系统动力学分析的基本能力。 3.了解机械系统动力学分析相关的CAE软件。 4.了解机械系统动态测试有关技术。 5.培养查阅和运用相关科技文献进行动力学分析的初步能力。 6.培养创新思维以及解决工程实际问题的能力。 7.培养科学、严谨的工作作风。
二、课程内容简介 随着现代机械装备朝着高精度、高效、大功率的方向发展，其动态性能指标的优劣越来越受到广泛关注和高度重视。机械动力学已日益成为现代机械设计与制造工程领域不可或缺的基础知识。本课程主要介绍机械系统动力分析的基本理论、分析方法、测试与控制技术以及典型机械系统动力学分析方法。通过课程的学习，培养学生能够在机械系统动力分析方面具有明确的基本概念、必要的专业基础知识、一定的机械系统动力分析能力与计算能力。 三、教学基本要求 1．了解相关机械系统动力学分析的新理论、新方法及发展趋向。 2. 掌握有关机械系统动力学分析的基本概念、基本理论与方法。 3. 了解典型机械系统动力学分析流程，具有进行工程实际问题分析的初步能力。 4. 建立正确的机械系统动力分析的思维方式，理论联系实际，具备一定的科研创新精神； 5. 课后需要查阅文献，并开展讨论，完成作业。 四、教学内容及安排 第一章：绪论 1．熟悉研究机械动力学的意义。 2．熟悉机械动力学的主要研究内容。 教学安排及教学方式
汽车系统动力学的发展现状 仲鲁泉 2014020326 摘要：汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有汽车在垂直和横向两个方面的动力学内容。介绍车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点介绍了受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学和操纵动力学内容。本文主要讲述的是通过对轮胎和悬架的系统动力学研究，来探究汽车系统动力学的发展现状。 关键词：轮胎；悬架；系统动力学;现状 0 前言 汽车系统动力学是讨论动态系统的数学模型和响应的学科。它是把汽车看做一个动态系统，对其进行研究，讨论数学模型和响应。是研究汽车的力与其汽车运动之间的相互关系，找出汽车的主要性能的内在联系，提出汽车设计参数选取的原则和依据。 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可以追溯到100年前。事实上，知道20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester、美国的Olley、法国的Broulhiet开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。在过去的70多年中，车辆动力学在理论和实际应用方面也都取得了很多成就。在新车型的设计开发中，汽车制造商不仅依靠功能强大的计算机软件，更重要的是具有丰富测试经验和高超主观评价技能的工程师队伍。 在随后的20年中，车辆动力学的进展甚微。进入20世纪50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。随后有关行驶动力学的进一步发展，是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。人们对车辆动力学理解的进程中，理论和试验两方面因素均发挥了作用。随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。计算机及应用软件的开发，使建模的复杂程度不断提高。
一曲柄滑块机构运动学仿真 1、设计任务描述 通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。 2、系统结构简图与矢量模型 下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆与长度已知。 图2-1 曲柄滑块机构简图 设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系 图2-2 曲柄滑块机构的矢量环
3．匀角速度输入时系统仿真 3.1 系统动力学方程 系统为匀角速度输入的时候，其输入为输出为；。 (1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为: (2)曲柄滑块机构的位置方程 (3)曲柄滑块机构的运动学方程 通过对位置方程进行求导，可得 由于系统的输出是与，为了便于建立A*x=B形式的矩阵，使x=[], 将运动学方程两边进行整理，得到 将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式 3.2 M函数编写与Simulink仿真模型建立 3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况 仿真的基本思路：已知输入w2与，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出与r1。 （1）编写Matlab函数求解运动学方程 将该机构的运动学方程的矩阵形式用M函数compv（u）来表示。 设r2=15mm，r3=55mm，r1（0）=70mm，。 其中各个零时刻的初始值可以在Simulink模型的积分器初始值里设置
M函数如下： function[x]=compv(u) %u(1)=w2 %u(2)=sita2 %u(3)=sita3 r2=15; r3=55; a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b; （2）建立Simulink模型 M函数创建完毕后，根据之前的运动学方程建立Simulink模型，如下图： 图3-1 Simulink模型 同时不要忘记设置r1初始值70，如下图： 图3-2 r1初始值设置
汽车系统动力学的发展和现状 摘要：近年来，随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出越来越高的要求，这些要求的实现都与汽车系统动力学相关。汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容。本文通过对汽车系统动力学的的介绍，对这一新兴学科的发展和现状做一阐述。 关键字：汽车系统动力学动力学响应发展历史 Summary：In recent years, with the rapid development of automobile industry, people on the vehicle comfort, reliability and safety are also put forward higher requirements, to achieve these requirements are related to vehicle system dynamics.Vehicle system dynamics is the study of all related to the movement of the car system discipline, it involves the scope is broad, in addition to the effects of dynamic response of vehicle longitudinal motion and its subsystems, and vehicles to and dynamic content crosswise two aspects in the vertical.Based on the vehicle system dynamics is introduced, the development and status of this emerging discipline to do elaborate. Keywords：Dynamics of vehicle system dynamics Dynamic response Development history 0 引言 车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可以追溯到100年前。事实上，知道20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester、美国的Olley、法国的Broulhiet开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。 在随后的20年中，车辆动力学的进展甚微。进入20世纪50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。随后有关行驶动力学的进一步发展，是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。人们对车辆动力学理解的进程中，理论和试验两方面因素均发挥了作用。随后的几十年，汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。计算机及应用软件的开发，使建模的复杂程度不断提高。在过去的70多年中，车辆动力学在理论和实际应用方面也都取得了很多成就。在新车型的设计开发中，汽车制造商不仅依靠功能强大的计算机软件，更重要的是具有丰富测试经验和高超主观评价技能的工程师队伍。 传统的车辆动力学研究都是针对被动元件的设计而言，而采用主动控制来改变车辆动态性能的理念，则为车辆动力学开辟了一个崭新的研究领域。在车辆系统动力学研究中，采用“人—车—路”大闭环的概念应该是未来的发展趋势。作为驾驶者，人既起着控
1.汽车系统动力学发展趋势 随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出越来越高的要求，这些要求的实现都与汽车系统动力学相关。汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容，随着多体动力学的发展及计算机技术的发展，使汽车系统动力学成为汽车CAE技术的重要组成部分，并逐渐朝着与电子和液压控制、有限元分析技术集成的方向发展，主要有三个大的发展方向： （1）车辆主动控制 车辆控制系统的构成都将包括三大组成部分，即控制算法、传感器技术和执行机构的开发。而控制系统的关键，控制律则需要控制理论与车辆动力学的紧密结合。 （2）多体系统动力学 多体系统动力学的基本方法是，首先对一个由不同质量和几何尺寸组成的系统施加一些不同类型的连接元件，从而建立起一个具有合适自由度的模型；然后，软件包会自动产生相应的时域非线性方程，并在给定的系统输入下进行求解。汽车是一个非常庞大的非线性系统，其动力学的分析研究需要依靠多体动力学的辅助。 （3）“人—车—路”闭环系统和主观与客观的评价 采用人—车闭环系统是未来汽车系统动力学研究的趋势。作为驾驶者，人既起着控制器的作用，又是汽车系统品质的最终评价者。假如表达驾驶员驾驶特性的驾驶员模型问题得到解决后，“开环评价”与“闭环评价”的价值差别也许就
不存在了。因此，在人—车闭环系统中的驾驶员模型研究，也是今后汽车系统动力学研究的难题和挑战之一。除驾驶员模型的不确定因素外，就车辆本身的一些动力学问题也未必能完全通过建模来解决。目前，人们对车辆性能的客观测量和主观之间的复杂关系还缺乏了解，而车辆的最终用户是人。因此，对车辆系统动力学研究者而言，今后一个重要的研究领域可能会是对主观评价与客观评价关系的认识 2.目前汽车系统动力学的研究现状 汽车系统动力学研究内容范围很广，包括车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有车辆垂向和横向动力学内容。及行驶动力学和操纵动力学。行驶动力学研究路面不平激励，悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰运动；操纵动力学研究车辆的操纵稳定性，主要是轮胎侧向力有关，引起的车辆侧滑、横摆、和侧倾运动。汽车系统动力学的研究可以分为三个阶段： 阶段一（20世纪30年代） ①对车辆动态性能的经验性的观察 ②开始注意到车轮摆振的问题 ③认识到车辆舒适性是车辆性能的一个重要方面 阶段二（30年代—50年代） ①了解了简单的轮胎力学，给出了轮胎侧偏角的定义 ②定义不足转向和过度转向 ③建立了简单的两自由度操纵动力学方程
单自由度杆机构的Adams动力学仿真 摘要：文章分析了单自由度的铰链机构的动力学问题，已知原动件曲柄的转矩，绘制输出件摆杆的运动曲线。首先在Adams软件中构造连杆，添加三个连杆，使其成一定角度，相互连接。再在两杆之间添加转动副，并且头尾连杆与地相连。并在曲柄处加转矩，最后进行仿真，并绘出相应图表。 关键词：铰链机构；Adams仿真 1、机构模型的建立 根据题目要求，选择一个铰链四杆机构——曲柄摇杆机构为模型，其结构简图如图1所示。其中，曲柄1为原动件。 图1曲柄摇杆机构简图 在Adams软件中，建立该曲柄摇杆机构的模型如图2所示。 图2 Adams中的曲柄摇杆机构模型
曲柄摇杆机构各连杆的惯性参数参考表1。杆件的材料均选择钢材（密度ρ=7.801×10-6 kg?mm-3，杨氏模量E=2.07×105 N?mm-2，泊松比μ=0.29）。 表1 传动导杆机构各部件惯性参数 2、利用Adams软件添加约束和力矩 杆1和地之间有转动副，杆1和杆2、杆2和杆3之间有转动副，杆3和地之间有转动副。杆1为原动件，在杆1上添加转矩。转矩大小为30。 图3约束与转矩 3、进行仿真 点击仿真按钮，开始仿真，选择仿真时间为2s，可以观察到该机构各个时间的运动状态如图4和图5所示。
（a）T=0时刻（b）T=1时刻 图4仿真过程中机构模型的运动状态 （a）T=1.2时刻（b）T=2时刻 图5仿真过程中机构模型的运动状态 结论 当原动件曲柄的转矩取为30时，点击“后处理”，可以绘制出输出件摆杆的位移曲线、角速度曲线、加速度曲线分别如图10、图11和图12所示。 图10输出件摆杆的位移曲线
1.除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应(如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面的因素)外，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操纵动力学。 2.纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学。 3.行驶阻力的两个最基本部分是车辆的滚动阻力和空气阻力，行驶阻力代表了车辆对动力和功率的需求。 4.操纵动力学的研究范围的三个区域：线性域、非线性域、非线性联合工况。 5.车辆动力学特征的设计方法：系统建模、分析 8.稳态：指当周期性（或恒定）操作输入（或扰动输入）施加在车辆上引起的周期性（或恒定）车辆响应，在任意长的时间内不发生变化时，便称该车处于稳定。 9.瞬态：指车辆的运动响应和作用在车辆上的外力或操作位置随时间变化而变化，便称此时车辆的运动处于瞬态。 10.车辆控制系统的构成包括：控制算法、传感器技术和执行机构的开发。 11.假如在车前部安装前视预瞄传感器来可靠地提供前轮前方路面的输入信息，那么主动悬架系统就可以利用车辆对前后轮的路面预测信息进行控制，这就是预瞄控制。 第二章 1.建立系统微分方程的传统方法主要有两种:（1）利用牛顿矢量力学体系的动量定理及动量矩定理（2）利用拉格朗日的分析力学体系 2.约束与约束方程：一般情况下，力学系统在运动时都会受到某些几何或运动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数学方程所表示的约束关系称为约束方程 3.完全约束：如果约束方程仅是系统位形和时间的解析方程，这种约束称为完全约束 4.非完全约束：如果约束方程不仅包含系统的位形，还包括广义坐标对时间的导数或广义坐标的微分，而且不能通过积分使之转化为包含位形和和时间的完全约束方程，这种约束称为非完全约束 5.完整系统：具有完整约束的力学系统 6.非完整系统：具有非完整约束的力学系统 第三章1.SAE标准轮胎运动坐标系：被定义为法向坐标向下的三维右手正交坐标系，坐标的原点是轮胎接地印迹中心，x轴定义为车轮平面与地面的交线，前进方向为正，y轴是指车轮旋转轴线在地面上的投影线，向右为正，z轴与地面垂直，向下为正。 离程度，是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素 定义：车轮回转平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正。 4.根据车辆动力学研究的内容不同，轮胎模型可分为（1）轮胎纵滑模型（2）轮胎侧偏模型和侧倾模型（3）轮胎垂向振 动模型 y=Dsin(Carctan(Bx-E(Bx-arctanBx)))它以三角形函数组合的形式来拟合试验数据，得出了一套形式相同并可同时表达纵向力侧向力和回正力矩的轮胎模型（y可以是纵向力侧向力和回正力矩，而自变量x可以在不同情况下分别表示轮胎侧偏角或纵向滑移率） 6.轮胎垂直刚度的三种不同定义：静刚度，非滚动动刚度，滚动动刚度。 7.在60—100HZ的频率范围内，子午线轮胎的垂向振动传递特性幅值显著地高于斜交轮胎，该频率范围的振动正对应于乘员的“颤振”感觉区域。在约150—200HZ左右的频率范围，斜交轮胎的振动特性远差于子午线轮胎，通常将该频率范围的轮胎振动称之为轮胎“噪声”，即通常所说的“路面噪声”。 8.轮胎噪声的产生机理 （1）空气泵吸效应随着轮胎的滚动，空气在胎面与路面的空隙中被吸入和挤压。当压缩的空气在接地区间的出口处被告诉释放到空气中时，就会产生噪声。 （2）胎面单元振动当轮胎滚动时，胎面单元作用于路面，当它离开接触区域时，胎齿便由高变形状态下恢复，从而引起胎面噪声，此为主要的轮胎噪声源。同时，胎体振动、胎面花纹沟、花纹凸块空隙就像谐振管一样，也促进了轮胎的噪声辐射。 由于空气泵吸效应、胎体和胎齿单元的振动均和车速有关，因此轮胎噪声的程度是车辆行驶速度的函数。 （3）路面材料对轮胎噪声也有影响。 9.影响轮胎侧向力的三个最重要的因素是侧偏角、垂向载荷和车轮外倾角。侧偏角由轮胎的运行条件所决定，它取决于车辆前进速度、侧向速度、横摆角速度和转向角。轮胎垂向载荷的静态值由车辆质量分布所决定，但随着载荷在纵向和侧向的重新分配，轮胎的垂向载荷会发生变化。车轮外倾角由转向角和通过悬架杆系作用的车身侧倾所决定，但对非独立悬架车辆来说，外倾角只取决于车轴的侧倾角。（填空题）
硕士学位课程考试试卷 考试科目：电液伺服控制 考生姓名：刘双龙 考生学号：20140713189 学院：机械工程学院专业：机械工程 考生成绩： 任课老师(签名) 考试日期：2014年1月20日午时至时
考试主题：电液伺服（比例）系统 考试题目： 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 2、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么? 3、电液伺服阀由哪几部分组成?各部分的作用是什么？ 4、什么是液压固有频率?在阀控缸系统中液压固有频率与活塞位 置有关吗?为什么? 5、为什么电液伺服系统一般都要加校正装置? 6、结合自己研究领域，写一篇液压伺服系统建模、分析的论文， 字数不少于2000字。 注：要求独立完成，不允许抄袭。 交作业时间： 最迟2015年第一个学期的第一周交到7教136，交纸质档。
三自由度平台液压伺服系统建模 摘要： 我的专业是机械工程，主要方向是机械设计，所以本文选择了与我专业方向有关的一个机构进行建模。本文开始对机构进行了说明（采用已有的机构，并非自己设计），然后对其进行运动学分析，从而的到上平台和下平台的速度及加速度，和雅可比矩阵及液压缸速度。然后对驱动机构进行电液伺服系统建模。其中 一：自由度运动平台系统简介 本文所研究的三自由度运动平台类似与六自由度平台是由一个上平台(动平台)、地基(下平台)、三个支杆、三个线性作动器以及若干关节连接而成的。上平台装有负载，完成既定的位置、速度、加速度运动要求，进而实现刑于道路状况的复现。其结构示意图如图1．1所示。 图 1三自由度运动平台的结构图 该平台的结构如下：上平台与地面之间以三个支杆(strut)来约束并起支撑作用，并以三个液压缸作为驱动部件进行驱动。每个液压缸两端为关节轴承，中间为一个移动副和一个转动副连接；每根支杆两端也是采用关节轴承分别与地面和上平台相连中间一个转动副。通过计算可知每个支杆所在的支路都具有5个自由度，每个支路对上平台提供一个约束；每个液压作动器所在的支路都具有6个自由度，对于上平台没有约束。通过每个分支对上平台的约束很容易计算得出其自由度为3。因此，通过三套液压作动器的驱动，上平台能够实现对于给定运动的跟踪复现。 简单直观的对运动进行分析可得到：由于三根支杆的限制作用，上平台平动受到限制：而转动自由度相对更为自由，运动范围更大。当两竖直作动器差动动
作业题 1、车辆动力学的具体内容是研究车辆及其主要零部件在各种运用情况下，特别是在高速运行时的位移、加速度和由此而产生的动作用力。 2、车辆系统动力学目的在于解决下列主要问题： ①确定车辆在线路上安全运行的条件； ②研究车辆悬挂装置和牵引缓冲装置的结构、参数和性能对振动及 动载荷传递的影响，并为这些装置提供设计依据，以保证车辆高速、安全和平稳地运行； ③确定动载荷的特征，为计算车辆动作用力提供依据。 3、铁路车辆在线路上运行时，构成一个极其复杂的具有多自由度的振动系统。 4、动力学性能归根结底都是车辆运行过程中的振动性能。 5、线路不平顺不是一个确定量，它因时因地而有不同值，它的变化规律是随机的，具有统计规律，因而称为随机不平顺。 （1）水平不平顺； （2）轨距不平顺； （3）高低不平顺； （4）方向不平顺。 6、车轮半径越大、踏面斜度越小，蛇行运动的波长越长，即蛇行运动越平缓。 7、自由振动的振幅，振幅大小取决于车辆振动的初始条件：初始位移和初始速度（振动频率）。 8、转向架设计中，往往把车辆悬挂的静挠度大小作为一项重要技术指标。 9、具有变摩擦减振器的车辆，当振动停止时车体的停止位置不是一个点，而是一个停滞区。 10、在无阻尼的情况下共振时振幅随着时间增加，共振时间越长，车辆的振幅也越来越大，一直到弹簧全压缩和产生刚性冲击。 11、出现共振时的车辆运行速度称为共振临界速度 12、在车辆设计时一定要尽可能避免激振频率与自振频率接近，避免出现共振。 13、弹簧簧条之间要留较大的间距以避免在振动过程中簧条接触而出现刚性冲击 14、两线完全重叠时，摩擦阻力功与激振力功在任何振幅条件下均相等。 15、在机车车辆动力学研究中，把车体、转向架构架（侧架）、轮对等基本部件近似地视为刚性体，只有在研究车辆各部件的结构弹性振动时，才把他们视
Assignment Vehicle system dynamics simulation 学院：机电学院 专业：机械工程及自动化 姓名： 指导教师：
The model we are going to analys: The FBD of the suspension system is shown as follow:
According to the New's second Law, we can get the equation: 2 )()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 221212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? 0)()()()(222111222111=-++--+-++--+? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z k z L z k z L z c z L z c z m χχχχ 0)()()()(2222111122221111=-++----++---? ? ? ? ? ? ? ?w w w w z L z L k z L z L k z L z L c z L z L c J χχχχχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,111111111)()(-=------? ? ? ? ?χχ d w w w w Q z L z k z L z c z m ,222222222)()(-=-+--+-? ????χχ When there is no excitation we can get the equation: 2)()(221211mg z z c z z k z m --+-=???? 2 21212)()(z k mg z z c z z k z m w +-----=? ??? Then we substitude the data into the equation, we write a procedure to simulate the system: Date: ???? ?? ??? ??==?==?===MN/m 0.10k m 25.1s/m kN 0.20MN/m 0.1m kg 3020kg 2100kg 3250w 2l c k I m m by w b
1. 简要给出完整约束与非完整约束的概念2-23,24,25, 1)、约束与约束方程 一般的力学系统在运动时都会受到某些几何或运动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数学方程所表示的约束关系称为约束方程。 2）、完整约束与非完整约束 如果约束方程只是系统位形及时间的解析方程，则这种约束称为完整约束。 完整约束方程的一般形式为： 式中，qi为描述系统位形的广义坐标(i=1，2，…，n)；n为广义坐标个数；m为完整约束方程个数；t为时间。 如果约束方程是不可积分的微分方程，这种约束就称为非完整约束。 一阶非完整约束方程的一般形式为：
式中，qi为描述系统位形的广义坐（i = 1, 2, …,n）；为广义坐标对时间的一阶与数；n为广义坐标个数；m为系统中非完整约束方程个数；t为时间。 2. 解释滑动率的概念3-7,8 1.滑动率S 车轮滑动率表示车轮相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度，是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。 为了使其总为正值，可将驱动和被驱动两种情况分开考虑。驱动工况时称为滑转率；被驱动（包括制动，常以下标b以示区别）时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。
参照图3-2，若车轮的滚动半径为rd，轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw，车轮角速度为ω，则车轮滑动率s定义如下： 车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮作纯滚动时，即uw=rd ω，此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。 3. 轮胎模型中表达的输入量和输出量有哪些？3-22,23 轮胎模型描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系，如图3-7所示。 根据车辆动力学研究内容的不同，轮胎模型可分为：
1、系统动力学有哪三个研究容？ （1）优化：已知输入和设计系统的特性，使得它的输出满足一定的要求，可称为系统的设计，即所谓优化。就是把一定的输入通过选择系统的特性成为最优化的输出。 （2）系统识别：已知输入和输出来研究系统的特性。 （3）环境预测。已知系统的特性和输出来研究输入则称为环境预测。 例如对一振动已知的汽车，测定它在某一路面上行驶时所得的振动响应值（如车身上的振动加速度），则可以判断路面对汽车的输入特性，从而了解到路面的不平特性。 车辆系统动力学研究的容是什么？ （1）路面特性分析、环境分析及环境与路面对车辆的作用； （2）车辆系统及其部件的运动学和动力学；车辆各子系统的相互作用； （3）车辆系统最佳控制和最佳使用； （4）车辆-人系统的相互匹配和模型研究、驾驶员模型、人机工程等。 2、车辆建模的目的是什么？ （1）描述车辆的动力学特性； （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。 车辆系统动力学涉及哪些理论基础？ （1）汽车构造 （2）汽车理论
（3）汽车动力学 （4）信号与系统 在“时间域”及“频率域”下研究时间函数x(t)及离散序列 x(n)及系统特性的各种描述方式，并研究激励信号通过系统 时所获得的响应。 （5）自动控制理论 （6）系统辨识 （7）随机振动分析 研究随机振动中物理量的描述方法(相关函数、功率谱密度)， 讨论受随机激励的振动系统的激励、系统特性、响应三者统 计规律性之间的关系。 （8）多体系统动力学 建立车辆系统动态模型的方法主要有哪几种？ 数学模型 （1）各种数学方程式：微分方程式，差分方程，状态方程，传递函数等。 （2）用数字和逻辑符号建立符号模型—方框图。 3、路面不平度功率谱密度的表达式有几种？各有何特点？试举出2 种以上路面随机激励方法，并说明其特点。（10分） 路面功率谱密度的表达形式分为幂函数和有理函数两种 （1）路面不平度的幂函数功率谱密度 ISO/DIS8608和国家标准GB7031-1987《车辆振动输入路面平
第一节 历史回顾 《汽车系统动力学》教学大纲 、课程性质与任务 1. 课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。 2. 课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车 辆的动态载荷、转向动 力学等。研究路面不平度激励的振动。 了解该领域世界发展及最新成 果。通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方法, 析、从事该领域研究、开发奠定基础。 二、课程教学基本要求 本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科, 其内容可按车辆运动方向分为纵向、 垂 向和侧向动力学三大部分。要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、 轮胎力学及汽车空气 动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动 力学，以及行驶动力学（垂向）和操纵动力学（侧向）内容。运用系统方法及现代控制理论，结 合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、 计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方 法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。 问、课堂讨论等）（30%）。成绩评定采用百分制， 60分为及格。 三、课程教学内容 绪篇概论和基础理论 第一章 车辆动力学概述 1?教学基本要求 让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、 标准和法规、发展趋势。 2. 要求学生掌握的基本概念、理论、技能 法、发展趋势。 3. 教学重点和难点 教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、 车辆特性和设计方法。教学难点是车辆特性 和设计方法。 4. 教学内容 为今后汽车系统动力学分 成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试） （70%） +平时成绩（平时测验、作业、课堂提 通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、 研究内容和范围、车辆特性和设计方
汽车系统动力学概论 摘要：汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有汽车在垂向和横向两个方面的动力学内容。本文通过对大量教科书和文献进行了分析，对汽车动力学的研究内容、研究方法和理论基础以及发展趋势进行了阐述。 关键词：系统，汽车，系统动力学 1系统及系统动力学的概念 1.1 系统 系统是一个由相互区别、相互作用的各部分（即单元或要素）有机地连接在一起，为同一目的的完成某种功能的集合体。 由此可知系统具有以下几个特点：具有目的性、具有层次性、具有功能共性、具有整体性。 1.2 系统动力学系统动力学是一门分析研究信息反馈的学科。它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论，吸收控制论、信息论的精髓，是一门认识系统问题和解决问题系统问题交叉、综合性的学科。 反馈系统就是包含反馈环节与其作用的系统。它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的结果回授给系统本身，以影响未来的行为。如库存订货系统。 2 汽车系统动力学及其研究内容 2.1 汽车系统动力学 汽车系统动力学就是把汽车看做是一个动态系统，对其行为进行研究，讨论数学模型和响应。是研究汽车受的力及其与汽车运动之间的相互关系，找出汽车主要性能的内在规律和联系，提出汽车设计参数选取的原则和依据。 汽车系统动力学研究所有与车辆系统运动有关的学科，包括空气动力学，纵向运动及其子系统的动力学响应，垂向和横向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操作动力学，行驶动力学主要研究由路面的不平激励，通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯卧以及车轮的运动，操纵动力学研究车辆的操纵性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。
西南交通大学研究生2009－2010学年第( 2 )学期考试试卷 课程代码 M01206 课程名称 车辆系统动力学 考试时间 120 分钟 阅卷教师签字： 答题时注意：各题注明题号，写在答题纸上（包括填空题） 一． 填空题（每空2分，共40分） 1．Sperling 以 频率与幅值的函数 ，而ISO 以 频率与加速度的函数 评定车辆的平稳性指标。 2．在轮轨间_蠕滑力的_作用下,车辆运行到某一临界速度时会产生失稳的_自激振动_即蛇行运动。 3．车辆运行时，在转向架个别车轮严重减重情况下可能导致车辆 脱轨 ，而车辆一侧全部车轮严重 减重情况下可能导致车辆 倾覆 。 4．在车体的六个自由度中，横向运动是指车体的横移、 侧滚 和 摇头 。 5．在卡尔克线性蠕滑理论中，横向蠕滑力与 横向 蠕滑率和 自旋 蠕滑率呈相关。 6．设具有锥形踏面的轮对的轮重为W ，近似计算轮对重力刚度还需要轮对的 接触角λ 和 名义滚动圆距离之半b 两个参数。 7．转向架轮对与构架之间的 横向定位刚度 和 纵向定位刚度 两个参数对车辆蛇行运动稳定性影 响较大。 8． 纯滚线距圆曲线中心线的距离与车轮 的_曲率_成反比、与曲线的_曲率_成正比。 9．径向转向架克服了一般转向架 抗蛇行运动 和 曲线通过 对转向架参数要求的矛盾。 10．如果两辆同型车以某一相对速度冲击时其最大纵向力为F ，则一辆该型车以相同速度与装有相同缓冲器 的止冲墩冲击时的最大纵向力为_21/2F _，与不装缓冲器的止冲墩冲击时的最大纵向力为_2F_。 院 系 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线
共2页 第1页 5．什么是稳定的极限环？ 极限环附近的内部和外部都收敛于该极限环，则称该极限环为稳定的极限环。 6．轨道不平顺有几种？各自对车辆的哪些振动起主要作用？ 方向、轨距、高低（垂向）、水平不平顺。方向不平顺引起车辆的侧滚和左右摇摆。轨距不平顺对轮轨磨耗、车辆运行稳定性和安全性有一定影响。高低不平顺引起车辆的垂向振动。水平不平顺则引起车辆的横向滚摆耦合振动。 三．问答题 （每题15分，共30分） 1．已知：轮轨接触点处车轮滚动圆半径r ，踏面曲率半径R w ，轨面曲率半径R t ， 法向载荷N ，轮轨材料的弹性模量E 和泊松比o 。试写出Hertz 理论求解接触椭圆 长短半径a 、b 的步骤。P43-P44 根据车轮滚动圆半径、踏面在接触点处的曲率半径、钢轨在接触点处的曲率半径得到A+B 、B-A ，算得cos β，查表得到系数m 、n ，然后分别根据钢轨和车轮的弹性模量E 和泊松比σ，求得接触常数k ，得出轮轨法向力N ，然后带人公式求得a 、b 。 2． 在车辆曲线通过研究中，有方程式 ()W f r y f w O W μψλ212 1 2 222 * 11=??? ?????+???? ?? 二．简答题 （每题5分，共30分） 1．与传统机械动力学相比，轨道车辆动力学有何特点？ 2．轮轨接触几何关系的计算有哪两种方法，各有何优缺点？ 解析和数值方法。数值方法可以用计算机，算法简单，效率高，但存在一定误差；解析方法是利用轮轨接触几何关系建立解析几何的方式求解，比较准确，但是计算繁琐，方法难于理解。 3．在车辆系统中，“非线性”主要指哪几种关系？ 轮轨接触几何非线性、轮轨蠕滑关系非线性、车辆悬挂系统非线性 4．怎样根据特征方程的特征根以判定车辆蛇行运动稳定性？。 根据求出的特征根实部的正负判断车辆蛇行运动的稳定性，当所有的特征根实部均为负时，车辆系统蛇行运动稳定，存在特征根为零或者负时，车辆系统的蛇行运动不稳定。
IRB 7600大功率机器人运动仿真
摘要 (2) 1引言 (3) 2机器人发展概述 (3) 2.1机器人的三大定律产生 (3) 2.2工业机器人的发展和特点 (3) 2.3工业机器人现状与前景 (5) 3 ABB机器人和大功率机器人的发展概述 (5) 3.1 ABB公司的发展 (6) 3.2 ABB工业机器人的现状 (6) 3.3简述IRB 7600机器人特点 (6) 3.４IRB 7600机器人的主要参数和应用 (7) 4. 基于ADAMS的IRB 7600大功率机器人运动学仿真 (8) 4.1 IRB 7600大功率机器人的运动学分析 (8) 4.1.1分析IRB 7600大功率机器人得到简图，建立方程 (9) 4.1.2 IRB 7600大功率机器人正向运动学解 (11) 4.2ADAMS中的的运动仿真 (12) 4.2.1在ADAMS中建立IRB 7600机器人的模型 (12) 4.2.2运动的施加 (14) 4.2.4运动结果分析 (16) 总结 (19) 参考文献 (20)
摘要 现代机器人技术飞速发展，其中工业机器人的应用也越来越广泛，成为高科技中极为重要的组成部分。本文主要针对ABB机器中的IRB 7600大功率机器人，对其运动进行仿真探究，学习机器人的一般运动方法。 ABB大功率机器人系列开辟了全新的应用领域，该机器人有多种版本，最大承重能力高达650kg。IRB 7600适合用于各行业重载场合，大转矩、大惯性、刚性结构以及卓越的加速性能等优良特性使这款市场主导产品声誉日隆。用于装配、清洁/喷涂、切割/去毛刺、研磨/抛光、机械管理、物料搬运、货盘堆跺、扳弯机管理、点焊，应用前景广。通过对IRB 7600的模型建立，基于ADAMS的点焊机器人运动学仿真，得到了机器人的仿真运动曲线和模型图。对模型和曲线分析，初步的了解到大功率机器人的运动和工作方式。 关键字：IRB 7600、ABB、ADAMS、仿真
诚信应考,考试作弊将带来严重后果！ 湖南大学课程考试试卷
7、对于一个线性系统，输入为正弦波时，输出（）保持不变 A 幅值 B 相位 C 频率 D 方向 8、对悬架动行程而言，在静平衡条件下，车轮与车身相对位移保持在正负2倍动行程以内的概率为（）。 A 68.3% B 95.4% C 99.7% D 52.6% 9、两自由度基本操纵模型的最大问题是忽略了（）的影响。 A 空气动力 B 转向系统 C 路面 D 簧载质量的侧倾运动 10、（）是电动助力转向系统的基本控制方法。 A 回正控制 B 模糊控制 C 自适应控制 D 最优控制 二、判断题（总共10题，每题2分，共计20分） 1、车辆动力学分析中平衡条件是指稳定状态下车辆的基准条件。（） 2、拉格朗日运动学普遍方程建立的基本依据是虚功率原理。（） 3、离散化方法是车辆建模中对柔体处理常用方法。（） 4、防滑系统工作时对每个车轮进行控制。（） 5、半主动悬架中的阻尼系数只在几个离散值之间进行切换。（） 6、就车辆乘坐舒适性来说，通常是以噪声、振动来描述。（） 7、车辆运动过程中，轮胎主要受到纵向、侧向以及垂向三个方向的力。（） 8、一般情况下，质心后移，稳定裕度减少，车辆将趋于过多转向。（） 9、多刚体动力学分析方法将车辆各系统看作是由铰链和内力连接起来的刚体集合，在外力作用下产生运动。（）
10、建立基本操纵模型的运动方程时，必须考虑车辆的加速度坐标系。 （ ） 三、填空题（总共10题，每题2分，共计20分） 1、汽车操纵动力学包含相互关联的两方面内容即操纵性和（ ）。 2、采用（ ）闭环系统是未来汽车系统动力学研究的趋势。 3、关于人体对振动的反应，首先可将振动输入按振动的幅值和频率、作用的（ ）、作用的时间进行分类。 4、分析汽车的操纵稳定性有两种基本方法：（ ）和（ ）。 5、轮胎设计有四大要素，即（ ）、轮廓（整体形状）、结构和材料。 6、车辆转向时，为获得左右不等的转向角，转向杆系构成的几何形状通常设计成不等边四边形，称为（ ）。 7、作用于车辆的外力和外力矩有两种，即（ ）和空气动力。 8、轮胎载荷的变化会引起地面接触印迹面积的变化，并导致（ ）和制动力的减少。 9、悬架与转向杆系运动关系不协调会引起（ ）的摆振。 10、轮胎经验模型是基于（ ）的递归分析上来表现出轮胎和路面间的力学特性的轮胎模型。 四、问答题（总共2题，每题20分，共计40分） 1、简述不足转向参数与车辆稳态转向特性的关系。若车辆系统特征方程为 022=++λλ，计算该系统的无阻尼固有频率、阻尼固有频率、阻尼比，并判断该系统是否稳定？（可画图说明）
机电工程学院有限元分析及应用Ansys软件大作业 学号：S314070061 专业：机械工程 学生姓名：郭海山 任课教师：钟宇光 2014年12月18日
一.题目要求： 采用ADAMS软件或Matlab/Simulink环境，建立简单机械系统的动力学模型，借助软件进行求解计算和结果分析。 建立单自由度杆机构（有无滑块均可）动力学模型，由静止启动，选择一固定驱动力矩，，具体机构及参数自拟。 二.模型及结构分析： 利用ADAMS建立如下图1所示单自由度机构模型： 图1单自由度机构模型 结构简图如下图2： 图2 机构简图 曲柄1长度为24cm，质量为1.69kg 滑块2质量为15.6kg 导杆3长度为80cm，质量为5.19kg
部件的材料都是钢， Material Density: 7.801E-006 kg/mm**3 三.建模： 1.启动adams/view，新建模型model_1。单位设置成MMKS-mm,kg,N,s,deg。存储位置设在桌面。设置工作环境后，利用主工具箱里的基本建模工具，先后建立曲柄1、滑块2和导杆3。 2.曲柄和地面之间，曲柄和连杆之间，连杆和滑块之间，都是转动副。滑块和地面之间是移动副。在Ａ，Ｂ，Ｃ分别放，再在B点添加进行约束。 3.现在给曲柄一个匀速转动。其值如下图3所示： 图3 最后得到模型如下图4所示： 图4 四.仿真： 标签页 simulation.选择下面图标。修改仿真时间参数如下图5：
图5 完成仿真观察机构运动状况。图6为第0.97S时的仿真图像 图6 图7为第2.91S时的仿真图像 图7 图8为第8.24S时的仿真图像