汽车纵向动力学

车辆系统动⼒学复习重点1.系统动⼒学研究内容及发展趋势研究内容长期以来，⼈们⼀直在很⼤程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独⽴研究车辆动⼒学问题；⽽实际中的车辆同时会受到三个⽅向的输⼊，各⽅向所表现的运动响应特性必然是相互作⽤、相互耦合的.纵向动⼒学：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两⼤部分。

⾏驶动⼒学：主要是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仰以及车辆的运动。

操纵动⼒学：主要研究车辆的操纵特性，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。

操纵动⼒学的研究范围分为三个区域：线性域：侧向加速度越⼩于0.4kg时，通常意味着车辆在⾼附着路⾯做⼩转向运动；⾮线性域：在超过线性域且⼩于极限侧向加速度（约为0.8kg）范围内；⾮线性联合⼯况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。

发展趋势：（1）车辆主动控制：ABS,TCS等逐步向车⾝侧倾控制，可切换阻尼的半主动悬架和四轮底盘控制系统的集成，转向等当⾯扩展。

通过控制算法、传感器技术和执⾏机构的开发实现的⾃动调节。

（2）车辆多体运动动⼒学：车辆的多刚体模型逐步向多柔体模型发型。

可以准确分析虚拟样机的性能，检查虚拟样机的缺陷从⽽缩短产品的设计周期，节约试制费⽤，同时提⾼物理样机与最终产品之间的相似性。

（3）“⼈—车—路”闭环系统：充分考虑驾驶员模型以及车辆本⾝的⼀些动⼒学问题来提⾼汽车稳定性。

2.轮胎滚动阻⼒概念及其分类：概念：当充⽓的轮胎在理想路⾯（通常指平坦的⼲、硬路⾯）上直线滚动时，其外缘中⼼对称⾯与车轮滚动⽅向⼀致，所受到的滚动⽅向相反的阻⼒。

分类：弹性迟滞阻⼒、摩擦阻⼒和风扇效应阻⼒。

3.什么是滚动阻⼒系数？影响因素有哪些？其值等于相应载荷作⽤下滚动阻⼒F R与车轮垂直载荷F X的⽐值。

影响因素：车轮载荷（反⽐）、胎压（反⽐）、车速（正⽐，先缓慢增加，再明显增加）、轮胎的结构设计、嵌⼊材料和橡胶混合物的选⽤。

第五章纵向动力学性能分析除空调等附属设备的能耗需求外，行驶过程中车辆所需的动力与能量由行驶阻力所决定。

本章将在分析动力需求与动力供应的基础上，分析车辆的纵向动力学特性，包括动力性、燃油经济性和制动性。

此外，还将讨论与路面附着条件相关的驱动和制动极限问题，最后进行制动稳定性的分析。

§5-1 动力的需求与供应本节首先介绍车辆的行驶阻力，然后分析车辆对动力的需求及供应，最后给出车辆的动力供求平衡方程。

一、车辆对动力的需求这里介绍的车辆行驶阻力，实际上代表了车辆对动力的需求。

按行驶状态的不同，车辆行驶阻力可分为稳态匀速行驶状态下的阻力和瞬态加速时的阻力两部分。

前者包括车轮滚动阻力、空气阻力和坡度阻力；后者主要是指加速阻力。

二、车辆的动力供应§5-2 动力性一、概述车辆的动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量，也可通过对特定行驶工况下车辆动力需求与动力供应之间的比较来评定，而供求双方的平衡关系则由驱动轮轮胎与地面间的相互作用所决定。

评价车辆动力性时，通常采用“驱动力平衡图”或“驱动功率平衡图”进行分析。

三、加速能力§5-3 燃油经济性目前，大多数车辆采用内燃机作为发动机，其经济性主要以燃油消耗量表示。

一、燃油消耗量的计算根据初始的车辆设计参数，在车辆开发初期即可进行其燃油经济性理论上的估计，从而方便地在车辆设计阶段进行设计参数的修正。

二、减少油耗的途径减少燃油消耗量的途径：1)交通管理因素：包括交通管理系统、信号灯控制系统、驾驶员培训等因素，实际上均影响了车辆的行驶速度。

2)车辆行驶阻力因素：在保证汽车安全性、人机工程、经济性和舒适性的同时，尽可能降低车辆行驶阻力，如减小整车质量、轮胎滚动阻力系数、空气阻力系数和迎风面积等。

3)尽可能地降低附属设备(如空调、动力转向、动力制动等)的能耗。

4)提高传动系效率，使发动机功率要尽可能多地传递到驱动轮上。

§5-4 驱动与附着极限和驱动效率第三章中对单个轮胎与地面附着极限问题已有介绍，本节将在整车受力分析的基础上，详细讨论整车驱动与附着极限。

单轮对纵向动力学数值分析严晓明，罗世辉，马卫华（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１）摘要：轮对的纵向振动会影响机车车辆动力学性能，而且是轮轨非正常磨耗的一个重要因素。

但是机车车辆动力学研究中，对轮对的纵向动力学特点的研究往往被忽略。

文章建立了一个包括ｘ方向的运动、轮对的摇头、点头扰动和轮对的横移的４自由度单轮对计算模型，并对该模型进行数值仿真，研究其纵向振动现象。

最后讨论了系统参数对纵向动力学行为的影响，认为一系纵向刚度、轴重和黏着系数对纵向振动影响很大。

关键词：轮对；纵向振动；数值仿真；动力学；参数；影响中图分类号：Ｕ２６０．３３１＋．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－１１８７（２００５）０６－００２２－０３ＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｓｉｎｇｌｅｗｈｅｅｌｓｅｔＹＡＮＸｉａｏ－ｍｉｎｇ，ＬＵＯＳｈｉ－ｈｕｉ，ＭＡＷｅｉ－ｈｕａ（ＴｒａｃｔｉｏｎＰｏｗｅｒＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｗｈｅｅｌｓｅｔｅｆｆｅｃｔｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒａｉｌｗａｙｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄｉｔｍａｙｂｅｃａｕｓｅａｂｎｏｒｍａｌｗｈｅｅｌ／ｒａｉｌｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｂｌｅｍ．Ｂｕｔｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｄｙｎａｍｉｃｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｗｈｅｅｌｓｅｔｉｓｏｆｔｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄｗｈｉｌｅｃａｒｒｙｉｎｇｏｕｔｒａｉｌｗａｙｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｓｉｎｇｌｅｗｈｅｅｌｓｅｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｙａｗ，ｐｉｔｃｈａｎｄｌａｔｅｒａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｓｅｔｕｐｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｄｏｎｅ，ａｎｄｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｈｉｇｈｌｙｂｙｐｒｉｍａｒｙｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ａｘｌｅ－ｌｏａｄａｎｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｈｅｅｌｓｅｔ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ电力机车与城轨车辆ＥｌｅｃｔｒｉｃＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ＆ＭａｓｓＴｒａｎｓｉｔＶｅｈｉｃｌｅｓ第２８卷第６期２００５年１１月２０日Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２０ｔｈ，２００５收稿日期：２００５－０６－１３作者简介：严晓明（１９８０－），男，在读硕士研究生，研究方向为机车、城轨车辆动力学理论仿真及应用。

Internal Combustion Engine&Parts・23・汽车纵向动力学研究综述Research Progress of Automobile Longitudinal Dynamics于旺YU Wang(沈阳理工大学汽车与交通学院车辆工程专业，沈阳110159)(Vehicle Engineering,School of Automobile and Transportation,Shenyang University of Technology,Shenyang110159,China)摘要:随着汽车工业的发展,汽车纵向动力学研究不断加深,汽车在道路上行驶,就会存在驱动、制动、滑移等纵向动力学方面的问题。

针对这一问题的研究,人们提出了汽车纵向动力学的概念。

汽车纵向动力学的研究主要包括:汽车制动动力学、汽车防抱死系统、汽车驱动防滑系统、汽车自适应巡航系统、汽车自动刹车系统。

本文将主要介绍汽车纵向动力学控制系统组成和原理、汽车制动动力学控制系统的研究进展、汽车防抱死系统的研究进展、汽车驱动防滑系统的研究进展、汽车自适应巡航控制系统的研究进展、汽车自动刹车辅助系统的研究进展。

Abstract:With the development of the automotive industry,the research on the longitudinal dynamics of automobiles has continued to deepen,and there are problems with longitudinal dynamics such as driving,braking,and slipping when the car is driving on the road.In view of this problem,people have proposed the concept of automobile longitudinal dynamics.The research of automobile longitudinal dynamics mainly includes:automobile braking dynamics,automobile anti-lock braking system,automobile driving anti-skid system, automobile adaptive cruise system,automobile automatic braking system.This article will mainly introduce the composition and principle of automotive longitudinal dynamics control system,the research progress of automotive brake dynamics control system,the research progress of automotive anti-lock system,the research progress of automotive drive anti-skid system,the research of automotive adaptive cruise control system Progress,research progress of auto brake assist systems.关键词:汽车;纵向动力学;防抱死;驱动防滑;制动动力学；自适应巡航；自动刹车;系统Key words:automobile;longitudinal dynamics;anti-lock braking;driving anti-skid;braking dynamics;adaptive cruise;automatic braking;system中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号:1674-957X(2020)24-0023-020引言目前城市的发展和道路的优化设计极大地考验了汽车在道路上的行驶性能，要想在现有的道路上道路上提高交通流量并控制交通事故的发生，这就要求汽车设计者能在提高汽车安全行驶的车速和减小汽车与前后车之间的距离（但能有足够的安全距离）的同时能够保证汽车的各方面的稳定性能。

可编辑修改精选全文完整版汽车动力学学习总结严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。

它涉及的范围很广，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。

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仰以及车轮的运动；而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。

1轮胎动力学轮胎是车辆重要的组成部分，直接与地面接触。

其作用是支承整车的重量，与悬架共同缓冲来自路面的不平度激励，以保证车辆具有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面具有良好的附着性，以提高车辆驱动性、制动性和通过性，并为车辆提供充分的转向力。

所以轮胎动力学的研究对于整车动力学研究具有重要意义。

轮胎的结构特性很大程度上影响了轮胎的物理特性。

所以轮胎模型的建立对于车辆轮胎动力学特性的研究具有重大影响。

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，轮胎模型在特定工作条件下的输入量有纵向滑动率s侧偏角α径向变形ρ车轮外倾角γ车轮转速ω转偏率φ而输出量为纵向力F x侧向力F y法向力F z侧向力矩M x滚动阻力矩M y 回正力矩M z根据车辆动力学研究内容不同，轮胎模型可分为：1）轮胎纵滑模型主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力滚动的车轮产生的所有阻力为车轮滚动阻力，主要包括轮胎滚动阻力分量、道路阻力分量和轮胎侧偏阻力分量。

其中车轮滚动阻力包括弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力；由不平路面、塑性路面和湿路面的道路情况引起的阻力成为道路阻力；侧向载荷和车轮定位引起的侧偏阻力。

2）轮胎侧偏模型和侧倾模型主要用于预测轮胎的侧向力和回正力矩，评价转向工况下低频转角输入响应。

影响轮胎侧向力的三个重要的因素是侧偏角、垂向载荷和车轮外倾角。

《汽车系统动力学》教学大纲一、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，为今后汽车系统动力学分析、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。

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.教学内容第一节历史回顾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。

电动汽车纵向动力学模型的建立与仿真
电动汽车纵向动力学模型是模拟电动汽车在加速、减速、制动
等情况下的运动特性的数学模型。

建立该模型可以用于优化电动汽
车动力系统设计，增强电动汽车性能和安全性能。

下面是建立电动
汽车纵向动力学模型的步骤和仿真方法：
1. 车辆参数测量：包括电动汽车的质量、空气阻力、摩擦力、
动力系统的最大功率和转矩等参数。

2. 动力系统控制器建立：根据动力系统的最大功率和转矩、电
池电压等参数，建立电动汽车控制器的数学模型。

3. 驱动系统建立：根据车辆匀加速度和可变质量的动态特性，
建立电动汽车驱动系统的动力学模型。

4. 制动系统建立：根据电动汽车制动距离和制动力，建立电动
汽车刹车系统的动态模型。

5. 动力和刹车系统的相互作用建立：建立电动汽车动力和刹车
系统之间相互作用的数学模型。

6. 模型参数校正：利用实验数据对动力学参数进行校正，以提
高模型精度。

7. 仿真：基于Matlab等仿真软件，运用建立的模型，进行电
动汽车纵向动力学仿真，并对结果进行分析和优化。

通过以上步骤，可以建立一个适用于电动汽车纵向动力学模型，并且可以利用不同的软件实现该模型的仿真。

汽车动力学大作业
一、 垂直动力学部分
以车辆整车模型为基础，建立车辆1/4模型，并利用模型参数进行：
1）车身位移、加速度传递特性分析；
2）车轮动载荷传递特性分析；
3）悬架动挠度传递特性分析；
4）在典型路面车身加速度的功率谱密度函数计算；
5）在典型路面车轮动载荷的功率谱密度函数计算；
6）在典型路面车辆行驶平顺性分析；
7）在典型路面车辆行驶安全性分析；
8）在典型路面行驶速度对车辆行驶平顺性的影响计算分析；
9）在典型路面行驶速度对车辆行驶安全性的影响计算分析。

模型参数为：
1122225;170000/;330;13000/;1000/m kg k N m m kg k N m d Ns m =====
二、 横向动力学部分
以车辆整车模型为基础，建立二自由度轿车模型，并利用二自由度模型分析计算：
1） 汽车的稳态转向特性；
2） 汽车的瞬态转向特性；
3） 若驾驶员以最低速沿圆周行驶，转向盘转角0sw δ，随着车速的提高，转向盘转角位sw δ，试由20sw sw u δδ-曲线和0
sw y sw a δδ-曲线分析汽车的转向特性。

模型的有关参数如下：
总质量 1818.2m k g
= 绕z O 轴转动惯量 2
3885z I kg m =⋅
轴距 3.048L m =
质心至前轴距离 1.463a m =
质心至后轴距离 1.585b m = 前轮总侧偏刚度 162618/k N
r a d =- 后轮总侧偏刚度 211018
5/k N r a d =- 转向系总传动比 20i =。