汽车系统动力学第五章 纵向动力学概述
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第五章汽车转向系统动力学问题的提出汽车转向系统动力学是研究驾驶员给系统以转向指令后汽车在曲线行驶中的运动学和动力学特性。
这一特性影响到汽车操纵的方便性和稳定性,所以也是汽车安全性的重要因素之一,因而成为汽车系统动力学中重要研究内容之一。
汽车操纵稳定性是与汽车的车速密不可分的,早期的低速汽车还谈不上稳定性的问题,最早出现稳定性的问题,是在具有较高车速的轿车上或赛车上,目前,随着车速的不断提高,轿车、大客车、载货汽车的设计都离不开汽车操纵稳定性的研究。
近年来,有许多学者研究这一问题,并取得很多成果。
操纵性不好的汽车的主要表现:1.“飘” -有时驾驶员并没有发出转向的指令,而汽车开始自己改编本方向,使人感到汽车漂浮2.“贼”-有时汽车像受惊的马,忽东忽西,汽车不听驾驶员的指令;3.“反应迟钝”-驾驶员虽然发出指令。
但是汽车还没有转向反映,转向过程反应较慢;4.“晃”-驾驶员发出了稳定的转型指令,可使汽车左右摇摆,行驶方向难以稳定,当汽车受到路面不平,或者是侧向风扰动时,汽车就会出现左右摇摆;5.“丧失路感”-正常汽车转弯的程度,会通过转向盘在驾驶员的手上产生相应的感觉,有些汽车操纵性不好的汽车,特别是在汽车车速较高时,或转向急剧时会丧失这种感觉,这会增加驾驶员操纵困难,或影响驾驶员的正确判断6.“失去控制”-某些汽车的车速超过一个临界值以后,驾驶员已经不能控制器行驶的方向。
汽车的操纵稳定性:在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下,汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶,且当遭遇外界干扰时,汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
汽车的操纵性:汽车能及时而准确的反映驾驶员主观操作的能力,也就是按照驾驶员的愿望维持或改变原来的行驶路线的能力。
汽车的稳定性:汽车在外力干扰下,仍能保持或很快恢复原来行驶状态和方向,而不致丧失控制、发生侧滑或翻车的能力。
101两者的关系:操纵性的丧失常导致侧滑、回转、甚至翻车;而稳定性的破坏也往往使汽车失去操纵性,处于危险状态。
汽车系统动力学概论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。
2.2汽车动力学研究内容汽车系统动力学是研究所有与汽车运动有关的学科,研究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。
2.2.1纵向动力学纵向或前进运动对于车辆来说都是最重要的,它们主要代表了运输任务需要的运动。
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。
§5-5 制动性
一、制动性的评价
车辆的制动性主要由下列三方面来评价:
1)制动效能,即制动距离与制动减速度。
2)制动效能的稳定性,即抗热衰退性能,它是指车辆高速行驶或下长坡连续制动时保持一定制动效能的程度。
3)制动时的方向稳定性,即制动时车辆不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。
二、直线制动动力学分析
三、制动稳定性分析
四、转弯制动动力学分析
五、制动力控制系统。