车辆系统动力学复习题 (2)

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。

行驶动力学汽车平顺性汽车平顺性的定义：汽车行驶过程中，振动与冲击环境对乘员舒适性的影响。

（发动机、传动系、不平路面等） 系统框图主要研究内容：评价、路面输入特性、振动系统分析 路面测量技术及数据处理 路面测量技术经典测量技术：水平仪和标尺测量 路面不平度测量仪 非接触式路面测量装置 倾斜测量装置 路面不平度路面不平度：通常把相对基准平面的高度q ，沿着道路走向长度l 的变化q(l) 称为道路不平度函数。

根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处理得到路面不平度功率谱)(n G q 或方差2q σ。

路面输入模型 频域模型 空间频率表达式 速度功率谱密度表达式加速度功率谱密度表达式空间与时间功率谱密度的关系 a)为空间频率谱密度b)速度不同时，空间与时间频率的关系 c)为时间频率谱密度时域模型对于线性车辆模型，S(f)表示的路面谱可以直接用来作为频域分析的输入。

当车辆模型中出现非线性元素时，需在时间域或距离域内来描述 1 积分白噪声 1200() () () p d d p d d n G n n n G n n G n n n --⎧≤⎪⎪=⎨⎪>⎪⎩200()(2)()q q G n n G n π=400()(2)()q q G n n G n π=()()2~2~021~000lim 11 11 ()limq n q n n pp q n pf G n n nf n uT T f n uG u f G f G n G fu u u f σσλλσ∆∆∆→--∆∆→=∆∆====⎛⎫====⎪∆⎝⎭为路面功率谱密度在内包含的功率又，，有 则022()up G f G f ==时，0()2()g Z t G uw t π=2 滤波白噪声路面对四轮汽车的输入功率谱密度 x(I)、y(I)：左、右两个轮迹的不平度G xx (n)、G yy (n)、 G xy (n) 、 G yx (n) ：分别为x(I)、y(I)的自谱和互谱 四轮的不平度函数分别为：q 1(I)=x(I) q 3(I)=y(I) q 2(I)=x(I-L) q 1(I)=y(I-L) 四轮输入时的考虑车辆在硬路面上直线行驶时，后轮的路面输入和前轮相比，只是时间上的滞后。

《车辆系统动力学》（此复习题覆盖大部分试题。

考试范围以课堂讲授内容为准。

） 一、概念题1. 约束和约束方程（19）力学系统在运动时会受到某些几何和运动学特性的限制，这些构成限制条件的物体称为约束。

用数学方程表示的约束关系称为约束方程。

2. 完整约束和非完整约束（19）如果系统约束方程仅是系统位形和时间的解析方程，则这种约束称为完整约束；如果约束方程不仅包括系统的位形，还包括广义坐标对时间的倒数或者广义坐标的微分，而且不能通过积分使之转化为包括位形和时间的完整约束方程，则这种约束就称为非完整约束。

3. 轮胎侧偏角（31）车轮回转平面与车轮中心运动方向的夹角。

4. 轮胎径向变形（31）定义为无负载时的轮胎半径rt 与负载时的轮胎半径rtf 之差。

5. 轮胎的滚动阻力系数（40）相应载荷下的滚动阻力与轮胎垂直载荷的比值。

6. 轮胎驱动力系数（50）轮胎驱动力系数定义为驱动力与法向力的比值 7. 边界层（70）当流体绕物体流动时，在物体壁面附近受流体粘性影响显著的薄层称为边界层。

8. 压力系数（74）假设车身某点压力p 、速度v ，来流压力p ∞、速度v ∞，定义压力系数21⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==∞∞∞v v q p-p C p9. 风洞的堵塞比（77）车辆迎风面积和风洞送风横断面面积的关系（堵塞比） 10. 雷诺数（79）雷诺数定义为气流速度v 、流体特性长度L 的乘积与流体运动粘度ν的比值。

Re=vL/ν 11. 空气阻力系数（82-83）q /A F Aq F C D D D ==Fd 为空气阻力，A 为参考面积，通常采用汽车迎风面积，q 为动压力12. 旋转质量换算系数（88）12dv ii +=r m Θδ 其中 )(Ti c e 2g 20dr 20w i ΘΘΘi i Θi ΘΘ++++=为等效转动惯量。

mv 是整车整备质量,rd 为驱动轮的滚动半径。

13. 后备驱动力（92）车辆行驶时实际需要的驱动力FDem 与车辆所能提供的最大驱动力Fx 的差值。

1、系统动力学有哪三个研究内容？（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内容是什么？（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；车辆内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度表示方法》中建议采用垂直位移单边功率谱密度来描述路面平度的统计特性：（）式中：n为空间频率，是波长的倒数，表示每米长度上变化的次数，；为参考空间频率，=0.1；为参考空间频率下的路面功率谱密度值,称为路面平整度系数，/；W为拟合指数。

车辆系统动力学知识点（二）引言概述车辆系统动力学是研究车辆在各种运动状态下的力学性质和特性的学科领域。

在车辆系统动力学中，有一些重要的知识点需要了解和掌握。

本文将介绍车辆系统动力学的一些关键知识点，帮助读者深入理解车辆的运动和性能。

正文内容一、车辆质心与重心1. 了解质心和重心的概念2. 理解质心和重心在车辆运动中的作用3. 掌握计算质心和重心位置的方法4. 理解质心高度对车辆稳定性的影响5. 了解如何优化车辆的质心和重心位置二、车辆滚转与侧倾1. 了解车辆滚转和侧倾的概念2. 理解车辆在转弯过程中发生滚转和侧倾的原因3. 掌握计算车辆滚转和侧倾角度的方法4. 了解滚转和侧倾对车辆稳定性的影响5. 了解如何通过调整车辆悬挂系统来提高车辆的滚转和侧倾性能三、车辆悬挂系统1. 了解车辆悬挂系统的组成部分和功能2. 掌握车辆悬挂系统的工作原理3. 理解悬挂系统对车辆操控性和舒适性的影响4. 了解不同类型的悬挂系统及其特点5. 了解如何选择和调整悬挂系统以满足不同的需求四、车辆转向系统1. 了解车辆转向系统的组成部分和工作原理2. 掌握转向系统的调整和维护技巧3. 理解转向系统对车辆操纵性和稳定性的影响4. 了解不同类型的转向系统及其特点5. 了解如何选择和改进转向系统以提高车辆的操控性能五、车辆刹车系统1. 了解车辆刹车系统的组成部分和工作原理2. 掌握刹车系统的调整和维护技巧3. 理解刹车系统对车辆安全性和稳定性的影响4. 了解不同类型的刹车系统及其特点5. 了解如何选择和改进刹车系统以提高车辆的制动性能总结车辆系统动力学是车辆工程领域中一个重要的研究方向，了解和掌握车辆质心与重心、滚转与侧倾、悬挂系统、转向系统和刹车系统等知识点对于理解和提高车辆的性能至关重要。

通过优化车辆的动力学特性和系统设计，可以提高车辆的操纵性、稳定性和安全性，为驾驶员和乘客提供更加舒适和安全的乘车体验。

第二次作业柏满飞1. 设计要求1.1 汽车参数1.2 性能要求2. 牵引电动机量值的设计2.1参考一些相关资料，可以取如下电动机参数：2.2电机额定功率值汽车轮胎半径：0.2794r m = 则齿轮传动的传动比：,max max=3.2930m g n ri V π=则车辆转动惯量系数：2121 1.07g i δδδ=++=，式中10.04δ=，20.0025δ=则电机的额定功率值：()2222177.45235t fb r f a D f f aMP VV Mgf V C A V kW t δρ=+++= 取整可以选额定功率值：80t P kW =2.3电机外特性曲线由以上参数得该电机的外特性曲线如图2.1所示。

图 2.1 电机外特性曲线3. 加速性能的检验基于牵引电机的转矩-转速特性、齿轮传动比以及车辆的参数，可以计算车辆的加速性能即加速时间和距离与车速之间的对应关系。

计算0100/km h -加速时间：100210.2112a p g r a D f M t dV sT i MGf C A V rδηρ==--⎰满足性能要求。

4. 爬坡能力的检验应用电机的转矩-转速特性、齿轮传动比，以及车辆的参数，并由行驶过程中汽车驱动力和阻力关系式：p g t T i F rη=()21cos sin 2r r a D f F Mg f C A V ααρ=++由此可计算得出牵引力和阻力与车速之间的关系，如图4.1所示。

从而可计算出车辆的爬坡能力。

图 4.1 不同坡度下牵引力与车速之间的关系图 4.2 爬坡能力与车速之间的关系根据图4.1和4.2，车辆在100/km h的速度行驶时可以有15%左右的爬坡能力，低速时有43%左右的爬坡能力，符合设计要求。

5. 发动机/发电机量值的设计这里发动机额定功率的设计要求能够承载车辆在平坦路面上，以高速公路的最高速度130/km h行驶的需要。

km h的恒定行驶速度下，考虑传动装置(效率为90%)、电动机(效率为图5.1表明在130/90%)以及发电机(效率为85%)，所需发动机的功率为32.5kW。

纵向动力学纵向动力学性能分析动力的需求与供应、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制动性 汽车动力性能 最高车速、爬坡能力、加速能力。

动力的需求与供应车辆对动力的需求（行驶阻力）稳态匀速行驶阻力：车轮滚动阻力、空气阻力、坡度阻力 瞬态加速行驶阻力（加速阻力） 车辆对动力的需求旋转质量总等效转动惯量发动机、离合器；某特定传动比时的传动系统；驱动桥、差速器；车轮（包括制动鼓或制动盘及半轴） 加速阻力分量 旋转质量转动惯量 定义质量换算系数 有代表车辆动力需求的车辆总行驶阻力车辆的动力供应驱动轮毂的转矩 发动机额定工况下的转矩损失 动力供求平衡式若车辆出动系统的效率为ηt ，则驱动力为 则动力供求平衡式为 汽车驱动力-行驶阻力平衡图2))(()(20u A C g m m f i a m m r i i M F F F F F a D v c R G x c v i dTg e D G R f t ρδη+++++=+++=行驶方程式反映了汽车行驶时，驱动力和外界阻力之间的普遍情况。

当已知条件：为已知时m A C r i i D T g ,,,,,,0η，便可以分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。

即在油门全开时，汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。

动力性驱动力与行驶阻力平衡图定义为了清晰地描述汽车行驶时受力情况及其平衡关系，通常将平衡方程式用图解方式进行描述，即将驱动力F t和常见行驶阻()sin ()G v c G v c GF m m g m m gi α=+=+,R R Z WF f F =22aD D F C Au ρ=,,2() a twi a t v c x a r xd d dM F m m a F a r r r θ-ΘΘ=+=== ()a i v c x F m m a δ=+21i i d r δΘ=+22200()i w dr g e c Ti i i i Θ=Θ+Θ+Θ+Θ+Θ2()()()2Dem ai v c x G R v c D F Fa FG FR FDm m a i f m m g C Au ρδ=+++=+++++0()H e L gM M M i i =-00,000(1)(1)2L t e t P M M n ηηπ=-=-0//x H d n g dF M r M i i r==00//x n g d t e g d F M i i r M i i r η==02()()()2e t g a i v c x G R v c Dd M i i m m a i f m m g C A u r ηρδ=+++++力F D 和F f 绘在同一张图上。

汽车系统动力学试卷（大全5篇）第一篇：汽车系统动力学试卷考试内容：1汽车系统动力学的研究范围、研究方法、特点及发展趋势。

2．轮胎侧偏动力学。

掌握轮胎侧偏特性的定义、影响因素、模型类型，能够建立轮胎侧偏特性简化理论模型。

3．汽车前轮转向和四轮转向动力学。

对于前轮转向汽车，能够推导其数学模型，掌握表征汽车稳态响应的参数及影响因素，瞬态响应和频率响应特性的分析；对于四轮转向汽车，能够推导其数学模型，掌握汽车四轮转向系统的控制方法。

4．驾驶员汽车闭环系统动力学。

掌握驾驶员模型类型，闭环系统研究特点。

5．悬架系统动力学。

掌握悬架的分类、特点、评价指标，被动悬架、主动悬架系统模型的建立，悬架系统特性分析。

6．控制技术在汽车系统动力学研究中的应用。

了解PID控制、最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等技术在汽车系统动力学研究中的应用。

第二篇：汽车系统动力学1、全主动悬架和半主动悬架的工作原理及评价指标半主动悬架就是指可以根据汽车运行时的振动及工况变化情况，对悬架阻尼参数进行自动调整的悬架系统。

为了减少执行元件所需的功率，一般都采用调节减振器的阻尼，使阻尼系数在几毫秒内由最小变至最大，使汽车振动频率被控制在理想的范围内。

半主动悬架为无源控制，在汽车转向、起步及制动等工况时，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效的控制。

全主动悬架简称主动悬架，是一种有源控制悬架，所以它包括有提供能量的设备和可控制作用力的附加装置。

它可根据汽车载质量、路面状况(振动情况)，行驶速度、起动、制动、转向等工况变化时，自动调整悬架的刚度和阻尼以及车身高度，从而能同时满足汽车行驶平顺性和稳定性等各方面的要求。

其评价指标有悬架动行程、轮胎动载荷、车身加速度。

2、什么是系统动力学，系统动力学研究的内容是什么？系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。

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，既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，操纵动力学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。

汽车系统动⼒学习题答案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。

题目：在Matlab 环境下，推导半车模型的运动方程并进行响应分析。

假设车身是刚体，并具有垂直和俯仰两个自由度，要求得出半车模型的系统响应功率谱密度和响应函数。

推导过程：设车身质心垂向振动量为b Z ，俯仰角为b θ，则有如下运动方程组：rf b hp r f b hb r tr wr f f tf wf bF aF I F F z m Fr z z K zm F z z K z m +-=+=--=--=θ )()(303101将b b b b b z z a z z θθ+=-=42,以及)()()()(43432121z zC z z K F z z C z z K F sr sr r sf sf f -+-=-+-=代入上面运动方程组，将4321z z z z 、、、作为状态变量，即][4321z z z z Z =，]0*0*[00rtr f tf z K z K B =，可得到状态方程：''B AZ =矩阵B 中含有前轮输入和后轮输入的耦合，假设后轮所行驶的轨迹为前轮在时间段t ∆前行驶过的轨迹，且u L t /=∆，既有如下关系：t i f e Z t Z z ωω000)sin(==u L i f u L i t i r e z e Z u L t Z t t Z z /0/0000)/sin()](sin[ωωωωωω--==-=∆-=因此，可将B 改写为f uL i tr tfz e K K B 0/*]00[ω-=而矩阵A 通过化简，得到其为：⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++-+-++---+++-++-++-+---+++-)()()()(00)()()()(0323222221212sr sr sr sr sf sf sf sf srsr srsr tr wr sr sr sr sr sf sf sf sf sf sf sfsf tf wf C i K n C i K n C i K n C i K n C i K C i K K m C i K n C i K n C i K n C i K n C i K C i K K m ωωωωωωωωωωωωωωωω其中，hphb hp hb hp hb I b m n I ab m n I a m n 232211,1,1+=-=+= 感想： 这次作业比较难，所以很多地方借鉴了别人的想法。