车辆系统动力学第二讲
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第二章车辆动力学建模方法及基础理论§2-1 动力学方程的建立方法在车辆动力学研究中,建立系统运动微分方程的传统方法主要有两种:一是利用牛顿矢量力学体系的动量定理及动量矩定理,二是利用拉格朗日的分析力学体系。
本节将对这两种体系作一简单回顾,并介绍几个新的原理。
一牛顿矢量力学体系(1)质点系动量定理质点系动量矢p对时间的导数等于作用于质点系的所有外力F i的矢量和(即主矢),其表达式为:二、分析力学体系分析力学是用分析的方法来讨论力学问题,较适合处理受约束的质点系。
(1)动力学普遍方程动力学普遍方程由拉格朗日(Lagrange)于1760年给出的,方程建立的基本依据是虚位移原理,表示如下:(2-6)(2)拉格朗日方程拉格朗日法的基本思想是将系统的总动能和总势能均以系统变量的形式表示,然后将其代入拉格朗日方程,再对其求偏导数,即可得到系统的运动方程。
拉格朗日方程形式如下:利用此方程推导车辆动力学方程时,因采用广义坐标,从而使描述系统位移的坐标数量大大减少,并可以自动消去无功内力。
但也存在下述问题:①应用拉格朗日方程时,有赖于广义坐标选取得是否得当,而适当地选择广义坐标有时要靠经验;②拉格朗日能量函数对于刚体系统的表达式可能非常复杂,代人拉格朗日方程后要作大量运算。
而对于复杂的车辆系统,写出能量函数的表达式就更加困难。
三、虚功率原理若丹(Jourdain)于1908年推导出另一种形式的动力学普遍方程,其所依据的原理称之为虚功率原理。
虚功率形式的动力学普遍方程为:四、高斯原理1829年,高斯(Gauss)提出动力学普遍方程的又一形式,称为高斯原理,其表达式为:§2-2 非完整系统动力学一、非完整系统动力学简介1894年,德国学者Henz第一次将约束系统分成“完整”和“非完整”两大类,从此开辟了非完整系统动力学(Nonholonomie System)的新领域,如今它已成为分析力学的一个重要分支。