车辆动力学及其控制技术

一、名词解释

1状态变量：能够完全描述动态系统时域行为的所含变量个数最少的变量组称为系统的状态变量。

2闭环控制：指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。

3系统辨识：对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。

4智能控制：智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。

5自适应控制：不论外界发生巨大变化或系统产生不确定性，控制系统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态的一种控制方法。

6传递函数：在线性定常系统中，当初始条件为零时，系统的响应（或输出）与激励（或输入）的拉普拉斯变换之比。

二、简答题

1汽车电子控制系统的基本组成以及各个部分的作用，并绘出简单结构框图

基本组成：传感器、电子控制单元（ECU）和执行器

传感器主要就是采集信号，然后由ECU（汽车电脑）负责收集信号，并且做出判断，根据信号做岀选择。

电子控制单元（ECU）的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。

执行器是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。

2简述ESP的工作原理，有哪些主要部件组成，并预测在汽车上按装这种控制装置的未来发展趋势。

工作原理：在汽车行驶过程中，转角传感器感知驾驶者转弯方向和角度，车速传感器感知车速、油门开度和转速力矩，刹车传感器感知刹车力，而摆角传感器则感知车子的倾斜度和侧倾速度。ECU了解这些信息之后，通过计算后判断汽车要正常安全行驶和驾驶者操纵汽车意图的差距，然后，由ECU发出指令，调整发动机的转速和车轮上的刹车力，从而修正汽车的过度转向或转向不足，以避免汽车打滑、转向过度、转向不足和抱死，从而保证汽车的行驶安全。从严格的角度来讲，ESP系统实际上包括ABS和TCS（牵引力控制系统）两大系统的功能，但又不是两者简单的叠加。它们之间的差别主要是ABS和TCS只能被动的作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。

车辆动力学控制

车辆动力学控制是指通过控制车辆的行驶轨迹、转向、加速、制动等行为，来提高车辆的稳定性、安全性、舒适性等方面的能力。

其中，动力学控制系统主要包括以下几方面：

1.制动控制系统：通过控制车轮的制动力分配、制动压力的调节等方式，来实现车辆的制动性能调节。

2.转向控制系统：通过控制前后轮的转向角度、转向力矩等方式，来实现车辆的转向性能调节。

3.车身稳定控制系统：通过控制车辆的悬挂系统、减震系统、电控制动系统等方式，来提高车辆的稳定性和路面附着力。

4.车速控制系统：通过控制车辆的动力系统，如发动机控制单元、变速器控制系统等，来调节车辆的行驶速度。

总的来说，车辆动力学控制系统是现代汽车电子技术的重要应用，它以提高车辆的安全、舒适和经济性为目的，为现代汽车的智能化、高效化、环保化提供了重要的支撑。

车辆动力学基础

第一章

1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚 2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。

3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。

4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互

约束的装置。

5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。

6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮

轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。

7．自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振动，其振动振幅如果逐渐变小，

该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。

第二章

1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。

2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。

3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。 4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。

5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：

（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较

大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。

（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加

大了脱轨的危险性。

（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易

导致列车脱轨。

6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。

第三章

1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。

高速铁路车辆的空气动力学与气动噪声控制

随着科技的进步和人们对快速、便捷交通的需求不断增加，高速铁路成为了现代交通的重要组成部分。然而，高速铁路车辆的运行过程中产生的空气动力学与气动噪声问题却成为了限制其发展的重要因素。本文将探讨高速铁路车辆空气动力学与气动噪声产生的原因，以及对其进行控制的方法和技术。

一、空气动力学的基本原理

在高速铁路车辆行驶过程中，空气动力学是产生车辆轨道噪声和车体振动的主要原因之一。高速列车行驶时会形成一个大气动动压区域，空气在车体前缘与车轮转向部分受到压缩，从而产生气流扩散和湍流现象。这些现象会引起气流分离和涡旋的形成，从而导致车体振动和噪声的产生。

二、空气动力学与气动噪声的主要问题

（一）车体振动问题

高速列车行驶时，由于空气的压缩和湍流现象，会对车体表面施加不规则的压力，从而导致车体振动。这种振动会对乘客的乘坐舒适性和列车的稳定性产生不利影响，同时也会增加轨道噪声的产生。

（二）气动噪声问题 高速列车行驶时，空气的压缩和湍流现象会引起较大的气动噪声。这种噪声不仅会对列车乘客和附近居民的生活造成困扰，还会对环境产生破坏。

三、空气动力学与气动噪声控制的方法和技术

为了解决高速铁路车辆的空气动力学与气动噪声问题，人们采取了一系列的控制方法和技术。

（一）减小车体阻力

减小车体阻力是控制空气动力学噪声的关键。通过优化车体外形设计，采用减阻器和降噪材料等手段，可以有效降低车体的阻力，减少空气动力学噪声的产生。

（二）优化车轮设计

车轮是高速列车行驶时产生气动噪声的重要原因之一。通过优化车轮的结构和材料，降低车轮与轨道之间的摩擦系数，可以减少气动噪声的产生。

（三）引入隔音设备

在高速列车的设计中引入隔音设备，如隔音板、吸声材料等，可以有效降低列车内部噪声和车体振动，提升乘客的舒适性和列车的运行稳定性。

（四）建立噪声防护措施 在高速铁路沿线建设噪声防护措施，如噪声屏障、噪声隔离墙等，可以有效减少列车行驶时产生的噪声对周边环境的影响。