第一篇：車輛動力學 綜述

車輛動力學綜述

人們常說控制一輛高速機動車的主要作用力產生于四塊只有手掌般大小的區域——車輪與地面的接觸區。這種說法恰如其分。對充氣（橡膠）輪胎在路面生所產生的力和力矩的認識。是了解公路車輛動力學的關鍵。廣義上，車輛動力學包括了各種運輸工具——輪船、飛機、有軌車輛、還有橡膠輪胎車輛。各種類型運輸工具的動力學所包含的原理，各不相同并且十分廣泛。

車輛動力學主要分為車輛系統動力學和車輛行駛動力學。因為車輛性能——在加速、制動、轉向和行駛過程中運動的表現——是施加在車輛上的力的響應。，所以多是車輛動力學的研究必須涉及兩個問題：怎樣以及為什么會產生這些力。在車輛上影響性能的主要作用力是地面對輪胎產生的反作用力。因此，需要密切關注輪胎特性，這些特性有輪胎在各種不同工況下產生的力和力矩所表征。研究輪胎性能。而不徹底了解其在車輛中的重要意義，是不夠的：反之亦然。

車輛系統動力學的研究的主要方向是如何提高車輛的平順性、穩定性以及安全性。主要將動力學原理用于車輛行駛系統的控制以及優化控制，包括輪胎、轉向、懸架以及電控系統的分析研究，進而得到更優的力學特性。

1、懸架

傳統的被動懸架具有固定的懸架剛度和阻尼系數，設計的出發點是在滿足汽車平順性和操縱穩定性之間進行折中。被動懸架在設計和工藝上得到不斷改善，實現低成本、高可靠性的目標，但無法解決平順性和操縱穩定性之間的矛盾。20世紀50年代產生了主動懸架的概念，這種懸架在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振阻尼器。汽車懸架可分為被動懸架和主動懸架。主動懸架根據控制方式，可分為半主動懸架、慢主動懸架和全主動懸架。目前，主動懸架的研究主要集中在控制策略和執行器的研發兩個方面。圖1所示為上述各種懸架系統的結構示意圖，其中K代表懸架彈性元件剛度，代表輪胎等效剛度，C。代表減振器阻尼，代表主動裝置，代表非懸掛質量，代表懸掛質量。

（a）被動懸架（b）阻尼可測試半主動懸架（c）剛度可調式半主動懸架

(d)慢主動懸架(e)全主動懸架

圖1各類懸架結構示意圖（1）半主動懸架

半主動懸架系統介于被動懸架系統和全主動懸架系統之間。它只消耗少量的能量，可進行剛度或阻尼控制；半主動懸架比全主動懸架結構簡單、成本低；自20世紀90年代以來半主動懸架系統已較為廣泛地使用在高級汽車和軍用汽車上半主動懸架可分為剛度可調式和阻尼可調式兩種。目前，彈簧的剛度調節普遍通過空氣彈簧或油氣彈簧來實現。剛度可調式半主動懸架可提高汽車行駛的路面友好性，減

輕汽車對道路的損傷程度。福特汽車公司的Continental Mark VⅡ車型和豐田公司LEXSUS(LS400)車型上均成功應用了彈簧剛度有級可調的半主動空氣懸架。全球汽車零部件供應商大陸集團為保時捷開發了彈簧剛度可調的空氣懸架，裝備于Panamera車型上。

（2）全主動懸架

A一執行元件 E一比較器 F一力傳感器 P一電位器一控制閥 l一懸掛質量2一加速度傳感器 3一信號處理器 4一控制單元 5一進油 6一出油 7一非懸掛質量 8一路面輸入

圖2全主動懸架工作原理

全主動懸架系統采用一個可控的執行器代替了被動懸架的相應部件，是有源控制系統。全主動懸架系統所采用的執行元件具有較寬的響應頻帶，為0～15Hz，有的高達100Hz，對車輪的高頻共振也可以控制。全主動懸架系統結構復雜，主要由執行元件、各種傳感器、信號處理器和控制單元等組成，執行元件多采用電控液壓或電控氣壓伺服系統。

（3）汽車主動懸架的研究發展趨勢 目前，被動懸架的應用在一定時間內仍是最廣泛的，可以通過進一步優化結構和參數來提升懸架性能。半主動懸架性能優于被動懸架，成本比全主動懸架低，它將是今后懸架系統的主要發展方向之一，而研發可靠、調節方便的可調阻尼減振器和算法簡單有效的控制策略則是其主要課題。全主動懸架性能突出，由于其高成本。結構復雜，目前還只裝備于高級汽車上。全主動懸架研究的重點在于高性能的執行器和控制策略兩方面。電控式全主動懸架是汽車懸架的發展方向。

2、輪胎

車輛動力學性能的穩定控制系統（DSC）就是主要分析與估計輪胎的實時特性與性能，對輪胎的實時狀態進行評估，對收集的參數進行計算分析，從而得到更為直觀可靠的數據，有利于研究人員做出判斷和改進。這對于汽車的行駛穩定性及安全性有積極的意義。

實用輪胎模型，一般通過實驗獲得，常用于車輛動力學與控制分析。大部分的實用的輪胎模型描述的線性或非線性靜態輪胎性能。遵守一個規則：在松弛長度輪胎（RLT）模型插入一階輪胎動力。然而在描述低速輪胎動力時，RLT模型能創建一個無阻尼振蕩模型在.3、轉向系統

（1）汽車轉向系統的概述

汽車轉向系統是駕駛員用來控制汽車運動方向的系統，它直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩定性和駕駛的舒適性。轉向系統發展至今，出現了機械式、液壓助力式、電控液壓動力式、電動助力式和線控轉向系統。

隨著我國汽車工業的不斷發展，汽車轉向系統運動學和動力學的分析與研究變得日益重要。汽車的轉向系統作為整車的一個重要組成部分，它對汽車的操縱穩定性、平順性和駕駛員的安全駕駛都有著直接的影響。汽車轉向系是通過對左、右轉向車輪不同轉角之間的合理匹備來保證汽車沿著設想軌跡運動的機構。它主要由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構組成。其中最為廣泛利用的轉向器是齒輪—齒條式轉向器。多剛體仿真軟件ADMAS技術以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，加上成熟的三維計算機圖形技術和基于圖形的用戶界面技術，將分散的零部件設計和分析技術集成在一起，提供一個全新的研發機械產品的設計方法。它通過設計中的反饋信息不斷的指導設計，保證產品尋優過程的順利進行。在汽車的轉向系統設計中，當轉向器、懸架的類型和車輪的布置在汽車設計時確定以后。那么，轉向系設計的主要方面是轉向梯形機構桿系的空間設計和布置問題。目前，在汽車轉向系統的設計方法中，主要包括平面設計方法、空間機構設計方法、多體動力學軟件模擬仿真方法。

(2)現代汽車轉向系統的發展趨勢

隨著汽車電動助力轉向系統技術的成熟和成本的降低，在乘用車中將廣泛使用，并將逐步取代液壓動力轉向系統（HPS）和機械轉向器。小齒輪助力式電動轉向系統（P-EPS）、雙小齒輪助力式電動轉向系統（D-P-EPS）、齒條助力式電動轉向系統（R-EPS）將會廣泛在乘用車和混合電動汽車上應用，特別是P-EPS和D-P-EPS。隨著新型大功率小型無刷直流和永磁同步交流電機的控制和制造技術的成熟，42V電源的使用，在一些商用車上也將會使用D-P-EPS和R-EPS。線控轉向系統將會大量在低排放汽車（LEV）、混合動力汽車（HEV）、燃料電池汽車（FCEV）、電動汽車（EV）上應用。四輪轉向系統將會從原來的應用大型車輛、SUV、跑車和越野車向轎車上應用。主動轉向系統、ARS技術在未來幾年內也會從高級轎車向中級轎車上普及和應用。

4、汽車制動

汽車的制動性能對車輛運行的安全性起著至關重要的作用。對轎車制動性能的檢測就顯得特別重要。汽車安全檢測，作為在用汽車不解體檢測的主要手段，在我國已基本得到普及。目前已建成的汽車檢測站中，其制動檢測普遍采用反力滾筒式制動檢測臺。隨著科學技術的發展，人們在汽車制動性能方面作了大量的工作如：ABS(汽車制動方抱死系統)、EBD(制動力分配裝置)、ESP(電子穩定程序)、BAS(制動輔助系統)、ASR(驅動防滑系統)、EBA(電子剎車輔助系統)汽車ABS&ASR控制系統是一種有效減少交通肇事，提高公路交通運輸能力，全面提高汽車制動、驅動和高速行駛性能的主動安全裝置。ABS&ASR 作為一種汽車電子控制技術，大大地提高了汽車在各種附著系數路面的通過性、操縱穩定性。

5、結論

通過對本門課程的學習和參看了大量的期刊、論文。我對車輛動力學和相關的知識有了更多的了解，

第二篇：車輛動力學論文

車輛動力學穩定性的研究

摘要：近年來，汽車動力學控制得到廣泛的研究。兼容了ABS和TRC的優勢，車輛動力學穩定性控制（VDC）使車輛在各種路面和各種工況下都獲得良好的操縱穩定性和方向性，大大降低交通事故的發生及其傷害。本文從理論上研究了汽車穩定性控制的基本原理和穩定性控制策略，以及路面狀況、轉向角、車速對汽車操縱穩定性的影響。采用MATLAB/Simulink建立車輛模型進行穩定性仿真分析。關鍵詞：動力學；穩定性控制；閾值控制；

引言

車輛動力學是近代年發展起來的一門新興學科。隨著人類社會的發展和人們生活水平的提高，人們對車輛動力學穩定性提出了更高的要求。自20世紀70年代末，從飛機設計技術中引入的防抱死制動系統（Anti-lock Braking System，簡稱ABS）可以稱得上是向車輛底盤控制邁出的第一步，ABS通過限制制動壓力來保證車輪的最佳滑移率，從而避免了車輪的抱死。隨后，通過限制發動機輸出轉矩防止車輪滑轉的驅動力控制系統（Traction Control System，簡稱 TCS）在20世紀80年代中期得到應用。到20世紀80年代末，在ABS和TCS的基礎上，又成功地開發了防滑轉控制（Acceleration Spin Regulation，簡稱ASR）裝置，這種裝置在車輛急劇變速時，可改善車輛與地面的附著力，避免車輛產生側向滑動的危險。20世紀90年代初，研究人員根據輪胎印跡處的縱向力和橫向力滿足摩擦圓規律的原理，提出了在高速行駛中通過驅動力控制來保證車輛的橫向穩定性的動態穩定性控制（Dynamic Stability Control，簡稱 DSC），它對車輛高速轉動時制動特別有效。20世紀 90 年代末期，研究人員發現，車輛在高速行駛過程中的橫向穩定度較小，通過調節四個車輪的縱向力而形成一定的回正力矩，就可以控制車輛的橫擺角速度，由此提出了“直接橫擺控制”（Direct Yaw moment Control，簡稱 DYC）算法，并經過試驗驗證了該算法的有效性。在此基礎上，近年來又提出了限制一定側偏角范圍的車輛動力學控制（Vehicle Dynamics Control，簡稱 VDC）。自2000年以來，VDC系統得到了世界各國汽車廠商的關注，并進行開發研制。

用戶對車輛穩定性的需求是車輛動力學穩定性控制發展的動力，而車輛動力學技術的發展為車輛動力學穩定性控制進一步發展提供了技術保障。動力學穩定性控制(VDC)出現，它兼容了ABS和TCS的優勢功能，利用車輛動力學狀態變量反饋來調節車輪縱向力大小及匹配，統計分析知：VDC 能夠大大降低交通事故的發生及其傷害。車輛動力學穩定性控制方法

1.1 車輛動力學控制模型介紹

車輛動力學控制模型主要包含整車模型、輪胎模型和駕駛員模型。①

整車模型

在分析中采用的模型可以分為線性模型和非線性模型兩類。也可以根據分析的自由度數分類，在動力學仿真中主要使用的模型一般有單輪模型、雙輪自行車模型和四輪模型等。單輪模型一般應用于車輛牽引和制動研究，這種模型直觀簡潔。這一模型主要應用在 ABS 和 TCS 的控制策略的研究開發上。

雙輪自行車模型結構相對簡單，對于開發 VDC 而言采用兩輪模型具有以下優勢： 結構簡單，運算量小，能夠保證控制的實時性的要求。因此雙輪自行車模型是進行 VDC 控制策略的開發及控制算法的研究的基礎。

四輪模型更為真實地反映了車輛的實際情況。為了盡可能的接近車輛的實際情況，必須考慮懸架、輪胎和車身的非線性，以及車輛的動態非線性，因此在理論建模和分析過程中也有采用四輪多自由度車輛仿真分析模型。②

輪胎模型

輪胎對車輛的動力學控制具有非常重要的影響，因為車輛的一切動力學控制的外力都是來自輪胎和路面的附著作用。因此，輪胎模型和實際工況的符合程度決定了控制系統仿真分析及控制算法的精確性。

由 Pacejka 教授提出的“魔術公式”輪胎模型是動力學仿真分析應用的主要的模型。國內外學者在研究中常用到該模型以及其修正模型。

此外，在研究中，人們還可以運用梁模型、刷子模型、輻條模型以及 Swift 輪胎模型。然而，在研究中應用最廣泛的仍然是“魔術公式”輪胎模型以及其修正模型。③ 駕駛員模型

在車輛的駕駛過程中，駕駛員是首要的控制元素。對于車輛動力學控制而言，車輛的實際操作過程中都需要考慮駕駛員的因素。因此，對駕駛員進行建模的思想在人—車閉環系統中進行了研究。在車輛主動安全控制系統中，如帶有預瞄模型的 VDC 控制系統中都需要應用駕駛員模型。1.2 車輛動力學控制的策略和算法

VDC 控制系統的核心是控制策略和算法。控制策略和算法直接決定了控制系統的性能，這也是國內外研究的重點。①

控制變量的選擇

為了進行車輛動力學控制，VDC 必須確定控制狀態量。在光滑的路面上進行控制時，橫擺角速度和橫向加速度不對應，因此橫擺角速度和側偏角都必須加以門限控制。

輪胎的縱向力和橫向力決定于滑移率、側偏角和垂直力。因此輪胎的滑移率成為了基本的控制變量，控制車輛的橫向力和橫擺力耦矩。此外應當考慮縱向力控制和駕駛員輸入實際的車輛的狀態的估算等問題；同時車輛的側翻角反映了車輛的抗側翻性能，一般將其轉化為翻轉系數進行控制。VDC 的主控變量主要有以下五種：橫擺角速度控制，；橫擺控制+側偏控制+側翻控制；側偏角控制主要有豐田，；橫擺控制+側偏控制；橫擺控制+側偏控制+主動轉向等。②

控制器的實現策略

VDC 的控制系統一般都是利用理想的線性模型來預測車輛的運動狀態，而實際的車輛橫擺角速度由傳感器來控制，實際的車輛側偏角度通過為數不多的幾個傳感器信號及各種估算算法得到。將預測模型和實際測出的結果進行對比，基于差值進行控制，因此主要的控制是基于反饋理論的控制。當前采用的控制策略介紹如下。

反饋控制—目前市場上的 VDC 主要是采用橫擺角速度反饋控制，將通過傳感器測量得到的控制變量的數值和經過參考模型計算得到的數值進行對比，根據偏差進行控制。這也是相對成熟、實現成本較低的一種控制方式。

前饋+反饋控制—祁永寧等人將四輪轉向和橫擺力矩控制相結合，采用跟隨理想模型的前饋加反饋控制，實現對側偏角和橫擺角速度的多目標控制。

模糊控制—由于系統存在非線性，延遲性，和參數的不確定性，因此可以采用模糊控制或則模糊PID控制來進行車輛動力學控制。在對ABS和四輪轉向的研究中，人們廣泛地采用了模糊控制以及模糊 PID 控制。

滑模控制—穩定性控制被視作與駕駛員駕駛意圖的匹配，所以橫擺角速度首要成為控制目標。但在低附路面上，實際的橫擺角速度和預期的橫擺角速度不能有效的阻止側 偏角的增加和車輛的激轉；過大的側偏角降低了駕駛員的穩定性操作的質量。采用滑模控制方法能夠實現更優的控制魯棒性能：附著的變化，側向坡度的變化，速度的變化，動態載荷變化。研究人員在對制動防抱死系統的研究中大量應用到滑模控制以及變形的滑模控制。

神經網絡控制—由于路面-輪胎特性的非線性決定了VDC的控制策略基于非線性，所以確定合適的VDC控制器和有效的輸出是一件困難的工作。非線性的控制策略可以通過神經網絡（NN）和遺傳算法獲得。系統幫助駕駛人員進行道路修正，增強轉向和直線行駛時的穩定性。

此外，研究人員在研究中還運用到了PID控制、最優控制、自適應控制、預瞄控制和相平面控制等方法。③

控制算法

VDC需要解決的問題包括：駕駛員駕駛意圖的識別，車輛狀態的測量和評估，控制目標的生成，系統執行的效率和平穩性，道路bankangle的測定，系統的開發和評估，以及錯誤測試等。為了對各種不同的路面作出不同的響應，必須對輪胎-路面之間的附著進行預估。采用較多的方式是利用卡爾曼濾波構造系統觀測器，進行車輛操縱穩定性動力學信號的實時軟測量。1.3 動力學仿真模型的建立步驟

基于數學模型的數字化虛擬樣機仿真技術可以大大簡化機械產品的設計開發過程，大幅度縮短產品開發周期，大量減少產品開發費用和成本，明顯提高產品質量，提高產品的系統級性能，獲得最優化和創新的設計產品。是當今車輛研發領域的一項關鍵核心技術。以下是計算機仿真研究的關鍵步驟：

1）建立系統的數學模型

數學模型是系統仿真的研究依據，其對系統的近似程度需要根據仿真要求或者目的來調整。

2）建立仿真模型

一般的數學模型特別是復雜非線性問題不方便通過直接編程并用計算機求解，通常需要把數學模型通過一定算法對原系統的數學模型進行離散化等方便計算機求解的處理。

3）模型驗證、試驗結果分析

仿真程序負責在計算機內建立、解算、顯示仿真模型和試驗結果等工作，提供仿真平臺，一般采用面向對象高級語言編寫。目前有很多商業化的仿真軟件，如MATLAB、ADAMS 等等。通過運行仿真程序，將仿真試驗數據與實際系統試驗數據進行比較、檢驗，確認模型是否足夠代表實際系統，足夠反映需求下的實際系統運行的特性，否則要通過結果分析對模型進行修改，直至達到仿真要求。

4）基于仿真模型進行進一步應用

經過不斷調整，仿真模型足夠反映需求下的實際系統運行的特性，采用仿真模型代替實際系統進行一些深入的研究應用，可以研究哪些參數的變化對性能的影響權重的靈敏度分析；系統在其特性或參數發生變動時仍可使品質指標保持不變的性能的穩健性分析，即系統對特性或參數變動的不敏感性等等。進一步的應用讓仿真模型為解決實際工程化問題提供依托，甚至是完整的解決方案。VDC系統的基本原理

2.1 輪胎附著極限狀態分析

車輛喪失穩定性時，汽車處于失控狀態，出現轉向半徑迅速減少或迅速增大的嚴重的過多轉向或不足轉向，從而導致側滑、激轉、側翻或轉向反應遲鈍等，在輪胎的側偏 力達到飽和狀態下，如果前輪首先達到側偏力飽和極限，會產生“漂移” 現象、側滑，維持車輛保持期望駕駛軌跡所提供的橫擺力矩隨之減少，車輛實際的轉彎半徑比駕駛員期望的要大，導致不足轉向，如圖1。

圖1 車輪達到極限飽和

如果后輪首先達到側偏力飽和極限，會產生“急轉”現象，維持車輛保持期望駕 駛軌跡所提供的橫擺力矩隨之增大，車輛實際的轉彎半徑比駕駛員期望的要小，導致過度轉向。這兩種情況下車輛都處于不穩定狀態，還可能導致側翻或轉向反應遲鈍等，車輛的操縱性將難以預測和控制。一般的駕駛員很難通過方向盤控制前輪轉角很難正確的調整車輛的運動狀態，將車輛穩定下來，很容易發生危險，導致事故的發生。

在這種情況下，通過主動控制避免車輪達到極限飽和狀態是非常有必要的。2.2 車輛動力學的穩定性分析

目前車輛動力學控制的主要控制目標有以下兩種：一個是軌跡保持問題，這個可以由車輛的側偏角來進行描述；另外一個是穩定性問題，可以由車輛的橫擺角速度來描述。作為描述車身狀態的兩個主要變量，它們之間是相互耦合的。在橫擺角速度較小的情況下，車輛的質心側偏角主要由車輛的縱向力和橫向力影響決定，但是直接控制車輛的縱向力和橫向力是很困難的；如果只考慮橫擺角速度，它的大小取決于質心位置的橫擺力矩，最直觀的施加橫擺力矩的理想方式就是在車輛的兩個對角的車輪上施加一對大小相等的但是方向相反的一個驅動力和一個制動力。需要選擇一個變量作為主要控制變量，另外一個作為輔助控制變量，兩個被控變量需要通過控制算法相互協調。

由于安全在主動控制中是最重要的，相對于軌跡保持，穩定性的重要性更強，所以，車輛動力學穩定性控制以穩定性控制為主，在非理想軌跡的情況下要首先保證汽車的穩定性。通過差動制動來控制車輛的橫擺角速度，對于側偏角的變化就是間接控制，進行適當的修正，盡量接近期望的軌跡。

駕駛員駕駛的理想目標是車輛行駛狀態能夠按照線性方式在變化，那么也可根據兩個能控制變量的實際值與線性狀態名義值的差值對汽車動力學穩定性進行判斷，當兩者差值較小時，粗略的認為汽車的行使狀態是穩定的，不予以修正；但當差值變大超出某一額定范圍時，認為汽車己經進入需要動力學穩定性控制的準穩定狀態。

由于側偏角的范圍很難確定，而只使用橫擺角速度狀態變量進行反饋控制，實際汽車的橫擺角速度ω和側偏角β的確定：

橫擺角速度由汽車上裝有的橫擺角速度傳感器測得。側偏角是由側向加速度和橫擺角速度積分估算出來：

?（t）=?0????vy????dt v?0?t由各傳感器測得的信號經過一定的算法和汽車模型運算后，便可以知道期望值與實際橫擺角速度ω和側偏角β,經比較器比較得Δω、Δβ。若在容許范圍內，則VDC無須作用；若不在容許范圍內，則根據Δω、Δβ的大小確定要產生的修正橫擺力矩大小 ΔM。然后根據修正橫擺力矩大小值確定各個車輪最優的滑移率。知道滑移率，根據輪胎模型便可以確定每一車輪的制動力大小，從而可以確定每一車輪的制動電磁閥的開關時間（或節氣門開度），制動電磁閥工作后（或節氣門開度改變）便實現對汽車的穩定性控制。車身狀態參數的測量和估算

3.1 車身傳感器和基本車身狀態參數測量

主要的傳感器有：方向盤轉角傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、輪速傳感器、制動壓力傳感器。

目前基本是將側向加速度傳感器和橫擺角速度 2 個傳感器進行一體化設計集成，通過 CAN 總線與 ECU 通訊。3.2 派生車身狀態參數的估算

1）側向加速度的估算：加速度計得到側向加速度；

2）質心側偏角的估算：本文采取質心側偏角由側向加速度和橫擺角速度積分估算的方案：在縱向和側向水平的路面上，忽略汽車點頭和側傾角，則汽車的質心側偏角β可 由下式確定：

??vx1?vy2?????????? 2?1???vv??式中：v為車速；vy為側向加速度；vx縱向加速度。若汽車車速變化不大，上式簡化為

??vyv??，則：

??t???0???dt??0???0t?vy????dt v?0?t

3.3 附著系數的估算

由汽車在垂直方向、縱向受力平衡及力矩平衡，得到下列 3 個方程：

N1?N2?mg

11dyF?N????N????m?????bi21122234dt

dyN1L?mgl2?mhdt將方程聯立求解可得各輪的附著系數（參數下標 1, 2, 3, 4 分別表示各車輪對應參 數值）。VDC 系統經典控制仿真

ADAMS/Controls是ADAMS軟件包中的一個集成可選模塊。在ADAMS/Controls 中，可以通過簡單的繼電器、邏輯與非門、阻尼線圈等建立簡單的控制機構，也可利用通用控制系統軟件(如：MATLAB，EASY5)建立的控制系統框圖，建立包括控制系統、液壓系統、氣動系統和運動機械系統的仿真模型。

Simulink 是 MATLAB 軟件的擴展，它是實現動態系統建模和仿真的一個軟件包。Simulink 提供了一些按功能分類的基本的系統模塊，通過對這些基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以方便的構成所需要的控制類型的系統模型，進而進行控制系統仿真與分析。本文選用 Simulink 完成包括兩自由度線性模型計算的 ECU 控制系統的設計。

通過ADAMS/Control接口把ADAMS/Car中建立的非線性整車模型作為Simulink中的S-function函數和控制模型聯合起來進行VDC控制系統聯合仿真分析。

圖2 ADAMS多體模型-控制系統的聯合仿真

如圖 2 所示，ADAMS/Car 的車輛模型輸入信號包括：左前輪制動力矩、右前輪制動力矩、左后輪制動力矩、右后輪制動力矩和發動機節氣門調節信號，輸出信號為四個車輪的轉速、車身橫擺角速度、質心側偏角、方向盤轉角和車輛前進方向速度等信號。VDC主控ECU為VDC系統的控制邏輯單元，該單元包括多個作用子系統。根據采集到的四個輪速信號、車身橫擺角速度、側偏角和前進速度等按照控制邏輯對四個輪子制動系統系統和節氣門調節系統發出控制指令。制動調節系統采用脈沖信號結合ABS子系統進行輸入，ABS控制采用結構簡單、穩定性能好、可靠性高的PID控制實現；節氣門信號通過在兩個前輪上施加相同的制動力矩模擬。主控ECU內部采用不同的控制方法配合不同的控制策略可以達到不同的控制效果。4.1 基于 TCP/IP 分布式聯合仿真

MSC.ADAMS 中的控制接口模塊 ADAMS /Controls 有兩種通信機制，即基于管道式的通信機制與基于 TCP/IP 的通信機制。管道式的通信機制運行速度較快，但不支持不同機器之間的通信。基于 TCP/IP，就可以在一臺機器上運行 ADAMS 求解程序，而在網絡上的另一臺機器運行控制程序 MATLAB，兩者之間進行信息的實時傳遞，實現動力學模型和控制系統的聯合仿真。

本文選用 Simulink 完成控制系統的設計。在 ADAMS/Control 模塊下，可以建立 與 MATLAB /Simulink 的接口，采用 client/server(客戶端/服務器)模式，它的通訊過程 是基于 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協議實現的。該協議中 接口是兩個程序之間進行雙向數據傳輸的網絡通訊端點，有一個地址和一個端口號來標識。ADAMS/Control 服務程序在提供服務時在一個端口進行，使用該服務的客戶機 Simulink 也必須連接該端口。4.2 車輛 VDC 的閾值控制

基于閾值控制的穩定性控制器的設計為：

本文將表征車身運動軌跡的質心側偏角作為主要輔助門限；為了區分不同工況下的控制實施，添加橫擺角速度上下限輔助判斷門限作為是否施加控制的判斷開關。

由實際橫擺角速度和期望橫擺角速度差值Δω觸發 VDC 控制的執行，當Δω大于上限值 Ahigh，那么就施加反饋 Tout，反饋根據方向盤轉角判斷并確定其具體在哪個車輪上施加，例如當方向盤左轉，駕駛員期望車身左向轉彎時，輪胎達到附著極限，橫擺角速度不能跟蹤前輪轉角變化Δω絕對值增大大于Ahigh，發生轉向過度，需要施加反向的橫擺力矩遏制繼續增大趨勢，根據單獨車輪施加制動力對橫擺力矩影響不同，確定在前外輪施加制動力；當Δω逐漸減小到低于Ahigh，停止施加制動力。

圖3 橫擺角速度閾值控制框圖

如圖

3、圖 4 所示，修正橫擺角速度，可以保證車輛的穩定性；車身軌跡通過輔助的質心側偏角閾值控制修正。對兩個前輪進行制動或者發動機進行加減速的調節。

圖4 質心側偏角輔助閾值控制框圖

4.3 閾值控制仿真結果與分析

STEP 工況 Mu=0.2 車速 100Km/H 方向盤30度急轉

圖5 車身軌跡與橫擺角仿真

圖6 質心側偏見與修正扭矩仿真

從上面圖 5~圖 6 可以看出，在摩擦系數很小的 mu＝0.2 的模擬冰雪路面下方向盤階躍試驗中，如果不采用 VDC，盡管軌跡能夠基本按照駕駛員意圖行駛，但是 從質心側偏角和橫擺角速度來看，車輛已經進入不穩定狀態，很難再正確按照駕駛員的操縱行駛；采取 VDC 主動控制，軌跡較原曲線更加充分利用的地面的附著力，轉向半徑更小，而且質心側偏角和橫擺角速度都保持在穩定區域，車輛沒有喪失穩定性。但是可以看出制動力控制的施加頻率比較大，導致橫擺角速度、質心側偏角等都出現局部的小范圍的鋸齒狀波動，這個是由于閾值控制的特性決定的，屬于閾值控制的固有缺點，需要采用其他控制方法才能夠有所改進。總結

本文結合線性兩自由度理想模型，運用閾值控制，基于ADAMS多體動力學模型和 Simulink反饋控制模型的聯合仿真，進行多種極限工況下的汽車操縱穩定性仿真試驗研究，對車輛VDC系統的控制方法進行仿真分析。得到的仿真結果顯示，閾值控制具有使制動力控制的施加頻率較大，從而導致橫擺角速度等出現小范圍的鋸齒波動的缺點，但是，車輛仍保持穩定。本文的不足之處：沒有討論其他控制方法對穩定性的影響，比如PID控制，模糊控制等。參考文獻：

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第三篇：車輛動力學概述

車輛動力學概述

回顧車輛動力學的發展歷史，揭示車輛動力學研究內容及未來發展趨勢，對車輛特性和設計方法也作了簡要介紹。

1.歷史發展

車輛動力學是近代發展起來的一門新興學科。其發展歷史可追溯到100多年前[1]，直到20世紀30年代初人們才開始注意車輪擺振問題等；而后一直到1952年間，人們通過不斷研究，定義了不足轉向和過度轉向，建立了簡單的兩自由度操縱動力學方程，開始進行有關行駛平順性研究并建立了K2試驗臺，提出了“平穩行駛”概念，引入前獨立懸架等；1952年以后，人們擴展了操縱動力學分析，開始采用隨機振動理論對行駛平順性進行性能預測，理論和試驗兩方面對動力學的發展也起了很大作用。然而，在新車型的設計開發中，汽車制造商仍然需要依賴于具有豐富測試經驗與高超主觀評價技能的工程師隊伍，實際測試和主觀評價在車輛開發中還有不可替代的作用。

2.研究內容

嚴格地說，車輛動力學是研究所有與車輛系統運動有關的學科。它涉及范圍很廣，除了影響車輛縱向運動及其子系統的動力學響應（縱向動力學）外，還有行駛動力學和操縱動力學。人們長期以來習慣按縱向、垂向和橫向分別獨立研究車輛動力學問題，而實際情況是車輛同時受到三個方向的輸入激勵且各個方向運動響應特性相互作用、相互耦合。隨著功能強大的計算機技術和動力學分析軟件的發展，我們已經有能力將三個方向的動力學問題結合起來進行研究。

縱向動力學研究車輛直線運動及其控制的問題，主要是車輛沿前進方向的受力與其運動的關系，按工況不同分為驅動動力學和制動動力學兩大部分。與行駛動力學有關的主要性能及參數包括懸架工作行程、乘坐舒適性、車體的姿態控制及輪胎動載荷的控制等；而行駛動力學研究的首要問題是建立考慮懸架特性在內的車輛動力學模型。操縱動力學內容相當豐富，輪胎在其中起著相當重要的作用；通常操縱動力學研究范圍分為三個區域，即線性域、非線性域和非線性聯合工況。

3.車輛特性和設計方法 車輛動力學特性的設計方法主要以系統建模和分析為主，而車輛設計則可以是一個迭代循環的過程。在此，不得不提一下人們所期望的車輛特性。

在車輛縱向動力性能方面，人們期待車輛能夠有很好的動力性、燃油經濟性和制動性，為實現這些理想特性，就要對車輛的動力與傳動系統及制動系統的良好設計來保證[2]。就乘坐舒適性而言，被廣為接受的評價指標是使駕駛員和乘員所感受到的加速度水平降至最小。在操縱性方面，總體目標包括兩個方面，一是對于風的擾動或不平路面的干擾車輛所產生的運動響應控制在最小范圍，二是對駕駛員輸入響應達到最優；實際中，駕駛員本身作用不容忽視。具體而言，所期望的車輛操縱穩定性可歸納為穩定性、可操縱性、一致性和常規性等四個方面，便于我們進行研究。

在實際研究中，我們可以通過對實際車輛的數學建模、動力學方程求解，然后再用所求得的結果對實際車輛進行分析解釋。我們建模要能夠準確描述車輛動力學特性，預測車輛性能并由此產生一個最佳設計方案，解釋現有設計中存在的問題并找出解決方案。

4.發展趨勢

傳統的車輛動力學研究都是針對被動元件的設計而言，而采用主動控制來改變車輛動態性能的理念，則為車輛動力學開辟了一個嶄新的研究領域。在車輛系統動力學的研究中，采用“人-車-路”大閉環的概念應該是未來的趨勢。作為駕駛者，人既起著控制器的作用，又是車輛性能的最終評價者[3]。計算機技術和控制技術共同推動了現代汽車系統動力學的發展。

車輛的控制系統包括三大部分，即控制算法、傳感器技術和執行機構。后兩者在技術上可以解決，而作為控制系統的關鍵，尋求一個能夠為車輛提供良好性能的控制律，則需要控制理論與車輛動力學的機密結合。

與傳統的集中質量模型相比，近代發展起來的多剛體系統動力學可大大地提高復雜車輛模型的精度[4]，已經成為汽車CAE技術的重要組成部分。采用人-車閉環系統也將是未來汽車系統動力學研究的趨勢[5]。

參考文獻 [1] Lanchester F W.Some problems peculiar to the design of automobile.Automobile Engineers, 1908, II:187 [2] 喻凡，林逸.汽車系統動力學[M].北京：機械工業出版社，2005:7-10 [3] Dynamik D, Kraftfahrzeuge.汽車動力學[M].北京：清華大學出版社，2009:575-578 [4] Kortum W, Sharp R S.A report on the state of affairs on application of multi-body computer codes to vehicle system dynamics.Vehicle System Dynamics, 1991,20(3-4)：177-184 [5] Guo K H, Guan X.Modelling of driver/vehicle directional control system.Vehicle System Dynamics, 1993,22(3):141-184

第四篇：車輛系統動力學復習重點

1.系統動力學研究內容及發展趨勢 研究內容

長期以來，人們一直在很大程度上習慣按縱向、垂向和橫向分別獨立研究車輛動力學問題；而實際中的車輛同時會受到三個方向的輸入，各方向所表現的運動響應特性必然是相互作用、相互耦合的.縱向動力學：縱向動力學研究車輛直線運動及其控制的問題，主要是車輛沿前進方向的受力與其運動的關系。按車輛工況的不同，可分為驅動動力學和制動動力學兩大部分。行駛動力學：主要是研究由路面的不平激勵，通過懸架和輪胎垂向力引起的車身跳動和俯仰以及車輛的運動。

操縱動力學：主要研究車輛的操縱特性，主要與輪胎側向力有關，并由此引起車輛側滑、橫擺和側傾運動。

操縱動力學的研究范圍分為三個區域：線性域：側向加速度越小于0.4kg時，通常意味著車輛在高附著路面做小轉向運動；

非線性域：在超過線性域且小于極限側向加速度（約為0.8kg）范圍內； 非線性聯合工況：通常指車輛在轉彎制動或轉彎加速時的情況。

發展趨勢：

（1）車輛主動控制：ABS,TCS等逐步向車身側傾控制，可切換阻尼的半主動懸架和四輪底盤控制系統的集成，轉向等當面擴展。通過控制算法、傳感器技術和執行機構的開發實現的自動調節。

（2）車輛多體運動動力學：車輛的多剛體模型逐步向多柔體模型發型。可以準確分析虛擬樣機的性能，檢查虛擬樣機的缺陷從而縮短產品的設計周期，節約試制費用，同時提高物理樣機與最終產品之間的相似性。

（3）“人—車—路”閉環系統：充分考慮駕駛員模型以及車輛本身的一些動力學問題來提高汽車穩定性。

2.輪胎滾動阻力概念及其分類：

概念：當充氣的輪胎在理想路面（通常指平坦的干、硬路面）上直線滾動時，其外緣中心對稱面與車輪滾動方向一致，所受到的滾動方向相反的阻力。分類：彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風扇效應阻力。3.什么是滾動阻力系數？影響因素有哪些？

其值等于相應載荷作用下滾動阻力FR與車輪垂直載荷FX的比值。

影響因素：車輪載荷（反比）、胎壓（反比）、車速（正比，先緩慢增加，再明顯增加）、輪胎的結構設計、嵌入材料和橡膠混合物的選用。

4.滑動率S：表示車輛相對于純滾動（或純滑動）狀態的偏離程度。驅動工況時稱為滑轉率，被驅動（包括制動，常以下標b以示區別）時稱為滑移率，二者統稱為車輪的滑動率。若車輪的轉動半徑為rd,輪心前進速度（等于車輛行駛速度）為uw,車輪角速度為ω，則 S在0~1之間變化。當車輪做純滾動時，及uw=rdω,此時s=0；當被驅動輪處于純滑動狀態是，s=1.5.輪胎縱向力與滑動率的關系（1）與滑轉率之間的關系

一般情況下，由于輪胎初始的滑轉主要由胎面的彈性變形引起的，因而一開始車輪力矩與驅動力隨著滑轉率呈線性關系增加，即OA段。當車輪力矩和驅動力進一步增加而導致部分輪胎胎面在地面上滑轉時，驅動力和滑轉率呈非線性關系，汽車行駛時驅動力迅速增加，即AB段，并在滑轉率為15%~20%時達到最大值，當滑轉率進一步增加時，會導致輪胎的不穩定工況，驅動力系數從峰值很快下降到純滑轉時的飽和滑動值。（2）與滑移率關系

車輛制動時，縱向制動力隨著滑移率迅速增加，并達到最大值，然后隨著滑移率增加，輪胎制動力開始逐漸下降或者顯示平穩趨勢，直到純滑移達到飽和狀態。

v6.輪胎側偏角：車輪回轉平面與車輪中心運動方向的夾角，順時針方向為正。??arctan(w)uw7.什么是輪胎側偏剛度？影響因素有哪些？

輪胎側偏角是影響輪胎側向力的一個重要因素，定義為車輪平面與車輪中心運動方向的夾角，順時針方向為正，用α表示。

在小側偏角情況下，輪胎側向力與側偏角近似成比例，其比值稱為輪胎側偏剛度。影響因素：側向載荷的影響；車輪定位的影響（車輪前束角和車輪外傾角）。

補充：（1）輪胎尺寸（成正比），（2）子午線輪胎筆斜角輪胎側偏剛度高，鋼絲子午線輪胎比尼龍子午線輪胎高，（3）直徑相同，輪胎寬度越寬越高，（4）載重越小，側偏剛度越小，（5）車速快，載荷越小，側偏剛度越小（6）輪胎氣壓，越低剛度越大。（側偏剛度越小，越容易甩尾）8.影響輪胎側向力的因素

側偏角：輪胎運行條件決定，取決于車輛前進速度、側向速度、橫擺角速度和轉向角。垂向載荷：由車輛質量分布所決定，但隨著載荷在縱向和側向的重新分配。垂向載荷會發生變化。

車輪外傾角：轉向角和通過懸架桿系作用的車身側傾所決定，但對非獨立懸架車輛來說，外傾角只取決于車軸的側傾角。9.SAE標準輪胎運動坐標系：

10.SAE空氣動力學坐標系

11.什么是空氣阻力？包括哪些方面？

空氣阻力：指汽車直線行駛時受到空氣作用力在行駛方向的分力。

主要包括：壓差阻力分量（形狀阻力、內循環阻力、誘導阻力）和摩擦阻力兩大部分組成，可能還受到側向氣流的影響。12.減少油耗的途徑

燃油經濟性指標包括：百公里燃油消耗量，瞬時燃油消耗量

（1）交通管理因素：包括交通管理系統、信號燈控制系統、駕駛員等因素，實際上均影響了車輛的行駛速度。

（2）車輛行駛阻力因素：在保證汽車安全性、人機工程、經濟學和舒適性的同時，盡可能降低車輛行駛阻力，如減小整車質量、輪胎滾動阻力系數、空氣阻力系數和迎風面積等。（3）盡可能降低附屬設備（如空調，動力轉向、動力制動等）的能耗；（4）提高傳動系效率，使發動機功率盡可能多地傳遞到驅動輪上。

13.車輛加速上坡受力分析

14.制動性評價

（1）制動效能 即制動距離與制動減速度（2）制動效能的穩定性 即抗熱衰退性，指車輛高速行駛或長下坡連續制動時保持一定制動效能的程度。

（3）制動時的方向穩定性 即制動時車輛不發生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。通常用制動時車輛按給定路徑行駛的能力來評價。

15.制動跑偏原因

（1）汽車左右輪制動力不相等

（2）制動時懸架導向桿系與轉向系拉桿在運動學上不協調。

16.為什么后輪抱死比前輪抱死更危險？（需答出制動跑偏的原因）

前輪抱死喪失轉向能力，后輪抱死側滑甩尾。如圖a所示，后輪抱死拖滑，而前輪仍然處在滾動狀態，可能由于路面傾斜坡度、側風或者左右輪制動力不平衡等因素引起的側向干擾力Fy作用于車輛質心，由于后輪抱死拖滑，后輪已無法提供側向力來平衡Fy，而此時前輪產生的側向力Fyf產生一個繞車輛質心的不穩定力矩Fyrfa,該力矩是車輛側偏角β繼續增加，導致車輛橫擺加劇。圖b中，前輪先于后輪抱死，后輪能夠產生側向力來形成一個使車輛會整的穩定力矩Fyrb，從而減小車輛的初始側偏角β，因而是穩定工況。但前輪抱死之后，由前輪不能產生側向力，會使車輛失去轉向能力。因此時即使發生碰撞事故，從乘員保護系統的設計角度來看，正面碰撞導致的傷害一般比側面碰撞要小得多。

17.為什么空載比滿載更容易甩尾？

Β線和I線的交點為同步附著系數，從圖中克制空載時同步附著系數小于滿載時同步附著系數，因此空載時β曲線總是位于I曲線上方，φ>φ0, 制動時總是后輪先抱死，容易出現甩尾。

載重越小，側偏剛度越小，更易發飄。

18.為什么操縱穩定性良好的汽車應具有適度的不足轉向特性？

答：過多轉向，轉彎半徑減小，易發生急轉而側滑或翻車，使汽車有失去穩定性的危險。而中性轉向汽車在使用條件變動時，有可能轉變為過多轉向特性。

19.過多轉向特性如何改善？ 橫向穩定桿

20.為什么加入橫向穩定桿后，由過多轉向變為不足轉向？

汽車轉彎時，有一橫向傾斜，會導致汽車出現過多轉向，而加入橫向穩定桿之后，當汽車轉向時，會產生一個平衡力，阻止汽車的傾斜，使汽車在轉彎時保持平衡，從而能消除汽車的過多轉向。

汽車在穩態行駛時，車廂側傾角取決于側傾力矩和懸架總的角剛度，懸架總的角剛度為前后懸架及橫向穩定桿的側傾角剛度之和。當增加橫向穩定桿之后，前懸架的側傾角剛度增大，后懸架側傾角剛度不變，所以前懸架作用于車廂的恢復力矩增加（總側傾力矩不變），由此汽車前軸左右輪載荷變化就較大。在這種情況下，如果左右車輪輪胎的側偏剛度在非線性區，則汽車區域增加不足轉向量。21.VSC基本組成和工作原理 組成：車輛穩定性控制系統（VSC）主要由ABS（防抱死控制系統）,TCS（驅動力控制系統）,YSC（橫擺力矩控制）三個子系統組成。前二在制動和加速時工作，直接來控制車輪的縱向滑動率，提高車輛的制動或驅動性能，同時間接控制車輛的側向穩定性，YSC在車輛行駛的任何時刻都起作用，直接控制車輛的側向穩定性（由車輪側偏角和車輛橫擺角速度表示）

作用：用來控制車輛的橫擺力矩，限制車輪側偏角在一定范圍內，并在緊急情況下對車輛的行駛狀態進行主動干預，防止車輛在高速行駛轉彎或者制動過程中失控。

工作原理：由于車輛的行駛狀態主要由行駛車速、側向速度和橫擺角速度反映，因而，VSC系統的ECU能根據轉向盤轉交和制動主缸壓力等信號判斷駕駛員的駕駛意圖。計算出理想的車輛運行狀態參數值，通過與各傳感器測得的實際車輛狀態信號值的比較，根據邏輯控制算法計算出期望的橫擺力矩，然后通過控制液壓調節系統，對各車輪施加制動力，以實現所需要的車輛橫擺力矩。同時，還可以根據需要與發動機管理系統進行通信，改變驅動輪的驅動力以實現車輛運行狀態調節。22.NVH 即：噪聲（noise）、振動（vibration）、聲振粗糙度（harshness）來描述汽車乘坐舒適性。23.1/4主動懸架動力學方程，并簡化為狀態方程。

第五篇：車輛系統動力學-復習提綱1

1.簡要給出完整約束與非完如果約束方程是不可積分的微整約束的概念

分方程，這種約束就稱為非完整約束。

1)、約束與約束方程

一階非完整約束方程的一

一般的力學系統在般形式為：

運動時都會受到某些幾何或運

動學特性的限制，這些構成限制條件的具體物體稱為約束，用數

學方程所表示的約束關系稱為

、式中，qi為描述系統位形約束方程。的廣義坐（i = 1, 2, ?,n）； 為2）、完整約束與非完整約束 廣義坐標對時間的一階與 數；n

如果約束方程只是為廣義坐標個數；m為系統中非系統位形及時間的解析方程，則完整約束方程個數；t為時間。這種約束稱為完整約束。解釋滑動率的概念3-7,8 完整約束方程的一般形式為：

1.滑動率S

車輪滑動率表示車輪相對于

純滾動（或純滑動）狀態的偏離

式中，qi為描述系統程度，是影響輪胎產生縱向力的位形的廣義坐標(i=1，2，?，n)；一個重要因素。

n為廣義坐標個數；m為完整約

為了使其總為正值，可將驅束方程個數；t為時間。

動和被驅動兩種情況分開考慮。驅動工況時稱為滑轉率；被驅動2.輪胎模型中表達的輸入量

(2)輪胎側偏模型和側和輸出量有哪些？3-22,23

傾模型主要用于預測輪胎的側輪胎模型描述了輪胎六分力與向力和回正力矩，評價轉向工況車輪運動參數之間的數學關系，下低頻轉角輸入響應。

即輪胎在特定工作條件下的輸

(3)輪胎垂向振動模型 入和輸出之間的關系，如圖3-7主要用于高頻垂向振動的評價，所示。

并考慮輪胎的包容特性（包含剛

根據車輛動力學研性濾波和彈性濾波特性）。

究內容的不同，輪胎模型可分為：

(1)輪胎縱滑模型

主要用于預測車輛在驅動和制動工況時的縱向力。

（包括制動，常以下標b以示區別）時稱為滑移率，二者統稱為車輪的滑動率。

參照圖3-2，若車輪的滾動半徑為rd，輪心前進速度(等于車輛行駛速度)為uw，車輪角速度為ω，則車輪滑動率s定義如下：

車輪的滑動率數值在0~1之間變化。當車輪作純滾動時，即uw=rd ω，此時s=0；當被驅動輪處于純滑動狀態時，s=1。

3.寫出幾種典型的TCS控制方式 6-60,61,62，6-66? 從理論上講，汽車驅動輪滑轉是由于驅動力矩超過了輪胎與路

面間的附著極限，所以合理地減小汽車發動機扭矩或動力傳動中任何一環的傳遞扭矩都可以實現驅動防滑控制的目的，因此可以通過許多途徑來實現牽引力控制，如發動機管理、控制離合器、改變到驅動輪的傳動比、控制防滑差速器以及主動制動干涉等。

這些方法各有優缺點，實際應用中往往采用多種方法進行聯合控制，目前應用最為廣泛的是發動機扭矩控制與驅動輪制動控制的聯合控制方式。

長期以來，人們一直在很大程度上習慣按縱向、垂向和橫向分別獨立研究車輛動力學問題；而實際中的車輛同時會受到三個方向的輸入，各方向所表現的運動響應特性必然是相互作用、相互耦合的（圖1-1）。

縱向動力學：縱向動力學研究車輛直線運動及其控制的問題，主要是車輛沿前進方向的受力與其運動的關系。按車輛工況的不同，可分為驅動動力學和制動動力學兩大部分。

行駛動力學：與車輛行駛動力學有關的主要性能及參數如圖1-24.請畫出汽車底盤控制系統與車輛動力學的關系。傳統車輛動力學主要包括那三個方面的動力學研究？它們主要研究內容是什么？

行駛動力學研究中的首要問題

1-15,1-26,1-31,32,33,1-34.35.36.37.38,1-39.40

是建立考慮懸架特性在內的車輛動力學模型，而分析這些動力學問題的最簡單的數學模型應該是具有七自由度的整車系統模型。

隨著功能愈來愈強大的多體動力學仿真軟件的普及應用，所示。在有限的懸架工作空間內，設計人員必須為駕駛員和乘客提供良好的乘坐舒適性、良好的車身姿態，以及對車輪動載荷的合理控制。

圖1-1 底盤控制系統與車輛動力學關系示意圖

包括襯套等復雜細節在內的車輛模型也可以方便地得到。操縱動力學： 在車輛動力學研究中，操縱動力學的內容最為豐富，將在第三篇中加以介紹。

由于輪胎的重要性，因此操縱動力學建模中必須要與輪胎模型精度相吻合，否則建立的操縱模型將失去意義。

分析車輛操縱特性可以從最基本的兩自由度車輛模型人手，該模型中，車輛向前的速度被假定為恒定的，而兩個變量分別是車輛的側向速度和橫擺速度。雖然基本模型看似簡單，但它為操縱性能分析提供了十分重要的基礎。在線性范圍內，兩自由度模型的預估精度可能會達到70％以上。

操縱動力學的研究范圍分為三個區域：

線性域：側向加速度約小于0.4g時，通常意味著車輛在高附著路面作小轉向運動；

非線性域：在超過線性域且小于極限側向加速度(約為0.8g)范圍內；

非線性聯合工況：通常指車輛在轉彎制動或轉彎加速時的情況。5.畫出汽車平順性分析的七自由度模型? 并列出這七個自由度? 二-62?63? 二-68,69,70

首先從七自由度車輛模型開始介紹，如圖11-1所示。

假定車身是一個剛體，當車輛在水平面做勻速直線運動時。車身具有上下跳動、俯仰、側傾三個自由度；兩個前輪分別具有垂向運動的自由度；剩下的兩個自由度是表示獨立懸架的兩個后輪垂向運動(或非獨立懸架中后軸的垂向跳動和側傾轉動)。6.論述傳動系扭轉振動分析的建模方法、模型參數的獲取和激振力矩確定的一般方法？自由振動分析的目的是什么？強迫振動分析的目的是什么？7-18？ 1）首先分析扭振系統的激振源，2）然后簡化動力傳動系統的扭振系統，建立動力傳動系統的當量扭振模型，3）對系統的固有頻率和振型進行分析，確定系統的共振轉速，4）分析在穩態工況下傳動系統各軸段由于發動機周期性激振轉矩引起的載荷變化特征。

1．自由振動分析的目的：取得扭振系統的固有頻率和振型；

2．強迫振動分析的目的：進行發動機周期性的激振轉矩使傳動系統產生受迫振動，從而傳動系統各軸段引起載荷的周期性變化的分析。

7.寫出輪胎模型“魔術模型”

3)由于“魔術公式”為中縱向力、側向力和回正非線性函數，參數的擬合較困力矩的公式，并解釋公式難，有些參數與垂直載荷的關系中各個物理量的含義及該也是非線性的，因此計算量較模型的特點。3-30,31,32

大。“魔術公式”輪胎模型

4)C值的變化對擬合 “魔術公式”輪胎的誤差影響較大。

模型(Magic Formula TireModel)

5)不能很好地擬合小由Pacejka教授提出，它以三角

側偏情況下輪胎的側偏特性。函數組合的形式來擬合輪胎試驗數據，得出了一套形式相同并8.輪胎的滾動阻尼由那些部可同時表達縱向力、側向力和回分組成？各部分在總阻尼正力矩的輪胎模型，故稱為“魔中的權重？

術公式”。其形式如下：

滾動車輪產生的所有阻力被定

y= Dsin{Carctan[BxaCαf。其中，a和b分別為前軸和后軸至車輛質心的距離；Cαf和Cαr，分別代表了前、后輪胎的側偏剛度。設計者可以利用前后輪胎力（或力矩）的平衡關系，擴展穩定裕度這一概念。并以此來理解以下因素的影響：

a與負載情況有關的車輛質心位置；

b與輪胎的結構、尺寸和胎壓有關的輪胎側偏剛度； c前、后輪外傾角； d前、后軸載荷轉移；

e側傾轉向效應； f變形轉向效應。

13.下圖為Bosch公司開發的ABS在高附著系數路面上的制動過程。請以此論述該ABS控制過程。6-6,11,12 制動抱死過程

1、首先，由于駕駛員的作用使制動器管路壓力增大，車輪線速度變化比車速變化更快；

2、當車輪角加速度達到或小于某一門限值（-a），此時附著力接近最大值，制動壓力保持在當前值不變。

3、若車輪轉速小于滑移率門限值S1對應的值時，減小制動壓力；

4、若車輪角速度再次達到門限值（-a）時，重新進入保壓狀態。

5、盡管此時制動壓力保持穩定，但車輪因慣性作用會進一步加速轉動。若車輪角加速度越過門限值（+A），則再次升高制動壓力；

6、保持制動系統壓力，使車輪角加速度在（+A）～（-a）之間，然后慢慢增壓，直至車輪角加速度再次達到門限值（-a）；

7、本次循環以直接減壓結束，然后進入下一個循環。