車輛動力學(xué)綜述

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1、車輛動力學(xué)綜述人們常說控制一輛高速機動車的主要作用力產(chǎn)生于四塊只有手掌般大小的區(qū)域一一車輪與地面的接觸區(qū)。這種說法恰如其分。對充氣（橡膠）輪胎在路面生所產(chǎn)生的力和力矩的認識。是了解公路車輛動力學(xué)的關(guān)鍵。廣義上，車輛動力學(xué)包括了各種運輸工具一一輪船、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(xué)所包含的原理，各不相同并且十分廣泛。車輛動力學(xué)主要分為車輛系統(tǒng)動力學(xué)和車輛行駛動力學(xué)。因為車輛性能在加速、制動、轉(zhuǎn)向和彳丁駛過程中運動的表現(xiàn)是施加在車輛上的力的響應(yīng)。，所以多是車輛動力學(xué)的研究必須涉及兩個問題：怎樣以及為什么會產(chǎn)生這些力。在車輛上

2、影響性能的主要作用力是地面對輪胎產(chǎn)生的反作用力。因此，需要密切關(guān)注輪胎特性，這些特性有輪胎在各種不同工況下產(chǎn)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(tǒng)動力學(xué)的研究的主要方向是如何提高車輛的平順性、穩(wěn)定性以及安全性。主要將動力學(xué)原理用于車輛行駛系統(tǒng)的控制以及優(yōu)化控制，包括輪胎、轉(zhuǎn)向、懸架以及電控系統(tǒng)的分析研究，進而得到更優(yōu)的力學(xué)特性。1＞懸架傳統(tǒng)的被動懸架具有固定的懸架剛度和阻尼系數(shù)，設(shè)計的出發(fā)點是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進行折中。被動懸架在設(shè)計和工藝上得到不斷改善，實現(xiàn)低成本、高可靠性

3、的目標，但無法解決平順性和操縱穩(wěn)定性之間的矛盾。20世紀50年代產(chǎn)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(jù)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(zhí)行器的研發(fā)兩個方面。圖1所示為上述各種懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中K代表懸架彈性元件剛度，代表輪胎等效剛度，（X代表減振器阻尼，代表主動裝置，代表非懸掛質(zhì)量，代表懸掛質(zhì)量。(d)慢主動懸架(e)全主動懸架圖1各類懸架結(jié)構(gòu)示意圖(1)半主動懸架半主動懸架系統(tǒng)介于被動懸架系

4、統(tǒng)和全主動懸架系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單、成本低；自20世紀90年代以來半主動懸架系統(tǒng)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(diào)式和阻尼可調(diào)式兩種。目前，彈簧的剛度調(diào)節(jié)普遍通過空氣彈簧或油氣彈簧來實現(xiàn)。剛度可調(diào)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ContinentalMarkVII車型和豐田公司LEXSUS(LS400弄型上均成功應(yīng)用了彈簧剛度有級可調(diào)的半主動空氣懸架。全球汽車零部件供應(yīng)商大陸集團為保時捷開發(fā)了彈簧剛度可調(diào)的空氣

5、懸架，裝備于Panamera車型上。(2)全主動懸架A—執(zhí)行元件E一比較器F—力傳感器P一電位器一控制閥丨一懸掛質(zhì)量2—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—*非懸掛質(zhì)量一路面輸入圖2全主動懸架工作原理全主動懸架系統(tǒng)釆用一個可控的執(zhí)行器代替了被動懸架的相應(yīng)部件，是有源控制系統(tǒng)。全主動懸架系統(tǒng)所采用的執(zhí)行元件具有較寬的響應(yīng)頻帶，為0?15H乙有的高達100H乙對車輪的高頻共振也可以控制。全主動懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由執(zhí)行元件、各種傳感器、信號處理器和控制單元等組成，執(zhí)行元件多采用電控液壓或電控氣壓伺服系統(tǒng)。（3）汽車主動懸架的研

6、究發(fā)展趨勢目前，被動懸架的應(yīng)用在一定時間內(nèi)仍是最廣泛的，可以通過進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)和參數(shù)來提升懸架性能。半主動懸架性能優(yōu)于被動懸架，成本比全主動懸架低，它將是今后懸架系統(tǒng)的主要發(fā)展方向之一，而研發(fā)可靠、調(diào)節(jié)方便的可調(diào)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(jié)構(gòu)復(fù)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(zhí)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(fā)展方向。2、輪胎車輛動力學(xué)性能的穩(wěn)定控制系統(tǒng)（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(tài)進行評估，對收集的參數(shù)進

7、行計算分析，從而得到更為直觀可靠的數(shù)據(jù)，有利于研究人員做岀判斷和改進。這對于汽車的行駛穩(wěn)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(xué)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(tài)輪胎性能。遵守一個規(guī)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(chuàng)建一個無阻尼振蕩模型在.3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（1）汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕駛員用來控制汽車運動方向的系統(tǒng)，它直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛的舒適性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展至今，出現(xiàn)了機械式、液壓助力式、電控液壓動力式、

8、電動助力式和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)的分析與研究變得日益重要。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為整車的一個重