3 汽车纵向动力学.ppt

第三章 汽车纵向动力学 讨论、思考题、作业： 1. 试分析建立汽车直线制动时的数学模型时，应 考虑哪几个自由度？ （思考） 2. ABS和ASR的作用有何异同？今后的发展趋势如 何？ （讨论） 3. 建立ABS制动系统的数学模型，并用Matlab仿 真分析。（作业） 2009-10-19 32 第三章 汽车纵向动力学 2009-10-19 33 第三章 汽车纵向动力学 问题的提出： 汽车只要在道路上行驶，就会存在驱动和制动方面的 问题 ，其性能如何？是否稳定？传统的汽车理论考虑时 通常将许多因素的影响简化了。本章讨论时，我们将考 虑得更细致。 2009-10-19 1 第三章 汽车纵向动力学 3.1 驱动与制动动力学基础 一、 汽车驱动力与行驶阻力 主 要 内 容 二、 汽车的加速性能 1. 驱动转矩引起的横向载荷转移 2. 附着极限 三、 汽车的制动性能 1. 制动系统功能 2. 制动系统的评价指标 2009-10-19 2 第三章 汽车纵向动力学 汽车驱动与制动动力学主要研究汽车纵向运动与其受力的 关系。驱动动力学主要涉及汽车的动力性，其主要评价指标通 常为最高车速、加速时间和最大爬坡度。制动动力学则主要涉 及汽车的制动性，通常定义为汽车行驶时能在短距离内停车且 维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。 一、汽车驱动力与行驶阻力 研究驱动动力学时需要确定沿纵向（行驶方向）作用于汽 车的各种外力，即驱动力和行驶阻力。驱动力是由发动机的转 矩经传动系传至驱动轮上得到的。行驶阻力有滚动阻力、空气 阻力和坡度阻力。 2009-10-19 3 第三章 汽车纵向动力学 1. 汽车的驱动力 它们是发动机功率或驱动轮的附着极限。具体取决于哪一个极 限主要看汽车的速度。低速时轮胎附着力可能是限制因素，而高速 时主要受限于发动机功率。 发动机的转矩经传动系传至驱动轮 上时，驱动轮将相对地面转动或具有转 动的趋势，如图所示。 附着力足够大时，车轮匀速转动时的 驱动力大小为： 分析受限于发动机功率的最大驱动 P Ft 力时首先要了解发动机的特性及其与传 作用在驱动轮上的转矩和驱动力 动系（发动机 、传动系）的匹配。 汽车前进方向 Tt 2009-10-19 4 第三章 汽车纵向动力学 Teitf ηtf r ? [( Ie + It )itf + Id it + Iw ] 2 2 得到驱动力为： Ft = aX r2 由两部分组成： 1）右边的第一项,代表了产生于地面的稳态驱动力，它被用来克 服各种阻力、使车辆加速。 2）右边的第二项代表发动机及传动系零件的转动惯量引起的驱 动力“损失”。 Te F t 一定转速下发动机的转矩 路面提供的附着力 变速器传动比 主传动比 变速器和驱动桥的总传动比 传动效率 it i f Ie It I w I d aX 发动机旋转零件转动惯量 变速器旋转零件换算到其输入 端的等效转动惯量 车轮及半轴的转动惯量 传动轴转动惯量 车辆加速度 ηtf 2009-10-19 itf 5 第三章 汽车纵向动力学 2. 汽车的行驶阻力 汽车在水平道路上行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来 自空气的空气阻力，当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力 沿坡道的分力，称其为坡度阻力。 这部分在汽车理论和第二章 轮胎动力学中有相应介绍，在此不 再重复。 二、汽车加速性能 知道了驱动力和行驶阻力，就可以计算车辆的加速性能了。 1.取决于发动机功率的极限加速能力 2.取决于附着力的极限加速能力 假设发动机功率足够大，极限加速能力会受到轮胎与路面之间 摩擦系数的限制。这样的话，驱动力的极限值为: 2009-10-19 6 第三章 汽车纵向动力学 作用在每个驱动轮上的垂直载荷等于静态载荷加上动态载荷， 后者是由加速时的纵向载荷转移或驱动转矩造成的横向载荷转移引 起的。 (1) 驱动转矩引起的横向载荷转移 不管是前桥还是后桥，只要驱动桥是刚性桥就存在横向载荷转 移。绕车桥中心点的力矩平衡方程为: ∑T 即 O = (Wr / 2 + Wy ? Wr / 2 + Wy )t / 2 + Ts ? Td = 0 Wy = (Td ? Ts ) / t Td ：为传动轴作用在驱动桥上的转矩 T s ：簧载质量经悬架作用于驱动桥的 转矩 刚性驱动桥受力分析图 2009-10-19 7 第三章 汽车纵向动力学 T 上面方程中， d 与驱动力有关： Td = Ft r / i f 而 Ts = Ts f + Tsr = Kφ r φ + Kφ f φ = Kφ φ Ft r Kφ f 综合以上几式可得： Wy = i f t Kφ r＋Kφ f 注意： 1. 横向载荷转移的大小是驱动力及一些其它车辆参