车辆底盘建模与分析1概论.ppt

1.1课程简介 介绍车辆动力学的基本内容，即驱动与制动动力学、行驶动力学、操纵动力学和轮胎力学；并结合ADAMS软件，运用多体系统动力学建模方法进行汽车动力学仿真及控制系统设计。 通过一些工程实例使同学理解动力学概念，掌握分析及模拟方法，为车辆设计奠定基础。 通过本课程的学习，要求学生掌握以下内容： 1、车辆的动力性分析与计算 2、车辆的动力装置参数的选定 3、车辆的制动性分析与计算 4、了解ABS 5、车辆操纵稳定性的分析 6、车辆轮胎的受力分析 7、车辆平顺性的分析 8.、基于ADAMS的车辆动力学建模与模拟 相关书籍推荐 余志生主编《汽车理论》第5版 （美）Thomas D.Gillespie 著.车辆动力学基础.赵六奇，金达锋，译.清华大学出版社 吴光强 主编.汽车理论.人民交通出版社 傅立敏 著.汽车空气动力学. 机械工业出版社 （英）Julian Happian-Smith 主编.现代汽车设计概论. 张金柱 译.化学工业出版社 喻凡 ，林逸 编著.汽车系统动力学. 机械工业出版社 1.2 建模的基本知识 1.集中质量 车辆由众多零部件构成。在不同工况、不同研究目的中，对这些零部件有不同的处理方法。例如，在制动过程中，车辆作为整体减速，可以假设整车是一个集中质量块，这个质量块的质心位置与整车质心位置重合，这个质量块拥有与整车相同的质量和惯性特性。实际上，加速、制动和大多数转向分析，把整车作为一个集中质量来研究都可以满足要求。但在乘坐舒适性研究中，我们不能忽视弹性元件的作用，而必须把整车质量分为“悬挂质量”和“非悬挂质量”。 2.车辆固定坐标系统 3.地面固定坐标系统 车辆操纵过程的姿态和运行轨迹，参照固定在地面上的右手直角坐标系来确定。一般情况下，车辆固定坐标系选择与操纵的起始点相一致。此坐标系的定义如下： X——向前运动； Y——向右运动； Z——垂直运动（向下为正方向）； ——方向角（水平面上x轴与X轴之间的夹角）； ——路径角（车辆速度向量与X轴之间的夹角）； ——侧滑角（车辆速度向量与x轴之间的夹角）。 4.地面固定坐标系下的车辆 5.欧拉角 用来确定刚体位置的3个一组独立角参量，为欧拉首先提出而得名。由三个方向上的依次旋转构成，它们有多种取法，以不同的顺序转动同样3个欧拉角得到的变换结果一般是不同的，会导致不同的车辆姿态。常用转动顺序是3-1-3。3表示z轴，1表示x轴。即表示，第一次绕地面固定坐标系Z轴转动；第二次绕X轴转动；第三次绕z轴转动。 第一欧拉角 第二欧拉角 第三欧拉角 1.3力学方法 1.3.1牛顿第二定律 平动系统 转动系统 单自由度建模 系统的自由度定义为能完全描述系统运动所必须的独立的坐标个数。在离散模型中，最简单的是单自由度线性系统，它用一个二阶常系数常微分方程来描述。这类模型常用来作为较复杂系统的初步近似描述。 建立单自由度系统的运动微分方程，其步骤： ⑴ 建立坐标系（以离开其静平衡位置方向为正）； ⑵ 将质量块作为分离体进行受力分析，画受力图； ⑶ 根据牛顿第二定律列出方程。 1.3.2拉格朗日方法 研究动力学建模问题大体可分为两类：第一是以牛顿定律为基础的矢量力学方法；二是以变分原理为基础的分析力学方法。前一种方法已经介绍过，本节将重点介绍后一种方法。 概括地讲，分析力学方法以功和能这样的标量为基本概念，通过引入广义坐标描述系统的位移，运用数学分析手段来建立系统的运动微分方程，本节将重点讲述拉格朗日（Lagrange）方程及其应用。 拉格朗日法是从能量的观点建立系统的动能T、势能U和功W之间的标量关系，研究静、动力学问题的一种方法。它是一种普遍、简单和统一的方法，适用于简单或复杂系统的分析。拉格朗日方程的形式如下式： 式中，T为系统总动能； 为系统广义坐标；为广义坐标对时间t的导数； 为对应于广义坐标的广义力。 1.4车辆受力分析 2.坡道驻车受力 3.坡道加速分析 4.汽车如何“飞” * * * * * * * * * * 车辆底盘建模与分析 主讲 顾林 * * * * * * 汽车何以能飞 0 x 静平衡位置 弹簧原长位置 m 1.轮胎静态负荷