汽车系统动力学.docx

汽车系统动力学（汽车系统动力学）教学大纲一、课程性质与任务1课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。2课程任务：本课程要求学生学习和把握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车辆的动态载荷、转向动力学等。研究路面不平度鼓励的振动。了解该领域世界发展及最新成果。通过学习本课程，把握汽车动力学分析的一般的理论和方法，为今后汽车系统动力学分析、从事该领域研究、开发奠定基础。二、课程教学基本要求本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科，其内容可按车辆运动方向分为纵向、垂向和侧向动力学三大部分。要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学(垂向)和操纵动力学(侧向)内容。运用系统方法及当代控制理论，结合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。成绩考核形式：末考成绩闭卷考试70%平常成绩平常测验、作业、课堂提问、课堂讨论等30。成绩评定采用百分制，60分为及格。三、课程教学内容绪篇概论和基础理论第一章车辆动力学概述1.教学基本要求让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、标准和法规、发展趋势。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、发展趋势。3.教学重点和难点教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、车辆特性和设计方法。教学难点是车辆特性和设计方法。4.教学内容第一节历史回首1.车辆动力学的历史发展第二节研究内容和范围1.纵向动力学2.行驶动力学3.操作动力学第三节车辆特性和设计方法1.期望的车辆特性2.设计方法3.汽油机与柴油机速度特性的比拟第四节术语、标准和法规1.汽车术语、标准和法规第五节发展趋势1.车辆的主动控制2.多体系统动力学3.闭环系统和主观与客观评价第二章车辆动力学建模方法及基础理论1.教学基本要求让学生了解动力学方程的建立方法、非完好系统动力学、多体系统动力学方法。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了牛顿矢量力学体系、分析力学体系、虚功率原理、高斯原理；了解非完好系统动力学、非完好约束方程的实例、车辆动力学中应用非完好约束的利弊相应概念；理解多体系统动力学方法的研究方法3.教学重点和难点教学重点是动力学方程的建立方法、多体系统动力学方法。教学难点是非完好系统动力学。4.教学内容第一节动力学方程的建立方法1.牛顿矢量力学体系2.分析力学体系3.虚功率原理4.高斯原理第二节非完好系统动力学1.非完好系统动力学2.非完好约束方程的实例3.车辆动力学中应用非完好约束的利弊第三节多体系统动力学方法1.发展大概情况2.研究方法第三章充气轮胎动力学1.教学基本要求让学生了解汽车轮胎的功能、构造及发展、轮胎模型、轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车轮胎滚动助力、道路阻力、轮胎侧偏阻力、总的车轮滚动阻力、轮胎纵向力与滑动率的关系；轮胎垂向力学特性的轮胎的垂向特性、轮胎噪声、轮胎垂向振动力学模型；轮胎侧向力学特性的纯转向工况、联合工况、整车建模对轮胎模型的考虑。3.教学重点和难点教学重点是轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。教学难点是轮胎力学模型。4.教学内容第一节概述1.轮胎坐标系2.车轮运动参数第二节轮胎的功能、构造及发展第三节轮胎模型第四节轮胎纵向力学特性1.轮胎滚动助力2.道路阻力3.轮胎侧偏阻力4.总的车轮滚动阻力5.轮胎纵向力与滑动率的关系第五节轮胎垂向力学特性1.轮胎的垂向特性2.轮胎噪声3.轮胎垂向振动力学模型第六节轮胎侧向力学特性1.纯转向工况2.联合工况3.整车建模对轮胎模型的考虑第四章空气动力学基础1.教学基本要求让学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆空气阻力。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解空气的特性、伯努利方程、压力分布和压力系数、空气动力学试验、车辆空气阻力相关概念。3.教学重点和难点教学重点是汽车车辆空气阻力。教学难点是汽车车辆空气阻力。4.教学内容第一节概述第二节空气的特性1.空气密度2.空气粘度第三节伯努利方程第四节压力分布和压力系数1.压力分布2.压力系数第五节实际气流特性概述第六节空气动力学试验1.风洞试验2.雷偌数3.流场可视化第七节车辆空气阻力1.SAE坐标系2.空气阻力系数第一篇纵向动力学第五章纵向动力学性能分析1.教学基本要求让学生了解动力的需求与供给、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制动性。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解动力的需求与供给；动力性；燃油经济性；驱动与附着极限和驱动效率车辆所受的垂向力、车辆所受的纵向力、前后轴的附着率、路面附着限制的加速或爬坡能力、驱动效率；制动性制动性的评价、直线制动动力学分析；制动稳定性分析；转弯制动动力学分析；制动控制系统。3.教学重点和难点教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。4.教学内容第一节动力的需求与供给1.车辆对动力的需求2.车辆的动力供给第二节动力性1.概述2.爬坡能力3.加速能力第三节燃油经济性1.燃油消耗量计算2.减少油耗的途径第四节驱动与附着极限和驱动效率1.车辆所受的垂向力2.车辆所受的纵向力3.前后轴的附着率4.路面附着限制的加速或爬坡能力5.驱动效率第五节制动性1.制动性的评价2.直线制动动力学分析3.制动稳定性分析4.转弯制动动力学分析5.制动控制系统第六章纵向动力学控制系统1.教学基本要求让学生了解汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统、车辆稳定性控制系统。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车防抱死制动控制的控制目的、控制经过、控制策略；驱动力控制系统的基本原理和控制目的、控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的基本原理和控制目的、控制方式。3.教学重点和难点教学重点是汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统。教学难点、车辆稳定性控制系统。4.教学内容第一节防抱死制动控制1.概述2.控制目的3.控制经过4.控制策略5.应用举例第二节驱动力控制系统1.概述2.基本原理和控制目的3.控制方式第三节车辆稳定性控制系统1.概述2.系统组成和工作原理3.控制方式第七章动力传动系统的振动分析1.教学基本要求让学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析、动力传动系统的减振措施。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析的动力学方程和振型分析、动力传动系统的减振措施。3.教学重点和难点教学重点是汽车固有频率与振型分析、动力传动系统的减振措施。教学难点是汽车固有频率与振型分析。4.教学内容第一节扭振系统的激振源第二节扭振系统模型与分析1.扭振力学模型2.扭振动力学方程3.固有频率与振型分析4.发动机的临界转速第三节动力传动系统的减振措施第二篇行驶动力学第八章路面输入及其模型1.教学基本要求让学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解路面测量技术及数据处理、路面输入模型、特殊路面输入的数据处理方法。3.教学重点和难点教学重点是路面测量技术及数据处理、路面输入模型。教学难点是特殊路面输入。4.教学内容第一节路面测量技术及数据处理1.路面测量技术2.数据处理第二节路面输入模型1.频率模型2.时域模型3.四轮输入时的考虑第三节特殊路面输入第九章与平顺性相关的部件1.教学基本要求让学生了解汽车与平顺性相关的部件。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车与平顺性相关的部件：弹簧、减振器、导向机构、座椅。3.教学重点和难点教学重点是汽车弹簧、减振器、导向机构。教学难点是汽车弹簧。4.教学内容第一节概述第二节弹簧1.金属弹簧2.气体弹簧第三节减振器1.概述2.摩擦式减振器3.液力减振器4.减振器特性第四节导向机构第五节座椅第十章人体对振动的反响1.教学基本要求让学生了解人体对振动的反响。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解人体对振动的反响的标准、平顺性测量。3.教学重点和难点教学重点是人体对振动的反响的标准、平顺性测量。4.教学内容第一节概述第二节标准第三节平顺性测量第十一章行驶动力学模型1.教学基本要求让学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析，整车模型的推导及分析。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析的运动方程与结果分析，整车模型的推导及分析。3.教学重点和难点教学重点是单轮车辆模型的推导。教学难点是单轮车辆模型的推导。4.教学内容第一节模型推导的前提第二节单轮车辆模型的推导1.运动方程2.线性分析3.系统的性能指标4.例题计算5.结果分析第三节半车模型的推导及分析1.运动方程2.结果分析第四节整车模型的推导及分析第十二章可控悬架系统1.教学基本要求让学生了解汽车可控悬架系统。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车身高度调节系统、自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统、连续可变阻尼的半主动系统、各类悬架系统的性能比拟、主动悬架控制算法介绍。3.教学重点和难点教学重点是自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统，、各类悬架系统的性能比拟。教学难点是全主动系统。4.教学内容第一节车身高度调节系统第二节自适应阻尼调节系统第三节可切换阻尼系统第四节全主动系统第五节有限带宽主动系统第六节连续可变阻尼的半主动系统第七节各类悬架系统的性能比拟第八节主动悬架控制算法介绍1.随机线性最优控制2.预瞄控制第三篇操纵动力学第十三章基本操纵模型1.教学基本要求让学生了解汽车基本操纵模型相应概念。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车基本操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析、对实际问题的考虑。3.教学重点和难点教学重点是基本操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析。教学难点是运动方程的推导。4.教学内容第一节概述1.背景2.作用于车辆的外力与外力矩第二节基本操纵模型假设第三节运动方程的推导1.采用牛顿方法的模型推导2.采用拉格朗日方法的模型推导第四节操纵特性分析1.稳态响应分析2.稳定性分析3.频率响应分析第五节对实际问题的考虑1.车辆的质心位置2.轮胎侧偏刚度3.载荷的轴向转移4.车轮外倾角影响5.变形转向的影响第六节实例分析与比拟第十四章基本操纵模型的扩展1.教学基本要求让学生了解汽车基本操纵模型的扩展概念。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解考虑车身侧倾的三自由度操纵模型；车轮转动效应、转向系统的影响；悬架运动学的侧倾转向系数、侧倾外倾系数、侧倾倾向偏移系数；变形转向的前轴变形转向效应、后轴变形转向效应。3.教学重点和难点教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。4.教学内容第一节概述第二节考虑车身侧倾的三自由度操纵模型1.动能2.势能和耗散能3.广义力第三节车轮转动效应第四节转向系统的影响第五节悬架运动学1.侧倾转向系数2.侧倾外倾系数3.侧倾倾向偏移系数第六节变形转向1.前轴变形转向效应2.后轴变形转向效应第十五章操纵动力学性能及实例分析1.教学基本要求让学生了解汽车操纵动力学性能及实例分析。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车模型参数组的开发；实例中稳态响应分析、稳定性分析、频率响应分析。3.教学重点和难点教学重点是汽车实例中稳态响应分析、稳定性分析、频率响应分析。教学难点是汽车操纵动力学性能的实例分析。4.教学内容第一节模型参数组的开发第二节实例分析1.稳态响应分析2.稳定性分析3.频率响应分析第十六章转向系统动力学及控制1.教学基本要求让学生了解汽车转向系统动力学模型及控制方法。2.要求学生把握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解汽车转向系统的概念；转向系统振动分析的振动系统的组成、系统的外界激振、前轴与前轮的耦合振动；四轮转向系统的概述、转向运动学与动力学分析、一个4WS系统分析模型；电动助力转向系统的概述、电动助力转向系统建模、控制逻辑与性能分析。3.教学重点和难点教学重点是汽车转向系统振动分析，四轮转向系统。教学难点是汽车电动助力转向系统。