2009级车辆系统动力学复习资料(修订版).pdf
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1、Copyright 2009-20102009 级汽车系统动力学复习资料(修订版)by WDM-1-2009 级汽车系统动力学复习资料(修订)前言前言前言前言2009级“汽车系统动力学”由姚为民、史文库老师授课,使用教材为史文库老师主编的车辆系统动力学(校内讲义 2006.12.1版)。本复习资料参考了2005、2007、2008 级的复习题,基本覆盖以上内容,并整理为电子版,清晰明了便于阅读。共 35 题,每题答案对应教材内容的页码都已在问题中标出,个别答案参考了汽车构造 汽车理论,由于本人水平有限,有些答案可能不够准确,希望能与各位探讨交流,即时更正,整理出更全面准确的复习资料,以便大家更
2、好的复习,也为师弟师妹们提供方便。作者 QQ:267276199校内网:http:/ 绪论绪论绪论绪论1.什么是系统?P1)系统大体分为哪几类?P1)它有哪些特征?P2)(1)把极其复杂的研究对象称为系统,即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成具有特定功能的有机整体,而且这个系统的本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。(2)系统大体分为三类:自然系统、人工系统、组合系统。(3)系统有四个特征:1系统具有层次性2系统具有整体性3系统具有目的性4系统具有功能共性2.系统动力学有哪三个研究任务?P2)汽车系统动力学的研究内容是什么?P4)(1)在系统动力学研究中,从输入、系统、输出三者之间
3、的关系中,可以引出三个不同的研究任务。1系统设计:已知输入和设计系统的特性,使得它的输出满足一定的要求。2系统识别:已知输入和输出来研究系统的特性。3环境预测:已知系统的特性和输出来研究输入。(2)可以把汽车系统动力学的研究内容归纳为以下四点:1路面特性分析、环境分析及环境与路面对汽车的作用;2汽车系统及其部件的运动学和动力学,汽车内各个子系统的相互作用;3汽车系统最佳控制和最佳使用;4车辆-人系统的相互匹配和模型的作用,驾驶员模型,以及车辆的工程技术设计适合于人的使用,从而使人-机系统的工作效率最高。3.汽车系统动力学的研究方法和理论基础有哪些?P4)什么是模型?P5)模型可分为哪几类?P5
4、)建立系统动态数学模型的方法主要有哪几种?P8)(1)汽车系统动力学的研究方法:解决任何一个系统问题的首要步骤就是把实际问题抽象,并转化为简化的模型。(抽象是通过一种思维区分出现象的本质而抽出其中非本质和次要的性质的一种逻辑方法。)在抽象的基础上就要建立表达系统行为的物理或数学的模型,这就是所谓的物理模型和数学模型。(2)理论基础有:汽车构造、汽车理论、汽车动力学、信号与系统、自动控制理论、随机振动理论、多刚体动力学等。(待审)(3)模型的定义为:模型是一种过程或行为的定量或定性代表,它应能显示对所考虑目标具有决定性的后果。Copyright 2009-20102009 级汽车系统动力学复习资
5、料(修订版)by WDM-2-(4)模型的分类可分为:比例的物理模型、数学等效模型、数学模型。(5)目前建立系统动态数学模型的方法有:1各种数学方程式2用数字和逻辑符号建立符号模型方框图3功率键合图第二章第二章第二章第二章 路面路面路面路面4.车辆支承面分为哪几类?P16)土壤如何进行分类?P16)它的三态指什么?P17)土壤的机械性能指的是什么?P17)(1)车辆支承面一般分为两类:硬路面和软路面。(2)根据土壤中各类质点含量的相对比例作为土壤分类的标准,就称为土壤的质地分类;又因为地面附着能力来自黏土质地,所以地面也可以按黏土质点的含量来分类。(3)根据土壤含水量的多少,可分为固态、液态、
6、塑态。(4)土壤的机械力学性能最重要的是其对垂直载荷的抵抗能力,也就是土壤在垂直载荷作用下的下陷深度。5.什么是随机过程?P19)(1)没有确定的变化,没有必然的变化规律,也不能用确定的函数加以描述,这样的变化过程叫做随机过程。6.用哪些数字特征来描述路面不平特性?国际、国内路面功率谱密度的表达式?P50)(1)通常用路面不平度的功率谱密度和方差等统计特性参数描述路面不平特()qG n2q性。(作为车辆振动输入的路面不平度,主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。)(2)路面功率谱密度用下式作为拟合表达式:()qG n00()()WqqnG nG nn=式中,n 为空间频率(),它是波长的倒数,
7、表示每米长度中包括几个波长;1m为参考空间频率,;为参考频率下的路面功率谱密度值,0n100.1nm=0()qG n0n称为路面不平度系数,单位为;W 为频率指数,为双对数坐标上斜213/mmm=线的斜率,它决定路面功率谱密度的频率结构。第三章第三章第三章第三章 汽车空气动力学汽车空气动力学汽车空气动力学汽车空气动力学7.什么是汽车空气动力学?P59)气动阻力系数的定义是什么?P60)(1)汽车空气动力学是研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的学科,它属于流体力学的一个重要部分。(2)为了评价汽车的空气动力性能,引入气动力系数的概念。气动阻力系数 CX定义为:Cop
8、yright 2009-20102009 级汽车系统动力学复习资料(修订版)by WDM-3-X2rF=1V A2XC=气动阻力动压 正投影面积式中,为 X 向气动阻力;为空气密度;为汽车与空气相对速度;A 为汽XFrV车的正投影面积。(气动阻力系数是一个无量纲数,它代表了气动阻力与气流能量之比。)8.汽车的气动阻力有哪些?其定义分别是什么?P61)气动阻力对汽车的动力性有哪些影响?P63)(1)气动阻力有五部分组成:1形状阻力(58%):当汽车行驶时,气流流经汽车表面过程,在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流,即形成负压,而汽车正面是正压,所以涡流引起的阻力也称压差阻力。又因为这部分
9、阻力与车身形状有关,也称形状阻力。2摩擦阻力(9%):当空气流经汽车表面时,由于气流的黏性作用产生切向力,空气微团与车身表面之间发生摩擦,这种摩擦阻碍了气体的流动,形成一种阻力称为摩擦阻力。3诱导阻力(7%):气流经车身上下部时,由于空气质点流经上下表面的路程不同,流速不同从而产生压差,即升力,升力在水平方向上的分力称为诱导阻力。4干扰阻力(14%):由车身外面的凸起物所造成的阻力。5内循环阻力(12%):为发动机冷却和乘座舱内换气而引起空气气流通过车身的内部构造所产生的阻力。(2)气动力对汽车动力性能的影响1行驶阻力与车速的关系:当汽车在水平路面上匀速行驶时,只有气动阻力和滚动阻力,由汽车理
10、论可知当汽车速度较低时(75km/h 左右),气动阻力和滚动阻力将各占一半;当汽车车速较高时,气动阻力在总行驶阻力中所占的比例将会越来越大,所以对高速行驶的汽车都必须尽力减小气动阻力。21()2zxaFGFfCV A=+2发动机功率与车速的关系:当汽车在水平路面上等速行驶时,发动机的功率与滚动阻力功率和气动阻力功率平衡。由汽车理论可知滚动阻力功率与车速的一次方成正比,而气动阻力功率与车速的三次方成正比。所以当汽车在高速路上行驶时,降低气动阻力有很大的意义。3111()36007200eaxaTPGfVC AV=+3气动阻力与最高车速的关系:当汽车在水平路面上等速行驶时,驱动力全部用来克服滚动阻
11、力和气动阻力,由汽车理论可知当最大驱动力和车重 G 一定时,减小气动阻力系数 CX可以提高汽车的最高车速 Vamax,或者提高升力系数 CZ也可以提高车速,但提高升力系数 CZ会影响汽车的稳定性,所以不能通过提高升力系数来提高最高车速 Vamax。Copyright 2009-20102009 级汽车系统动力学复习资料(修订版)by WDM-4-12maxmax1()2taxzFGfVA CC f=4气动阻力对加速度的影响:由汽车理论可知,汽车的加速能力首先取决于发动机的加速性能,其次还有汽车的气动阻力系数 CX近似成反比关系,减小汽车的空气阻力,就可以使汽车的加速度提高。2360032aeT
12、xadVdPdtdtGfC AV=+9.影响汽车影响汽车操纵稳定性的气动力有哪些?P68)并说明采取哪些措施减少它们对操纵稳定性的影响?P69)(1)影响汽车操纵稳定性的气动力可分为三组:1升力和俯仰力矩:关系到附着力和牵引力;2侧向力和横摆力矩:关系到侧风稳定性和直线行驶性;3侧倾力矩:关系到侧向稳定性。(2)为减少气动力对操纵稳定性影响采取的措施1升力和俯仰力矩:A.尽量做到风压中心与重心接近;B.采用类似楔形造型,尽量压低车身的前端,使尾部肥大向上翘;C.在车顶后端或车尾做成翘起来的形状。2侧向力和横摆力矩:A.尽量合理安排各总成,做到风压中心处于重心以后,以提高稳定性;B.尽量压低车身
13、高度,处理好横截面的流线型性,以降低横摆力矩;C.车身后端加尾翘或采用方背式布置,使风压中心后移,以减小横摆力矩的不安定成分。3侧倾力矩:A.尽量使风压中心在高度上接近于侧倾轴线;B.尽量降低重心;C.采用长度较小、宽度较大、车身低矮的布置形式。10.汽车空气动力学试验的基本方法有哪些?P72)风洞试验的测量方法?P72)(1)试验基本方法:1模型风洞试验法;2实车风洞试验法;3实车道路试验法。(2)风洞试验分为定性和定量测量。六分力测量 定量 风洞试验 压力分布测量 定性流态显示试验第四章第四章第四章第四章 轮胎轮胎轮胎轮胎11.轮胎的基本功能有哪些?P74)什么是轮胎的高宽比(扁平率)?P
14、75)试述轮胎侧偏的概念。P84)(1)轮胎有三种必备的基本功能:1支撑垂直负载,同时缓冲路面冲击。2产生纵向的加速和制动力。3产生供转向的侧向力。(2)扁平率(%):轮胎断面高 H 和断面宽 B 之比,H/B*100%(3)当汽车曲线行驶时,或受到侧风作用,车轮中心将会受到一个侧向力,相应在地面Copyright 2009-20102009 级汽车系统动力学复习资料(修订版)by WDM-5-上产生地面侧向作用力,由于轮胎具有侧向弹性,因而轮胎胎面中心线上诸点的连线发生扭曲,随着车轮滚动,上述诸点落于地面上,将其连线所形成的轨迹线与原中心面与地面交线之间形成夹角,即为轮胎侧偏现象,此角称为侧
15、偏角。12.转弯的滚动阻力公式推导。P80)参考书 P80,P81 的图要掌握。13.什么是侧偏刚度?P84)侧偏刚度影响因素有哪些?P86)(1)在实用中可以认为侧偏力 Fy与侧偏角之间可用表示,Ky是侧偏刚度,yyFK=i是 Fy-曲线在=0 处的斜率。(2)侧偏刚度的影响因素:1垂直载荷 W 和法向反力 FZ:W 增大,同样侧偏力下侧偏角减小,Ky增大,最大回正力矩 TZ也增大。(,tp为轮胎拖距)zypTF t=i2轮胎型式和结构参数:子午线轮胎接地面宽,侧偏刚度比斜交胎高,同样侧偏角时回正力矩大;轮胎气压增加,侧偏刚度增大,但气压过高,刚度不再变化,气压高,接地印迹短,轮胎拖距也小,
16、回正力矩变小。3纵向力 Fx(包括驱动力和制动力):在一定侧偏角下,驱动力或制动力增加时,侧向力逐渐有所减少。14.轮胎侧偏的数学模型?P87)轮胎的垂直振动力学模型?P101)(此问题,分别在 P87 和 P101 有详述,感兴趣的同学可以仔细看看,但上课时老师未讲,考试应该不会涉及,可以略过。)第五章第五章第五章第五章 汽车转向系统动力学汽车转向系统动力学汽车转向系统动力学汽车转向系统动力学15.汽车转向稳定性有哪些参数评价?P111)评价瞬态响应品质的参数?P114)(1)汽车转向稳定性的参数评价有:1稳定性因数 K(,K0 不足转向;K12()1 不足转向;R/Ro0 不足转向;S.M
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