汽车系统动力学16.docx

1、汽车系统动力学16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掌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。研究路面不平度激励的振动。了解该领域世界发展及最新成果。通过学习本课程，掌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

2、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。运用系统方法及现代控制理论，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%）平时成绩（平时测验、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.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学

3、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 历史回顾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较第四节 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

4、整系统动力学、多体系统动力学方法。2.要求学生掌握的基本概念、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；了解非完整系统动力学、非完整约束方程的实例、车辆动力学中应用非完整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。教学难点是非完整系统动力学。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 非完整系统动力学1.非完整系统动力学2.非完整约束方程的实例3.车辆动力学中应用非完整约束的利弊第三节 多体系统动力学方法1.发

5、展概况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、结构及发展、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.要求学生掌握的基本概念、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

6、节 轮胎的功能、结构及发展第三节 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.要求学生掌握的基本概念、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

7、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应、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制动性。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解动力的需求与供应；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、

8、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 动力的需求与供应1.车辆对动力的需求2.车辆的动力供应第二节 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

9、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.要求学生掌握的基本概念、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标、控制过程、控制策略；驱动力控制系统的基本原理和控制目标、控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的基本原理和控制目标、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.控制目标3.控制过程4.控制

10、策略5.应用举例第二节 驱动力控制系统1.概述2.基本原理和控制目标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.要求学生掌握的基本概念、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

11、.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.要求学生掌握的基本概念、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

12、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.要求学生掌握的基本概念、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 人体对振动的反应1.教学基本要求让学生了解人体对振动的反应。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解人体对振动的反应的标准、平顺性测量。3.教学重点和难点教学重点是人体对振动的

13、反应的标准、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.要求学生掌握的基本概念、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

14、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.要求学生掌握的基本概念、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较、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较。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

15、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较第八节 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.要求学生掌握的基本概念、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

16、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 实例分析与比较第十四章 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.要求学生掌握的基本概念、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

17、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.要求学生掌握的基本概念、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

18、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.要求学生掌握的基本概念、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

19、车电动助力转向系统。4.教学内容第一节 概述1.转向系统结构2.转向几何系第二节 转向系统振动分析1.振动系统的组成2.系统的外界激振3.前轴与前轮的耦合振动第三节 四轮转向系统1.概述2.转向运动学与动力学分析3.一个4WS系统分析模型第四节 电动助力转向系统1.概述2.电动助力转向系统建模3.控制逻辑与性能分析第四篇车辆计算机建模与仿真第十七章 车辆动力学计算方法与软件1.教学基本要求让学生了解车辆动力学计算方法与软件。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解面向目标设计的车辆仿真软件、多体系统动力学分析软件、程序工具箱、各类方法的比较。3.教学重点和难点教学重点是多体

20、系统动力学分析软件、程序工具箱、各类方法的比较。4.教学内容第一节 概述第二节 面向目标设计的车辆仿真软件第三节 多体系统动力学分析软件1.数值型方程2.代数型方程3.软件的比较第四节 程序工具箱第五节 各类方法的比较四、学时分配章 序内容课时备注一车辆动力学概述2二车辆动力学建模方法及基础理论2三充气轮胎动力学1四空气动力学基础1五纵向动力学性能分析4六纵向动力学控制系统2七动力传动系统的振动分析2八路面输入及其模型0.5九与平顺性相关的部件0.5十人体对振动的反应1十一行驶动力学模型2十二可控悬架系统2十三基本操纵模型2十四基本操纵模型的扩展2十五操纵动力学性能及实例分析1十六转向系统动力学及控制2十七车辆动力学计算方法与软件1合计28五、教材及参考书教材：汽车系统动力学主编：喻凡 林逸 出版社： 机械工业出版社 出版时间：2005年。参考书：1. 车辆动力学及其控制主编：喻凡 出版社：机械工业出版社 出版时间：2010年。 2. 汽车理论主编：余志生 出版社：机械工业出版社 出版时间：2006年。3. 汽车动力学 A 卷主编：M. 米奇可 出版社：人民交通出版社 出版时间：1992年。