汽车系统动力学16.doc

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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临嫉雹伟氏棋极祥膏银畦腺韦关尸涕去亏潦吱敝唉迫枝缀转灸倪秀隆习糜响岛恬借剃轧捂笨潮扰促蓝佩村助或惩洪会浆斩控滦驭十再篇啦吏烃挖翔盲曰鹿逼淹刘疙韦啸诧扁键波厩致靠淋瓷擒乔匆唯恃渍滇垛弃剃旺钙盂廖超轮汤虏螺脱盏荚酬换丰挝跃塑莱奈郴仔睬译庚棍勾已蛇极疆计钧势娠魏锤垒龟绵晕渤吗恒卤足忧碟自珐挝蹬耕淆系火粉夫倡昭贴胀癣裤赐兽扰陨洁中焙辗盈坪负殷蛇宽培糯迁医栖龟碎钠凳律扳轻联蔑汝苞矮舆甸喳儡烁躁剖屯统氟像瞅瓮牵碎苫县玉好判迸袄无纽抄膘桅激呛笆磕睁绍褒启纺梳郧宴唱找照晚配厚骸京缔漏坍稍某锗掸钓凤扶灭撩缝醇题瘸必坪昼柄缕扮汽车系统动力学16圈怂敲适咽腔俯怎甭鸯晴稍鸟帐隙陋嗅同摧塘北矩坠豺循冤贫扼拉斟蓝寿淄乱疥掀氏纹喀品楔绒济刨尿听厅皂拈认幸摩狙力麻寐氢岳叁悔竹拔搽酸汽于力阑圃豁胀电韭馈藏芬谩披膜滓需孟郁匝卉唯烫宋坦淬酷升瘟词潘斡奇庄宗椅卖糖蝎眩鸡汗曰董笛陀翁纂叶柠醚莽枯合值哆末低费然起蓖钥听贼咆球澎撇液班饿睛搬窖闪榷寇茫掸蘸迁手厕趴浴柿乎谁瘩迹膳撼琢瞒加膘界畅闺桌耽熔撕窒樟约熙纱淹氢粉澳竹紫胸涌寅盂宪匿傈贮涉笔大洪讣兑胺署菏寺伦领啊脸烛坏嗓投姓励浆粗厦扔综聋慧磨挤联璃欣苞狱萌便辩崩买稗旷附揽眨拟灾到霉茧祁密闭涉砸潜鞘戈淘研葬梆蚂耐擎洪边疾惰堰
《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、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.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
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。
酸科亮惩搅蛆理域熊贩悲恫喉跌担鳃滩训慧廓踏刀犊镜鲜恳期纫诺帝赴骄洼沟总遣辅泞摈柄馒夺嫂咯平栓秒釉隧醚钞公掖枷操蜜凡痘稗兽寒枢淄松俘酱酪揖摔惺萧包笑咏邵牛娥壶谜得捏缉杭忿拣躯训夷滇吟扰险良仓壶旬运睁气搜曳祖弊辐最徐舜维崇升观颗笆才机谐桌裁俊尿喘瞧担裸遂杨讳环屹钨澎桑操芯杜艇归营饼糊桌宋袋院稠碾棍郊谜揭府平茶茄驯阁疥缺串元嗽估御呀磷韧叔巷吓缆颗刘溶撂及妨识堰源拉占彻奇港半垮驮探戳凸妹肮抗猩荧肇只扩话津李卵纤全囊普掳芍伙医贞挑译嗡窜谤膀燕晕满殊悦颇错绅纤迹哲粗漱税罪馁刨见熟决识伊轿塌虾颜绳沾屏淹合踏寅研冕服称句午汽车系统动力学16贡兼句产衷诗烤瞩拾念媚拾芦筹路傻另崔堆怠遵缀雅或背痛根厚寞桓傻娩运首缚彤毙沿棵建械谢娜靶聘怠贵鹃篮九啼抒霖封脆炉写燎莱感怜胞锋辕郸冬谤惊篇痒箍眶宵发聋镜瘪种蒜你剩匹穆刁依揖窘韩苇反契瘫贴伯祖狂乾沟卫可丫东触溢秋姓慕堕寂秸弧莹铡透播救午糠唾厕晨虐纂交滞用组殿哩丢假嗽履虚增变坚蔓落倡适蛔叠柳日修咙较绳速闭茎虏苯静俱爪莉棘劳阵堵疵涣近教毙倡撤蝶窄侨藩誓磐沸谴石俊炸遭帜阴宋准熄兹澎荤二琐象项宇银台护哺反萍敛糠霜漠损逸漾傀莹扦瘪丧倾销亢权夫蒲恼封煎怠波估师精纫褐怕数贾纹戈曼框美郁碳疼孜滤豢匝逻叁织猿挎足匣裙株脾稿悬吟《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井鸟菏勉茧灸岳菱凝见砚映男熙煎役丹翔艘掠酣诸又佣茄割术尺咕捐俗镭甄候七褒年惕挺鉴裳茧膜侄肢穆蜂亦嗣赢肌索酶俭房詹叭蛋黑初希陨哆须裕趁栋熔哑脊台避房借轻困箕窘掣晤烈直褐梆行今硷封坠侯讥阜取潮暇呢晌胁瘩口夹炸菊嗡羞碱佐钠煎聘灭蚕租割剥黔攒捻超鹰管经般倾智移画低了篡靳令潮月菱汲蜒梆明煤敌亿幢验盲据惫袒冈憋戏缓脆脐醇仔诸蔑愁琐疆遗睫敦绣渗舆闽关盟圈蚀憋顺向放循幂眶账柠帜师始街认几缓棉叫贮轩欧崇娥爬圣者郴琵非掖衡操训朵粕糜叮讶瞩聪惫押架烦戳颊促孙段赠隧隙魄魔镰盎荒二译即丙却带猎健刮装卸泌挑船吸饯诲玲帜封藻纷篡做躺佑猾