《车辆系统动力学》.pdf

车辆系统动力学 车辆系统动力学 目 录 第一章 绪论 第二章 路面 第三章 汽车空气动力学 第四章 充气轮胎动力学 第五章 汽车转向系统动力学 第六章 驾驶员-汽车闭环操纵系统动力学 第七章 汽车前轴和转向轮系统的振动 第八章 动力转向系统动力学 第九章 汽车悬架控制系统动力学 第十章 汽车碰撞研究的几个基本问题 第十一章 多刚体系统动力学及其在汽车中的应用 第一章 绪论 • 1.1 系统与系统动力学的概念 • 1.2 汽车系统动力学的研究内容和特点 • 1.3 汽车系统动力学的研究方法 1.1 系统与系统动力学的概念 在我们真实的大千世界中，存在着许多由一组物 件构成，以一定规律相互联系起来的实体，这就是系 统，自然界就有太阳系、银河系这样的大系统，这种 系统是脱离人的影响而自然存在，称为自然系统，还 有如生物、原子内部也构成了自然系统，还有一种系 统是通过人的设计而形成的系统，称为人工系统，如 生产系统、交通运输系统、通信系统；人工组合和自 然合成的组合系统,如导航系统。 本文主要是研究人工的物理系统及其特性。 如果把汽车的构成看成是一大系统，那么这一系 统应表示为(如图1-1) ： 一、什么叫做系统? 钱学森对系统作如下定义：“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” 。 •这个定义表明系统具有以下四个特征： 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。 1. 系统具有层次性 系统是由两个以上(或更多)元素(或 称为元件)组成的事物。一个大系统往往 可以分成几个子系统，每个子系统是由 更小的子系统(称为二级系统)构成。每个 子系统或更小的子系统都有自己的属 性，以便和其它系统加以区别。所以， 如果将大系统分解，可以形成很多层次 的结构，这就是系统层次性。 2. 系统具有整体性 系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。 3. 系统具有目的性 这一特点主要是指人工设计系统而言， 而不是指自然系统(例如银河系) 。系统的目 的性是指人工系统是为了某一个大目的而构 成 。目的不同，系统的构成也就不同。例 如，货车的功能就是为了运输货物这一目的 而构成，它必须有货箱以装载货物，而客车 则是为了运输乘客而设计，因此，车厢内必 须有供乘客使用的座椅，而运输货物就退居 次要位置或取消。所以，在设计中必须研究 系统整体目的，才能正确选择个元素的构 成。 4. 系统具有功能共性 系统中存在着物质、能量和信息的流动， 并与外界( 环境) 进行物质、能量和信息的交 流，既可以从外界环境向系统输入或从系统向 外界环境输出物质、能量和信息。这是任何系 统都具有的功能，称为系统的功能共性。如汽 车系统中把燃料的燃烧热能转换为汽车的行驶 动能，在这一过程中，发动机吸收氧气，而排 除废气。这一过程有能量的交流，也有物质的 交流。 • 系统与外界环境同样存在着物质、 能量和信息的交流，从环境向系统的流 动称为系统的输入，从系统向环境的流 动成为系统的输出，它可以用框图1-2来 表示。 在系统动力学研究中，从三者之间的关系 中，可以引出三个不同的研究任务： 1. 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，这