《車輛系統動力學》

(比復習題覆蓋大部分試題。考試范圍以課堂講授內容為準。)

一、概念題

1.約束和約束方程(19)

力學系統在運動時會受到某些幾何和運動學特性的限制，這些構成限制條件的物體稱為約束。

用數學方程表示的約束關系稱為約束方程。

2.完整約束和非完整約束(19)

如果系統約束方程僅是系統位形和時間的解析方程，則這種約束稱為完整約束；

如果約束方程不僅包括系統的位形，還包括廣義坐標對時間的倒數或者廣義坐標的微分，而且不能通

過枳分使之轉化為包括位形和時間的完整約束方程，則這種約束就稱為非完整約束。

3.輪胎側偏角(31)

車輪回轉平面與車輪中心運動方向的夾角。

4.輪胎徑向變形(31)

定義為無負載時的輪胎半徑rt與負載時的輪胎半徑rtf之差。

5.輪胎的滾動阻力系數(40)

相應載荷下的滾動阻力與輪胎垂直載荷的比值。

6.輪胎驅動力系數(50)

輪胎驅動力系數定義為驅動力與法向力的比值

7.邊界層(70)

當流體繞物體流動時，在物體壁面附近受流體粘性影響顯著的薄層稱為邊界層。

8.壓力系數(74)

假設車身某點壓力p、速度v,來流壓力pg、速度V8,定義壓力系數

%山

9.風洞的堵塞比(77)

車輛迎風面積和風洞送風橫斷面面積的關系(堵塞比)

10.雷諾數(79)

雷諾數定義為氣流速度V、流體特性長度L的乘積與流體運動粘度v的比值。Re=vL/v

11.空氣阻力系數(82-83)

尸jW

“NqqFd為空氣阻力，A為參考面積，通常采用汽車迎風面積，q為動壓力

12.旋轉質量換算系數(88)

&.

其中'W50gcvTi)為等效轉動慣量。mv是整車整

備質量,rd為驅動輪的滾動半徑。

13.后備驅動力(92)

車輛行駛時實際需要的驅動力FDcm與車輛所能提供的最大驅動力Fx的差值。

14.驅動附著率和制動附著率(101-102,105)

驅動附著率f定義為縱向驅動力與法向力的比值

制動附著率：制動力力與法向力的比值

15.驅動效率(103)

定義：驅動軸靜載與整車重量的比值/=尺/卬

16,制動效率（105）

將車輪將要抱死時的制動強度與附著率之比定義為制動效率

二、問答題

1.將車輛系統動力學分成三個方向（縱向、橫向、垂向）分別研究的依據和缺陷是什么？（5）

依據：適當的簡化可以減少分析工作量；如果對車輛的工作狀況及條件進行限制，那么三個方向的耦

合關系則可能不太明顯

缺陷：實際上三個方向的輸入是共存的，響應特性是耦合的；現在已經有條件進行復雜模型、復雜工

況的仿真

2.車輛動力學研究中運動方程的建立方法有哪幾類？（17-18）

牛頓矢量力學體系，包括質點系動量定理和質點系動量矩定理

分析力學體系，包括動力學普遍方程和拉格朗日方程

虛功率原理、高斯原理

3.多體動力學的研究方法有哪幾種？（23-24）

多剛體系統動力學研究方法，包括牛頓?歐拉方法、拉格朗日方程法（ADAMS、DADS軟件）、圖論

（R-W）方法、凱恩方法、變分方法、旋量方法

多柔體系統動力學研究方法，包含柔性部件，自身的變形和剛體運動相互影響。基本原理和方法，牛

頓-歐拉方法，虛位移方法，二者的變形方法（如凱恩方法）

4.輪胎坐標系是如何定義的？何謂輪胎六分力？（30）

坐標系原點是輪胎接地印跡中心，x軸為車輪平面與地面交線，向前為正；y軸為車輪旋轉軸線在地

面上的投影，向右為正；z軸與地面垂直，向下為正。

六分力是縱向力，側向力，法向力，橫擺力矩，側傾力矩，滾動阻力矩

5.從新倍力公司不同時期輪胎產品的研發目標介紹現代車輛電輪胎性能要求。（33-34圖3-6）

I960年的斜交胎具有非常好的舒適性，且制造方便、重量輕，但是缺點是車輛動力學性能差，尤其在

操縱穩定性方面表現不佳，濕路面的附著性也很差。1970年的子午線輪胎，大部分特性恰好相反。到1992

年的現代輪胎則兼顧了各種要求，并體現了最優的折衷。同時，輪胎制造企業可提供不同系列產品以滿足

不司用戶要求。

6.輪胎模型是如何分類的？（31-35）

可以分為單一工況模型和聯合工況模型。單一工況模型包括輪胎縱滑模型，輪胎側偏模型和側傾模型,

輪抬垂向振動模型。聯合工況模型如：輪胎縱滑側偏特性模型。

此外輪胎還可以分為經驗模型和物理模型。經驗模型是根據輪胎試驗數據，通過插值或函數擬合方法

給出預測輪胎特性的公式。物理模型是根據輪胎與路面之間的相互作用機理和力學關系建立模型，旨在模

擬力或力矩產生的機理和過程.常見的有弦模型和刷子模型.

7.簡單介紹輪胎'幕指數模型的原理和特點。（35-36）

原理：

模型特點:純工況和聯合工況的表達式是統一的；可表達各種垂向載荷下的輪胎特性；使用的模型參數

少，擬合方便，計算量少；能擬合原點的剛度；采用了無量綱表達式，由純工況下的一次臺架試驗得到的

試驗數據可用于各種不同的路面，當路面條件變化時，只需要改變路面的附著特性參數。

8.簡單介紹“魔術公式”輪胎模型及其形式，模型的特點是什么？（36-37）

用三角函數組合的形式來擬合輪胎試驗數據，得到的縱向力、側向力和回正力矩公式形式相同.

公△、人式為.y=Dsin{lCaretarliBx-E\（Bx-arctanBx）1}y可市以”是曰縱而一向力、側的心向力工工和n回c

正力矩，而自變量X可以在不同情況下分別表示側偏角或者縱向滑移率。

特點：用一套公式可以表達出輪胎的各項力學特性，統一方便，需擬合的參數較少，各參數物理意義

明確，初值易確定；擬合精度比較高；由「是非線性函數，參數擬合較困難，計算量大；C值的變化對擬

合誤差影響較大；不能很好的擬合小側偏情況下的輪胎側偏特性。

9.車輪滾動阻力包括那些阻力分量？輪胎滾動阻力指的是什么？（38）

包括彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風扇效應阻力。

充氣輪胎在理想（平坦、干、硬）路面上直線滾動時，其外圓中心對稱面與車輪滾動方向一致時，所

受到的與滾動方向相反的的阻力，

10.輪胎的“駐波現象”是如何形成的？對輪胎的使用有哪些危害？（39）

輪胎的阻尼隨車輪轉速的增加而減小。高速時，離開接觸區域的胎面變形不能立即恢復，殘留變形導

致徑向波動，形成駐波。

危害：顯著增加能最損失，從而產生大量的熱，并破壞輪胎，因此限制了輪胎的最高安全行駛速度。

11.簡單分析輪胎滾動阻力系數的影響因素。（41-42載荷氣壓車速結構）

動阻力通常隨車輪載荷的增加而增加，而滾動阻力系數隨我荷的增加而減小：

輪胎壓力升高，滾動阻力系數減小；

隨著車速的增加，滾動阻力系數逐漸增加，到顯著增加。

除了外部因素外，輪胎滾動阻力還取決于輪胎的結構設計、嵌入材料和橡膠混合物的選用。子午線輪

胎的滾動阻力小于斜交線輪胎，淺顯的胎面花紋和設計良好的胎面輪廓可以減少滾動阻力。

12.畫圖說明輪胎驅動力系數與車輪滑轉率之間的關系。（50）

020406080100

此時，附著區產生的驅動力（全附著公式中11換成1C）

幾=*也（1+金）匕=&+幾=4-

S總的驅動力為4Kos

此時，驅動力與滑轉率呈非線性關系（AB段）

全滑轉狀態。當滑轉現象擴展到整個輪胎接地區域時，驅動力達到最大值，對應著圖3-31中的B點。

此時的驅動力和對應的滑轉率為

AP^,W

號一〃P8,W4&n4

14.推導解釋輪胎“刷子模型”縱向力的分析過程。（56-58）

假設：輪胎模型由連接在剛性基座（輪緣）上的一系列可以產生伸縮變形的彈性刷毛組成。這些刷毛

能畛承受垂向載荷，并產生輪胎縱向力和側向力。輪胎接地區域長為2a。驅動時，車輪滾動速度大于平移

速度，刷毛接地端有粘附于路面的趨勢，刷毛單元產生形變，兩端產生速度差。假設車輪半徑遠大于接地

區域長度刷毛單元足夠小刷毛單元沿x方向的縱向變形。

J=（w-〃）A/

cor-u，

=-----Ax

cor

=S-Ax

無滑轉狀態的輪胎縱向力

定義cex為刷毛單元剛度，則刷毛單元縱向變形產生的彈性力為

K*=GV=GxSAr=GxS（。-x）

整個接觸區域的輪胎縱向力

理=「%妙=2%入

il

定義輪胎縱向滑轉剛度Cs=2Cex*M2,則匕可見，輪胎縱向力與車輪滑轉率成線性關系。

滑轉區與附著區臨界點的確定

假設接地印跡內垂向載荷的縱向分布為二次函數￡z（X）=一/）式中，待定系數x可以由垂向載

荷積分得到-3

若地面附著系數為U,則單元最大縱向力為理x（X）=再（刈

臨界點坐標為乙

部分滑轉狀態的縱向力

整個接地印跡的縱向力等于兩個區域產生縱向力的和，臨界點A將接地區域分為附著區和滑轉區，滑

=)wzf'(a2-x1)dx+fcs(x-a)dx=-fdd2(3a-d)+—^d(la-df

轉區長度UJ'A32

考慮到靜摩擦系數通常大「滑動摩擦系數，則輪胎縱向力為

1J,

Fx=-2d~(3ci--kd(2ci-d)~

純滑轉狀態

將要發生純滑轉時，滑轉區長度d22a,得到臨界滑轉率（Tx，c=“/cex

如果區分摩擦系數，則臨界滑轉率應代入滑動摩擦系數。

15.輪胎的垂向剛度分為哪三種？（59）輪胎滾動動剛度的影響因素有哪些？是如何影響的？（61車速結

構氣壓）

分類：靜剛度、滾動動剛度、非滾動動剛度

對輪胎剛度影響較大的參數充氣壓力、車速、法向載荷、磨損程度（輪胎簾線角、胎面寬度.花紋

深度、簾布層數量）輪胎材料。

如何影響：

子午線貨車輪胎的垂向剛度比斜交胎的低

滾動時輪胎動剛度顯著下降，車速超過20km/h后變化不明顯。

氣壓越高，輪胎剛度越大；法向載荷越大，輪胎剛度越大；

16.結合某斜交輪胎和子午線輪胎的垂向加速度頻率響應特性分析二者的振動特性。（62圖3-46）

利用轉鼓對胎面施加正弦激勵，測量輪轂加速度，獲得某子午線輪胎和斜交輪胎的垂向振動特性。

一斜交輪胎

年

群

s子午線輪胎

e

國

鐘

2040200300

安

器L

足2

鍬

五.0

I。

舔3

把

G非

窗?

道

工

交

叵

藏

也O

).11-

」0

20

60~100Hz范圍內，子午線輪胎傳遞振動的能力高于斜交輪胎。乘員易產生顫振感。

150-200HZ,斜交輪胎的振動特性遠差于子午線輪胎。易產生輪胎噪聲，或稱路面噪聲。

17.分析輪胎側向力主要影響因素對它和回正力矩的影響。（64）

輪胎側向力的影響因素:側偏角、垂向載荷、前輪外傾角

其他因素不變時，輪胎的側向力、回正力矩隨側偏角的增加成近似線性增加的關系；當超過一定范圍

時，近似線性關系不存在。

其他因素不變時，輪胎的側向力、回正力矩隨垂向載荷的增加成近似線性增加的關系；當超過一定范

圍時，近似線性關系不存在。

其他因素不變時，輪胎的側向力、回正力矩隨前輪外傾角的增加成近似線性增加的關系；當超過一定

范羽時，近似線性關系不存在。

18.畫出“摩擦橢圓”并分析車輛轉彎加速時輪胎的力學特性。（65-66）

側向力系數

轉彎加速工況下輪胎印跡內產生的側向力、縱向力的合力是一定的，輪胎不能同時獲得最大側向力和

最大的縱向力，當驅動力或制動力最大時，無側向力可用，只有當縱向力為零時，側向力才能大到最大值。

19.在車輛空氣動力學中，空氣的動力粘度和運動粘度都有什么用途？（70-71）

用粘度表述流體粘性。流體粘性力由流體的粘度和內部速度梯度決定。粘性力在流體間傳遞，通過邊

界層作用于物體表面。

氣體的動力粘度u,會隨著溫度的增加而增加。

氣體的運動粘度v,動力粘度與密度的比值，是雷諾數表達式中的一個參數。

20.寫出流體的伯努利方程并解釋其含義。試說明它在車輛空氣動力學中的應用。（72）

p+1>2=C伯努利方程表明，在理想流場中沿流束的能量守恒，即流體靜壓p與動壓q之和為常數,

應用：設計車身形狀，減少空氣阻力

21.什么是“邊界層分離”現象，它對車輛動力學特性影響如何？（75）

邊界層厚度的增加使氣流流速減慢，壓力升高，物體后部形成壓力恢復區。邊界層壓力的增加與能量

的損失實際在表面形成了逆流，逆流排擠主流使之脫離壁面，稱為邊界層分離。

氣流分離現象產生的尾流區域壓力很低，從而增加了壓差阻力。

22,風洞由哪幾部分組成？是如何分類的？優缺點各是什么？（77）

動力段：使空氣流動，改變風速。

收縮段：使氣流加速；保證出口氣流均勻，平直且穩定。

試驗段：放置模型，是風洞的中心部分。盡可能模擬真實流場。

擴散段：降低流速，減少摩擦損失，節省風扇電動機功率。

分類：直流式風洞（埃菲爾式）和回流式風洞（哥廷根式）

（埃菲爾式）的優點：采用了無回風道，不用冷卻裝置。缺點：試驗段內的流體受風和周圍環境的影

響，噪聲污染和空氣污染大，需裝過濾系統。所需的送風裝置功率較大。試驗段、噴管和送風裝置等部件

影響了風洞的性能。

（哥廷根式）的優點：能量損失小，噪聲小，有效長度大。氣流在閉合的回路中循環流動，受外界因

素影響較小，易于人工控制。缺點：若在閉式回路中加熱空氣，對非耐熱材料制成的車輛模型而言，需要

冷卻裝置來保護，由于冷卻裝置存在壓力損失，而且需要冷卻能量，因此總能耗相對較大。

23.什么是雷諾數？它的物理意義是什么？（79-80）

雷諾數定義為氣流速度V、流體特性長度L的乘積與流體運動粘度v的比值。Re=vL/v

物理意義：

動態壓強PV2/2是運動粒子與物體相撞后動能轉換為壓力所引起的。其慣性力可以寫成PV2L2。物

體受到的摩擦力為uvL。慣性力與摩擦力的比值即為雷諾數.

為保證流體特性在模型與實車之間是相似的，須保證雷諾數相同。如果兩種情況下流體的運動粘度相

同，則VL值也要相同。如果采用1/4模型，則空氣流速應為車速的4倍。

24.車輛空氣阻力包括哪些？車身形狀對形狀阻力的影響如何？(83)

包括壓差阻力分量和摩擦阻力。壓差阻力分量包括：形狀阻力、內循環阻力和誘導阻力。

車身形狀對形狀阻力的影響：主要與邊界層流態和車身后端流體分離產生的尾渦有關。后端車身分離

區的尺寸大小很大程度上決定了壓差阻力，應盡量減小分離區，以使車身表面產生較小的真空區域，從而

獲得較小的壓差阻力。后端氣流分離經常受到后窗框、流水槽形式和位置及后箱蓋的影響，因此需要精心

設計這些部分。

25.畫圖解釋后備驅動力與爬坡能力的關系。(92圖5-9)

車速〃車速〃

后備驅動力Fx,ex:車輛行駛時實際需要的驅動力FDem與車輛所能提供的最大驅動力Fx的差值。在確

定爬坡力時，假設車輛勻速行駛，全部后備驅動力都用于克服坡度阻力，可以得到特定檔位車速下的最大

爬坡角.可以看出，最大爬坡角的正弦值與后備驅動力成正比關系。

^,ex

Sin%,max

（以,+S）g

26.畫圖解釋后備驅動力與加速能力的關系，并討論旋轉質量換算系數對它們的影響。(92-93圖5-10)

車輛加速能力用可達到的最大加速度來表示。車輛要想達到最大加速度，后備驅動力需全部用來克服

加速阻力，(x=3〃、,+叫)%”a=—工一o若不考慮旋轉質量的影響，i=l,加速能力曲線

、I、V*II*1AHK1X/C\

3m+m)

c

與后備驅動力曲線一致。當考慮旋轉質量影響時，由于旋轉質量換算系數是隨著變速器檔位的降低而增加

的，因此最大加速度變化曲線如圖中虛線所示。重型貨車低速檔旋轉質量換算系數較大，對加速能力的影

響也很大，有時候一檔的加速能力還不如二檔。

27.結合所學知識分析有級式變速器換檔的最佳時機。（92-94）

為實現車輛的最大加速能力，換檔的最佳時機應為發動機達到最高轉速或者相鄰高檔能夠提供比當前

檔位更高的加速度。獲得良好動力學的條件是后備驅動力最大，各檔后備驅動力曲線的交點即代表了相鄰

兩檔間的最佳換檔時機，若考慮旋轉質量換算系數舌的影響，最佳換擋實際的對?應點將從劭向車速減小的

方句偏移至劭。

28.結合車輛燃油消耗量的計算公式分析減少燃油消耗的途徑。（97）

B=bRKorn）%”1=（件又+叫）4+4+人）（叫+/叫必+4,4冬〃2

車輛燃油消耗量為1r%%八MJ2

4表示燃油消耗率（g/km）；巧.表示燃油密度（g/L）；7表示傳動效率；

減少燃油消耗量的途徑：

交通管理因素：包括交通管理系統、信號燈控制系統、駕駛員等因素，實際上均影響了車輛的行駛速

度，

汽車行駛阻力因素：在保證汽車安全性、人機工程、經濟性和舒適性的同時，盡可能降低車輛行駛阻

力，如減少整車質量、輪胎滾動阻力系數、空氣阻力系數等等

盡可能降低附屬設備（如空調、動力轉向裝置、動力制動等）的能耗

提高傳動系統效率，使發動機功率要盡可能多地傳遞到驅動輪

MT車輛變速器傳動比和主減速比的設計及換檔時機的選擇，AT車輛的換檔控制策略對燃油消耗率有

很大的影響。

29.根據發動機特性曲線與功率需求曲線，分析使用有級式變速器的車輛與使用CVT的車輛的燃油消耗的

差別。（97圖5-17）

有級變速器車輛的油耗狀況：

相同車速下，高速檔的燃油消耗量少；最高檔變速比是確定的，因為發送機大部分時間都在這個措位

下工作。該檔位的燃油消耗量曲線應當盡量靠近最省油的工作點。

200i-----------------------------------------------------------------------------

恒定油髭

矗左率輸出（4WW）

(

E

發動機運行特性曲線

?有級變速器

x

贏I控制特性曲境

（CVT最小離油

消耗曲線）

轉速Mr/min)

CVT系統可以根據所需功率控制傳動比，在發動機特性圖上任意選擇工作點，使發動機總是工作在最

省油的工況。

30.分析并推導前后輪理想制動力分配關系。（105T06）

忽略坡度和空氣對軸荷的影響，有

&=〃?4b=以2

F

h=2Fbf,w+2Fbrw=Fbf+%

車輛制動時能得到的最大制動強度等于路面附著系數。

Zmax—"xb.max/g—"

為了在不同附著系數的路面上得到最好的制動效果，需合理的分配前后軸制動力。

根據附著率的定義，實現理想制動力分配的基本前提條件是前后軸附著率相等，均為其理想值fid,即:

理想制動強度與前軸制動力的關系

理想的前后制動力分配關系

外

K

S稱

安

耍

正

up

31.寫出轉彎制動工況各輪制動效率的計算步驟。（109T10）

根據車輛制動力分配特性求出制動管路壓力，計算每個車輪的制動力，進而求由總制動力Fb：

求出車輛制動減速度ax=Fb/m；

對于給定側向加速度，計算每個車輪的法向載荷；

計算各車輪的側向力；

計算各個車輪不發生抱死時的附著率；

/=［（k+偏?；））/斤「

根據ax和各車輪附著率f,計算各車輪的制動效率。

復雜版的答案：

（I）由制動力分配特性求出制動管路壓力，計算出每個車輪的制動里，進而計算總制動力片;

（2）由總制動力￡除以整車質號m,求出車輛制動減速度為的=&/〃2；

（3）對于給定的某側向加速度4,根據下面幾個公式計算出每個車輪的法向載荷

h，，(bL

%=fbg+axh(>+4\ml2

1

=7[如+ah+4----^-]m/2+aK”

LxoVKv

14s-，)

Fn=-t^g-a"4-------]m/2-a、3(

：LK

Xas-))

Rm=71ag-a也-4/2+aK^n

LKvw

式中：KM和分別為前、后軸當量側傾剛度；a、b分別為質心到前、后軸的距離；L為軸距；4為車

輛質心到側傾軸線的距離；為整車非簧載質量

（4）計算前內輪、前外輪、后內輪和后外輪的側向力，分別為:

22%/—久了產

F>fi=m”篝母府-s-"

LRF:fLL1\FL

F、n=m—九門產“〃篝與產

LRF:rL

p24.（/P）2

（5）計算各個車輪不發生抱死時的附著率，如前內輪的附著率％?'〃]"2,其中輪胎系數就

%

用來表征輪胎縱向力和側向力的差別定義為七二’絲，其中表示無側向加速度時所能達到的最大縱向

4”

減速度，表示無制動力時所能達到的最大側向減速度。

（6）根據以上步驟計算出的小及相應的個車輪附著率，可得出各車輪的制動效率，以前內輪為例，其制

動效率為片”二巴"”

Jfi

E=（ajg）/f

32.車輛傳動系統扭轉振動力學模型中當量轉動慣量和當量扭轉剛度是如何計算的？（132）

當量轉動慣量的計算：

傳動系統中，將與曲軸不同轉速零部件的轉動慣量按照動能相同原理換算成與曲軸同轉速的轉動慣量。

當量扭轉剛度的計算：

兩圓盤間彈性軸的當量扭轉剛度K,可根據實際扭轉剛度，按照彈性變形能相等的原則計算。

33.試畫出某傳動系統一階扭轉振動的振型圖并進行分析。（134T35）

三節點振型圖分析

振型圖中振幅為零的質點稱為節點。節點處振幅最小，扭轉切應力最大，是危險截面。由振型圖可知

危險截面所在的部件.木例節點位于變速器一軸處，半軸處和驅動輪處.低階振型的節點都位于傳動系統

上，

34.寫出動力傳動系統扭轉振動的減振方法和減振措施。（137-138）

基本原理

調整系統固有頻率

如：改變遠離節點處（如：飛輪）的轉動慣量；改變某些軸段處的扭轉剛度，如采用彈性聯軸器。

提高阻尼以衰減共振振幅

如：液力耦合器和液力變矩器具有良好的阻尼特性

在離合器中安裝扭轉減振器，以降低離合器與變速器之間的扭轉剛度，并提高系統阻尼

對振動衰減要求高的場介采用雙質吊飛輪來實現振動衰減

35.寫出路面不平度輸入的頻域模型，并討論模型參數的含義。（146T47）

S（〃）"G°53）為空間譜密度，GO為路面譜密度不平度系數，其大小隨著路面粗糙程度的增加而

遞增；指數p表示雙對數坐標下譜密度曲線的斜率。

如果斜率p不連續，可以寫成分段形式

匕但一r〃<《怎

S5）=GoH

G0一心4

山

式中：％為雙對數坐標下譜密度曲線斷點處的空間頻率。

36、分析并推導時域路面輸入模型的積分白噪聲形式表達式。（M8）

利用功率譜密度生成路面不平度時域模型，可描述為一個線性系統。

隨機白噪聲輸入W踣面不平位移z,

.G（jcu）「

輸入為單位強度的隨機白噪聲，輸出為路面不平度位移Zg,它的自功率譜密度和頻譜分別為

43）=G（jG）W3）SR）=等平⑺a（/）

以回頻率表示的路面譜密度

與初=字=岑=|凝『坐=噤

|G初2=^^

卻①-

G（j/）=爾亞

傳遞函數G0⑹=2乃西7

路面不平度位移Zg⑴的時域表達式

%（。=Gz（%）M）=2乃瘋^必）

這就是時域路面輸入模型的積分白噪聲形式。

37、簡單介紹車輛振動現象和車輛子系統模態的頻率范圍。（171）

38、分析車輛行駛動力學研究的頻率范圍是如何確定的？（173T74）

39、寫出單輪車輛模型（兩自由度）的響應分析過程。（174-176）

4（）、如何利用路面輸入譜密度函數計算已知系統的車身加速度響應？（178T79）

I-CJco-K.G加+0,

可以求出車輪和車身位移的頻率響應zl/zO和z2/zO

車身加速度的頻率響應可利用zl、z2求出，

41、結合某轎車的頻響函數和響應功率譜，分析該車的行駛平順性。（180圖11-5圖11-6）

后半部分

1、半主動、主動懸架種類與原理？

主動懸架系統按其是否包含動力源可分為全主動懸架（有源主動懸架）和半主動懸架（無源主動懸架）

系統兩大類。

半主動懸架按阻尼級可以分為有級式半主動懸架和無級式半主動懸架。

主動懸架的原理：主動懸架的彈性元件和減震器元件被執行機構代替，執行機構一方面和動力源相連

以獲得能量（又稱有源懸架），男一方面有和反饋控制系統相連，反饋控制系統從本身的控制參數中獲得

信息，經過反饋系統中控制單元計算機處理，然后發給執行機枸，就能調節給車身的力，以保證所需的舒

適性和安全性。

半主動懸架與被動懸架的不同之處在于半主動懸架包括被動彈簧和?個并聯的阻尼可調的減震器，這

個減震器稱為主動減震器，其結構中工作液的通液面積可通過控制閥進行實行調節。

2、座椅的種類和減震器特性？

種類：泡沫材料座椅，硬填充物座椅，軟填充物座椅，帶減震懸置的座椅

7、振動如何評價？主觀評價？客觀評價？

8、汽車舒適性的評價指標？

加權加速度均方根值，加權振級，加權加速度四次均方根值（振動劑量值）

9、加權振級，加權加速度均方根值和人體主觀感受之間的關系？

（考的可能性不大）

14、非獨立懸架和獨立懸架的區別

15、掌握考慮車身、非簧載雙質量系統的求解方法

16、求解多自由度微分方程和評價指標量的計算

17、半主動懸架，主要以變剛度彈簧和阻尼可調型

18、自適應阻尼調節系統

19、全主動懸架，用作動器代替彈簧和阻尼

第八章一一第十六章部分提綱

第八章路面輸入及其模型

第一節路面測量技術及其數據處理

1、有哪些測量路面譜的技術和設備

經典測量技術，使用水平儀、標尺測量

非接觸式路面測量裝置，采用激光或超聲波方法。

傾斜測量裝置，使用一輛雙輪小車，并配合自立式陀螺儀來測量

路面不平度測量儀

2、如何描述路面的高低不平

路面功率譜密度

3、如何對路面高度測試曲線進行數據處理

首先將采集的信號分解為一系列的傅里葉分量，然后用功率譜密度代替線譜，再對功率譜密度進行光

滑處理，對于多道路面的不平度統計特性，還要求相關函數。

第二節路面輸入模型

1、路面譜的頻域模型表達式

S5)=G()九〃GO為路面不平度系數，n為空間頻率，指數p為雙對數坐標下的譜密度曲線斜率

有些情況下，路面譜密度公式包含的斜率可能不連續,此時上式可以寫成如下形式:

G0(—L

5(/?)=?%

nd

式中：力為雙對數坐標下譜密度曲線斷點處的空間頻率。

2、按照什么進行公路等級劃分

路面不平度系數

3、路面譜的時間頻率和空間頻率的表達式，如何應用這一表達式

SY%)=Gn~pS(/)=

空間頻率：v7-0，時間頻率：J,U為車速。

4、路面譜的時域表達式

5、如何表達汽車四輪輸入的路面譜

對于硬路面、直線行駛狀態，后輪與前輪的輸入軌跡相同，只是存在一定的時間滯后；

左右車輪軌跡的相關程度用相關函數描述。相關函數Y(n)在領域內描述了左右軌跡不平度中頻率為n

的分量之間的線性相關程度。當相關函數值為1時，表示左右輪跡路面輸入完全相關，當相關函數值為0

時，表示左右輪跡路面輸入完全無關。

第三節特殊路面

1、有哪些特殊路面

石塊路、卵石路、招曲路、探板路，此外還有伯鱗坑路、條石路、石板路、波形路等

第九章與平順性相關的部件

第一節概述

1、振動系統產生振動的條件

系統具有適當彈性（剛度）加質量

2、從路面到司機座椅，振動傳遞路徑如何

路面一輪胎一非簧載質量一懸架一車架一座椅懸置裝置一座椅

3、懸架系統的組成

彈簧、阻尼元件、導向機構、橫向穩定桿、限位塊

第二節彈簧

1、懸架彈性元件有哪幾種

包括金屬彈簧（鋼板彈簧、托桿彈簧、螺旋彈簧）和氣體彈簧（空氣彈簧和油氣彈簧）

2、有哪幾種金屬彈簧

鋼板彈簧、扭桿彈簧、螺旋彈簧

3、鋼板彈簧的種類和應用場合

分為對稱式鋼板彈簧和非對稱式鋼板彈簧；還可以分為多片、少片和單片鋼板彈簧。

作用：適用于不僅作為彈性元件，還作為結構性連接件裝各在車架和車軸之間，兼做導向機構，同時

各片之間相對滑動而產生摩擦力，起到了一定的阻尼作用。

應用場合：多用于載重貨車上，只有少數用在客車或其它車輛上

4、扭桿彈簧和螺旋彈簧的剛度如何計算

扭桿彈簧：設扭桿彈簧的搖臂長度為r，相對于扭桿端部，扭桿彈簧剛度可近似計算為：

竺小K=竺=&/K=式中G為材料的切變模量,d為扭桿彈簧直徑,L為桿長。

GJ〃'Ar必?$Lr232L/

螺旋彈簧：若將螺旋彈簧中徑的一般（D/2）作為力臂，K=4GM式中d為簧絲直徑;D為螺旋

'D232L

G/4

彈簧中徑；L為螺旋彈簧的總長。若近似計算：L=HD,具中，為螺旋圈數，則￡之布T

5、如何實現螺旋彈簧的變剛度

改變彈簧的中徑，使中徑不等；改變彈簧的節距，使節距不等；改變彈簧的絲徑，使絲徑不等。

6、氣體彈簧工作原理

將氣體彈簧簡化為在一個密閉缸筒中沖入高壓氣體，通過活塞的往匆:運動來壓縮氣體以實現減振作

用，

設理論彈簧高度為九〃，等于缸內工作容積V與氣體有效面積Ae的比值，氣體彈簧的彈性作用力F

可以表示為尸=（〃-〃o）Ae，p為缸內壓強，pO為大氣壓強。工作過程中缸內氣體壓力與容積變化的關

系可以近似由氣體狀態方程來表示:〃V"=常數，指數n的選擇取決于彈簧變形的速度，一般n=1.33.

dFA/〃（z“）

K0=----=-----------

dzahlh

7、如何計算氣體彈簧的剛度和固有頻率

ak°g=g"P

匕=(P-Po)47(P-Po)%

通常，P^O,所以超

）"'A

8、為什么把懸架設計成可變剛度

當簧載質量變化時，懸架偏頻變化不大。

第三節減振器

1、減振器的種類和應用場合？

摩擦式減震器（已被淘汰）、液力式減震器包括搖情式減宸器和筒式減震器，筒式減震器又分為單筒

式和雙筒式。搖臂式減震器現在只在軍用裝甲車上使用；其他車輛幾乎都使用筒式減震器。

2、減振器的特性曲線，拉伸階段和壓縮階段剛度是否一樣，為什么？

要求壓縮行程的剛度低于拉伸行程的剛度，因為壓縮行程剛度低可以保證乘坐舒適性，拉伸行程的剛

度大，可以迅速衰減振動，拉伸階段的較大剛度還可以防止懸架彈簧力較大的車輪陷入泥坑中。

3、有哪些阻尼可調式減震器

孔徑調節、磁流變（或電流變）調節

機械阻尼可調式減震器、氣體控制阻尼可調式減震器、電磁閥控制阻尼可調式減震器和電機控制阻尼

可調式減震器等。

第四節導向機構

1、懸架導向機構的作用，都有哪些導向機構，大貨車是否有導向機構

作用：傳遞除垂向力以外的車輪和車身之間的多種力和力矩，并保證它們之間有確定的運動關系。

分為非獨立懸架的導向機構（縱向鋼板彈簧）和獨立懸架的導向機構。獨立式懸架包括單橫臂式、雙

橫臂式、單斜臂式，單縱臂式，雙縱臂式，麥弗遜式，扭轉梁隨動臂式，燭式懸架。

大貨車的鋼板彈簧兼起導向機構的作用。

2、獨立懸架的各種導向機構對汽車性能有哪些影響

單橫臂式：在車輪跳動時，主銷外傾角和輪距發生變化大，輪胎磨損嚴重

雙橫臂式：

等長雙橫臂式在車輪跳動時輪距變化大，加劇了輪胎的磨損

不等長雙橫臂式只要參數選擇合理，可以使輪距和定位參數變化都不大，因而可以獲得良好的操作穩

定性和行駛平順性。

單斜臂式：適當選擇擺臂軸線與車輛縱軸線的夾角，可以獲得良好的操縱特性，常用在車輛后懸架上。

單縱臂式：車輪跳動時，主銷外傾角和輪距保持不變，但是主銷后傾角變化大，軸距變化明顯。

雙縱臂式：兩個擺僧等長，主銷后傾角不變，但軸距變化，適用于轉向輪。

麥弗遜式：減震器做滑動的主柱并與下擺臂組成懸架，優點是增加了兩輪之間的空間，適用于前輪前

驅的車輛，但滑柱存在較大的側向力，使磨損嚴重。

燭式：當懸架變形時，主銷的定位角不發生變化，僅輪距、軸距稍有變化，有利于轉向操縱和行駛穩

定性，但側向力全部由主銷和套筒承受，摩擦阻力大。

第五節座椅

1、座椅的構成和作用，-一股固有頻率是多少

構成：頭枕總成、靠背總成、坐墊總成，滑道總成作用：保證靜態舒適性和動態舒適性，有效地抑

制車身傳來的振動，提高乘坐舒適性

固有頻率：2.5—5hz

2、設計座椅有哪些要求

要保證靜態舒適性和動態舒適性，從平順性和減振要求看，座椅要有良好的阻尼和剛度特性，有效地

抑制車身傳來的振動，提高乘坐舒適性。

3、有哪些新式庫椅來提高汽車舒適性

帶彈簧和減震器的座椅懸架系統

第十章人體對振動的反應

第一節概述

1、人體受振的反應與振動哪些參數有關

振動的幅值和頻率，振動的方向和位置，作用時間（以及個人的心里和生理因素）

2、ISO2631標準（1974版）暴露界限、疲勞一一功效降低及舒適性降低界限圖

（166頁）

3、ISO2631標準（1997版）規定人體坐姿受振模型，有哪些振動分量，又如何進行加權

12個振動分量，即3人座椅平動，3個座椅轉動，3個靠背平動，3個腳支撐面的平動。

位置坐標名稱頻率加權函數軸加權系數k

1.00

%

1.00

座椅支承面3d

ys

1.00

如

0.63

r.3a

0.40

ry3a

0.20

rs3a

0.80

靠背xh3c

0.50

3d

yh

0.40

%

0.25

x

腳f3k

0.25

3k

yf

0.40

zf3k

4、人體對對各個方向振動敏感的頻率范圍

垂直振動方向最敏感的頻率范圍是4?12.5Hz,其中4?8Hz頻率范圍內，人體內臟器官最易產生共

振：而在8~12.5Hz范闈內的振動對人體脊椎系統影響最大。水平振動方向最敏感的頻率范闈是0.5?2Hz。

5、有幾種計算加速度均方根值的方法

2

加權加速度均方根值呢=lp；（/）dz

頻率加權后的加速度方均根值:“OX陽（加

總均加權加速度均方根值

加權加速度4次方根值,

6、加權振級與主觀感覺之間的關系

加權振級Law人的主觀感覺

11()沒有不舒適

110?116有一些不舒適

114?120相當不舒適

118?124不舒適

112?128很不舒適

126極不舒適

第二節平順性測量

1、用哪些傳感器和儀器測量汽車平順性

應變式加速度傳感器、壓電式加速度傳感器與電荷放大器結合使用、平順性測量儀進行測量。

2、一般國家、汽車行業標準規定，如何進行測量汽車平順性，如何進行數據處理

汽車平順性由安裝在車輛特定部位的加速度傳感器進行測量。過去的車輛平順性研究中，通常采用應

變式加速度傳感器，用于測最高頻范圍內平緩的頻率響應。近右來采用壓電式加速度傳感器，并與電荷放

大器結合使用，可以測量更高頻率范圍內的加速度信號。最簡單的方法是平順性測量儀進行測量

數據處理包括功率分析（功率譜密度、傳遞函數），幅值分析（包括時域分析\均值，最

大值，最小值，方均根值振動劑量值等）

第十一章行駛動力學模型

第一節模型推導的前提

1、整車模態的設置范圍

（）~15Hz——剛體運動15750Hz——板件、彈性結構振動150Hz以上——噪聲

車身剛體頻率——1-1.5Hz車輪跳動頻率——10-12Hz座椅上的乘客——4?6Hz

動力總成懸置系統---10?20Hz

2、如何對整車系統進行多體動力學建模，建模的思路從復雜到簡單，再由簡單到復雜，整

車三維七自由度模型、平面四自由度模型、1/4懸架2自由度模型

三維七自由度模型：假定車身是一個剛體，當車輛在水平路面上做勻速直線運動時，車身具有上下跳

動，俯仰和側傾三個自由度；四個車輪能獨立的做垂向運動。

平面四自由度模型：在低頻路面激勵下，左右車輪的軌跡輸入具有較高的相關性，即認為左右車輪輸

入基本一致；另外車輛結構基本是左右對稱的，所以響應也是對稱的。高頻路面激勵只影響車輪跳動，對

車身影響很小。此模型考慮了車身的俯仰和垂向運動，前后軸的垂向運動共四個自由度。

1/4懸架2自由度模型：在某些情況下四自由度半車模型可進一步簡化成兩個子問題，即：前懸架決定

質量塊的運動；后懸架決定質量塊的運動。而輪距之間任何位置的運動可由幾何關系方便求故每個子

問題只需要通過一個簡單的單輪車輛兩自由度模型來研究。

第二節單輪車輛模型的推導

1、應用牛頓運動定律推導車身車輪兩自由度模型，應用拉格朗日方程推導車身車輪兩自由

度模型

m*zI-/<l（z0-zI）-^s（z1-z2）-Cs（zI-z2）

好2=K、（Z|-z2）+Cs（z}-z2）

2、進行線性分析（頻響函數分析）

（174頁）

3、不舒適性參數、懸架動行程、輪胎動載荷的定義，以及系統的參數對他們的影響分析

不舒適性參數：車身垂向加速度的頻率加權方均根值；懸架動行程：車輪與車身位移之差的方均根值。

輪胎動載荷：相對于靜平衡位置的輪胎載荷變化的方均根值。

低的固有頻率和阻尼比可獲得高的舒適性；但所需的工作空間增大；輪胎動教荷達到最小值時，附著

性能最佳。

第二節半車模型的推導及分析

1、半車模型的運動方程式的推導及頻響函數分析

半車模型系統有前后輪兩個輸入，且存在一個相位差，其質心響應相當于前后車身主模態各自頻率響

應的疊加。

第三節整車模型推導及分析

1、推導整車七自由度模型的運動微分方程

2、單輪模型、半車模型、整車模型的差別

（簡化程度不同，自由度不同）

整車模型：研究車身上下跳動、俯仰、側傾、兩前輪垂向跳動、獨立懸架兩后輪垂向跳動或非獨立懸

架中后軸的垂向跳動和側傾轉動共七個自由度；

半車模型：研究車身的俯仰和垂向運動、前后軸的垂向跳動共四個自由度

單輪車模型：僅研究車輪和車身垂向運動共兩個自由度

第十二章可控懸架系統

第一節車身高度調節系統

1、按照控制形式，如何進行懸架分類

被動懸架，自適應阻尼調節系統、半主動懸架、主動懸架

2、如何實現車身高度的調羊

調節系統先采集懸架的高度信號，然后與靜平衡位置相比較，當懸架位置低于靜平衡位

置時，高度