车辆动力学概述_结构动力学概述
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车辆动力学概述
回顾车辆动力学的发展历史，揭示车辆动力学研究内容及未来发展趋势，对车辆特性和设计方法也作了简要介绍。
1.历史发展
车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。其发展历史可追溯到100多年前[1]，直到20世纪30年代初人们才开始注意车轮摆振问题等；而后一直到1952年间，人们通过不断研究，定义了不足转向和过度转向，建立了简单的两自由度操纵动力学方程，开始进行有关行驶平顺性研究并建立了K2试验台，提出了“平稳行驶”概念，引入前独立悬架等；1952年以后，人们扩展了操纵动力学分析，开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测，理论和试验两方面对动力学的发展也起了很大作用。然而，在新车型的设计开发中，汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，实际测试和主观评价在车辆开发中还有不可替代的作用。
2.研究内容
严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。它涉及范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（纵向动力学）外，还有行驶动力学和操纵动力学。人们长期以来习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题，而实际情况是车辆同时受到三个方向的输入激励且各个方向运动响应特性相互作用、相互耦合。随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展，我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究。
纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系，按工况不同分为驱动动力学和制动动力学两大部分。与行驶动力学有关的主要性能及参数包括悬架工作行程、乘坐舒适性、车体的姿态控制及轮胎动载荷的控制等；而行驶动力学研究的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型。操纵动力学内容相当丰富，轮胎在其中起着相当重要的作用；通常操纵动力学研究范围分为三个区域，即线性域、非线性域和非线性联合工况。
3.车辆特性和设计方法 车辆动力学特性的设计方法主要以系统建模和分析为主，而车辆设计则可以是一个迭代循环的过程。在此，不得不提一下人们所期望的车辆特性。
在车辆纵向动力性能方面，人们期待车辆能够有很好的动力性、燃油经济性和制动性，为实现这些理想特性，就要对车辆的动力与传动系统及制动系统的良好设计来保证[2]。就乘坐舒适性而言，被广为接受的评价指标是使驾驶员和乘员所感受到的加速度水平降至最小。在操纵性方面，总体目标包括两个方面，一是对于风的扰动或不平路面的干扰车辆所产生的运动响应控制在最小范围，二是对驾驶员输入响应达到最优；实际中，驾驶员本身作用不容忽视。具体而言，所期望的车辆操纵稳定性可归纳为稳定性、可操纵性、一致性和常规性等四个方面，便于我们进行研究。
在实际研究中，我们可以通过对实际车辆的数学建模、动力学方程求解，然后再用所求得的结果对实际车辆进行分析解释。我们建模要能够准确描述车辆动力学特性，预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案，解释现有设计中存在的问题并找出解决方案。
4.发展趋势
传统的车辆动力学研究都是针对被动元件的设计而言，而采用主动控制来改变车辆动态性能的理念，则为车辆动力学开辟了一个崭新的研究领域。在车辆系统动力学的研究中，采用“人-车-路”大闭环的概念应该是未来的趋势。作为驾驶者，人既起着控制器的作用，又是车辆性能的最终评价者[3]。计算机技术和控制技术共同推动了现代汽车系统动力学的发展。
车辆的控制系统包括三大部分，即控制算法、传感器技术和执行机构。后两者在技术上可以解决，而作为控制系统的关键，寻求一个能够为车辆提供良好性能的控制律，则需要控制理论与车辆动力学的机密结合。
与传统的集中质量模型相比，近代发展起来的多刚体系统动力学可大大地提高复杂车辆模型的精度[4]，已经成为汽车CAE技术的重要组成部分。采用人-车闭环系统也将是未来汽车系统动力学研究的趋势[5]。
参考文献 [1] Lanchester F W.Some problems peculiar to the design of automobile.Automobile Engineers, 1908, II:187 [2] 喻凡，林逸.汽车系统动力学[M].北京：机械工业出版社，2005:7-10 [3] Dynamik D, Kraftfahrzeuge.汽车动力学[M].北京：清华大学出版社，2009:575-578 [4] Kortum W, Sharp R S.A report on the state of affairs on application of multi-body computer codes to vehicle system dynamics.Vehicle System Dynamics, 1991,20(3-4)：177-184 [5] Guo K H, Guan X.Modelling of driver/vehicle directional control system.Vehicle System Dynamics, 1993,22(3):141-184
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