汽车动力学研究进展

近年来,随着汽车工业技术的进步与社会的发展,人们对汽车的安全性、舒适性和可靠性等方面的要求越来越高,而这些都与汽车动力学的研究密切相关.本文从汽车动力学研究中涉及的各种坐标系、建模理论与分析方法及其应用范围等方面,分析和阐述其研究现状,并展望其发展趋势.

1汽车动力学分析中的坐标系

汽车动力学研究中常用的坐标系包括:车辆坐标系、惯性坐标系、中间坐标系、车轮坐标系及轮胎坐标系等,具体见表1.

2汽车动力学研究对象的描述

在汽车动力学研究中,需要确定汽车与系统所受到的来自地面与空气的广义外力以及系统内部的各种约束与力元.总之,汽车是1个非保守、有势的非完整系统.

3汽车动力学的研究理论与方法

在汽车动力学研究中,首先需要建立力学模型,然后根据相关力学基本原理和定律得到各种工况下的受力与动力学参数间的关系,即建立数学模型,并在此基础上分析汽车各种性能与特性,找到其与结构及参数间的关系进行优化.

随着数学、力学和计算技术的发展,汽车动力学研究已由原来的集中参数模型拓展到多刚体、多柔体及刚柔耦合模型,或有限元模型等,这样模型的复杂程度和精度就大大提高.而在动力学分析过程中运用的主要原理及定理已由基于微积分的矢量力学――牛顿定律,到基于变分的分析力学――虚功(率)和高斯形式的动力学普遍方程.汽车动力学的研究理论与方法见图1.

4总结与展望

采用数值、半解析或两者相结合的方法进行汽车动力学分析与计算,不但可以得到定性的(如系统的稳定性、分岔与混沌现象等),也可以得到汽车性能与特性的定量结果,从而为汽车的进一步优化与动力学控制研究奠定基础.人渤氮猜繁栈废低车姆窍咝远力学研究是汽车动力学未来的发展方向之一.此外,进一步加强汽车动力学和控制的集成研究,以提高汽车性能特别是主、被动安全性能也是汽车动力学的研究焦点.

作者简介:吴光强,1994年7月在吉林大学汽车工程学院液力机械传动研究所获工学博士学位;1994年8月至1996年8月在哈尔滨工业大学机械工程学科博士后流动站做博士后研究、为副教授,2009年8月起为(日本)东京大学生产技术研究所客座教授.现为同济大学教授、博士生导师,汽车仿真技术研究所所长.兼任上海市科学技术委员会技术预见专家,中国机械工程学会流体传动与控制分会委员,上海市系统仿真学会常务理事,International Journal of ITS Research(日本)、《传动技术》和《系统仿真技术》等杂志编委.一直从事汽车产品的先进设计与仿真理论及方法、汽车多体系统动力学与非线性控制及汽车主动安全性等方面的理论与应用研究.在Vehicle System Dynamics,International Journal of Vehicle Design和《机械工程学报》等国内外重要学术刊物及国际学术会议上120余篇,且已有40余篇论文被收录入SCI/EI/ISTP,出版专著2部,主编“普通高等教育‘十一五’部级规划教材”1部.主持过国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)、国际合作和省部级课题等30余项,申请、获准国家发明专利19项,获国家计算机软件著作权16项,负责制修订国家与行业标准5项.两次受到美国汽车工程师学会(SAE)的表彰,荣获霍英东教育基金会高等院校青年教师基金奖,作为第1完成人获省部级科技进步奖二等奖1项、三等奖4项,省部级教学成果奖二等奖2项,并获中国汽车工业优秀青年科技人才奖、通用汽车中国高校汽车领域创新人才奖二等奖等.此外,被评为上海市第八届曙光学者.