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第1章 车辆动力学概述 1

1.1 车辆动力学的产生 1

1.2 车辆动力学的研究内容 3

1.2.1 行驶动力学及其控制 3

1.2.2 操纵动力学 4

1.3 车辆动力学的研究方法和理论基础 4

1.3.1 经验法和解析法 4

1.3.2 车辆动力学及其控制的理论基础 5

1.3.3 基本的建模方法 6

1.3.4 车辆动力学建模的坐标系 7

1.4 车辆动力学的发展趋势 7

1.4.1 车辆的主动控制 7

1.4.2 多体系统动力学 8

1.4.3 “地面－车辆－人”闭环系统和评价 9

第2章 随机振动及路面输入 10

2.1 随机振动的基本知识 10

2.1.1 分布密度函数和分布函数 10

2.1.2 高斯分布 11

2.1.3 从时间函数导出功率谱函数 12

2.2 路面不平度的功率谱密度 13

2.3 互功率谱密度和相干函数 14

2.4 路面测量技术及数据处理 17

2.4.1 路面测量技术 17

2.4.2 数据处理 18

2.5 路面输入模型 20

2.5.1 频域模型 20

2.5.2 时域模型 24

2.5.3 路面对四轮车辆的输入功率谱密度 25

2.6 特殊路面输入 27

第3章 车辆行驶动力学模型及分析 29

3.1 车辆振动系统的简化 29

3.2 单自由度车辆模型 30

3.2.1 运动微分方程 30

3.2.2 单质量系统的频率响应特性 31

3.3 车身与车轮两自由度模型 33

3.3.1 运动方程与振型分析 33

3.3.2 双质量系统的传递特性 36

3.3.3 基本性能参数的幅频特性 38

3.4 双轴车辆振动模型 39

3.5 整车模型 43

3.6 不同简化模型分析结果的比较 44

第4章 悬架系统特性对整车性能的影响 45

4.1 用随机振动理论分析汽车平顺性 45

4.1.1 平顺性分析的主要振动响应量 45

4.1.2 振动响应量的功率谱密度与均方根值 45

4.1.3 概率分布与标准差的关系 46

4.2 悬架性能对汽车平顺性的影响 47

4.2.1 单自由度系统对路面随机输入的响应 47

4.2.2 车身与车轮两自由度系统对路面随机输入的响应 51

4.3 悬架系统对转向特性的影响 55

4.3.1 侧倾力矩分配 56

4.3.2 外倾角变化 60

4.3.3 侧倾转向 62

4.3.4 侧向力柔顺转向 63

4.3.5 回正力矩 63

4.3.6 驱动力对转向的影响 64

4.4 不足转向效应小结 65

第5章 现代车辆悬架控制技术 66

5.1 汽车悬架的功用 66

5.1.1 被动悬架 66

5.1.2 主动悬架 67

5.1.3 半主动悬架 68

5.1.4 主动悬架控制技术的研究和应用 69

5.2 LQG控制 70

5.2.1 LQG控制原理 70

5.2.2 LQG控制器设计 71

5.3 PID控制 72

5.3.1 PID控制原理 72

5.3.2 PID控制器设计与仿真 74

5.3.3 PID控制器的参数选择 75

5.4 神经网络 76

5.4.1 神经网络原理 76

5.4.2 BP网络—多层前向网络误差反传的学习过程 77

5.4.3 车辆悬架系统的神经网络辨识 78

5.4.4 神经网络辨识与控制系统 81

5.5 模糊控制 84

5.5.1 模糊原理 84

5.5.2 模糊控制原理和设计方法 84

5.5.3 模糊控制器的结构选择 86

5.5.4 模糊规则的选取 86

5.5.5 模糊逻辑推理 88

5.5.6 精确化过程 88

5.5.7 数值仿真 89

5.6 遗传算法神经网络控制 89

5.6.1 神经网络与遗传算法的系统思维特性 89

5.6.2 遗传算法神经网络控制策略 90

第6章 振动乘坐舒适性评价 93

6.1 振动引起的乘坐舒适性的影响因素 93

6.2 坐姿振动的乘舒性研究 94

6.3 其他振动形式的影响 97

6.4 人体对振动的反应 98

6.5 乘舒性的评价方法 99

6.5.1 基本的评价方法 100

6.5.2 辅助评价方法 101

第7章 车辆的操纵稳定性 102

7.1 概述 102

7.1.1 汽车操纵稳定性包含的内容 102

7.1.2 车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应 104

7.1.3 人—汽车闭路系统 106

7.1.4 汽车试验的两种评价方法 106

7.2 转向系统 107

7.2.1 转向几何误差 109

7.2.2 前轮几何布置 111

7.2.3 转向系统的力与力矩 111

7.2.4 转向系统模型 114

7.2.5 转向系统影响因素实例 115

7.2.6 前轮驱动的影响 117

7.2.7 四轮转向 119

7.3 轮胎的侧偏特性 121

7.3.1 轮胎的坐标系 121

7.3.2 轮胎的侧偏现象和侧偏力－侧偏角曲线 121

7.3.3 轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响 123

7.3.4 回正力矩——绕Qz轴的力矩 126

7.3.5 有外倾角时轮胎的滚动 127

7.4 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 129

7.4.1 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 129

7.4.2 前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应——等速圆周行驶 131

7.4.3 前轮角阶跃输入下的瞬态响应 137

7.4.4 横摆角速度频率响应特性 143

7.5 汽车操纵稳定性与悬架的关系 146

7.5.1 汽车的侧倾 147

7.5.2 侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮的重新分配及对稳态响应的影响 153

7.5.3 侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化 156

7.5.4 侧倾转向 158

7.5.5 变形转向——悬架导向装置变形引起的车轮转向角 159

7.5.6 变形外倾——悬架导向装置变形引起的外倾角的变化 161

7.6 车辆侧翻 161

7.6.1 刚体车辆的准静态侧翻 162

7.6.2 悬架车辆的准静态侧翻 164

7.6.3 瞬态侧翻 166

7.6.4 事故经历 171

第8章 车辆模态分析基础与测试技术 174

8.1 单自由度系统的传递函数分析 174

8.1.1 系统方程及传递函数 174

8.1.2 系统极点 175

8.1.3 留数 176

8.1.4 传递函数图 176

8.1.5 频率响应函数和脉冲响应函数 177

8.1.6 质量、阻尼和刚度变化对频响函数的影响 177

8.2 多自由度系统的传递函数分析 178

8.2.1 系统方程与传递函数 178

8.2.2 系统极点、固有频率和阻尼因子 179

8.2.3 模态向量和留数 179

8.2.4 频响函数矩阵和脉冲响应函数矩阵 180

8.2.5 无阻尼系统 181

8.2.6 正交性与模态坐标 182

8.2.7 解析法和实验法 183

8.3 模态参数识别 183

8.3.1 模态参数识别的基本概念 183

8.3.2 单自由度法 184

8.3.3 多自由度时域法 186

8.3.4 多自由度频域法 187

8.4 基本测试系统 188

8.5 车辆的准备 189

8.6 激励系统与激励信号 190

8.6.1 激励系统 190

8.6.2 激励信号 191

8.7 力和运动传感器 195

8.7.1 力传感器 196

8.7.2 运动传感器 196

8.8 车辆模态测试实例 197

8.8.1 试验设备 197

8.8.2 试验方法的确定 198

8.8.3 支持系统的布置及要求 199

8.8.4 测试方案的制定 199

8.8.5 试验结果 199

参考文献 203