车辆动力学 建模与仿真PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 定义 1

1.1.1 建模技术系统 2

1.1.2 系统的定义 3

1.1.3 仿真与仿真环境 4

1.1.4 车辆模型 4

1.2 完整的车辆模型 7

1.2.1 车辆模型及其应用领域 9

1.2.2 商务车的仿真系统 9

1.3 本书概要 10

1.4 本书网址 11

参考文献 11

第2章 数学与运动学基础 13

2.1 矢量 13

2.1.1 矢量的基本算法 13

2.1.2 物理矢量 14

2.2 坐标系及其分量 14

2.2.1 坐标系 14

2.2.2 分量分解 14

2.2.3 分量表示之间的关系 15

2.2.4 变换矩阵的性质 16

2.3 线性矢量函数和二阶张量 17

2.4 刚体的自由运动 18

2.4.1 刚体的一般运动 18

2.4.2 相对运动 21

2.4.3 重要的参考坐标系 22

2.5 旋转运动 23

2.5.1 一般形式的空间旋转和角速度 24

2.5.2 参数化的旋转运动 24

2.5.3 旋转位移对和旋转张量 25

2.5.4 旋转位移对和角速度 27

2.5.5 卡尔丹（布莱恩特）角 27

参考文献 30

第3章 多体系统运动学 31

3.1 运动链的结构 31

3.1.1 拓扑建模 31

3.1.2 运动学建模 32

3.2 运动链中的运动副 33

3.2.1 空间运动链中的运动副 34

3.2.2 平面运动链中的运动副 35

3.2.3 球面运动链中的运动副 35

3.2.4 运动副的分类 36

3.3 自由度和广义坐标 37

3.3.1 运动链的自由度 37

3.3.2 道路车辆悬架运动学实例 38

3.3.3 广义坐标 39

3.4 运动链合成的基本原则 39

3.4.1 稀疏方法——绝对坐标公式 40

3.4.2 矢量环法——拉格朗日公式 42

3.4.3 拓扑方法——最少坐标公式 43

3.5 完整多体系统的运动学 44

3.5.1 基本概念 44

3.5.2 模块线形图和运动网络 45

3.5.3 空间四连杆机构的相对运动学 47

3.5.4 相对运动学、绝对运动学和全局运动学 48

3.5.5 实例——双横臂式悬架 49

参考文献 51

第4章 复杂多体系统的运动方程 52

4.1 质点系的动力学基本方程 52

4.2 若丹原理 53

4.3 质点系的第一类拉格朗日方程 53

4.4 刚体的第二类拉格朗日方程 54

4.5 达朗贝尔原理 55

4.6 基于计算机的运动方程推导 57

4.6.1 绝对运动的微分 57

4.6.2 运动方程 59

4.6.3 空间多体动力学 60

参考文献 66

第5章 车体运动学和动力学 67

5.1 车辆固定参考系 67

5.2 底盘运动学分析 69

5.2.1 悬架运动学 69

5.2.2 运动方程 71

参考文献 72

第6章 悬架的建模与分析 73

6.1 悬架系统的功能 73

6.2 不同类型的悬架 74

6.2.1 梁式车桥 75

6.2.2 扭转梁式悬架 75

6.2.3 纵臂式独立悬架 76

6.2.4 斜臂式独立悬架 77

6.2.5 双横臂式独立悬架 78

6.2.6 麦弗逊式独立悬架 79

6.2.7 多连杆式悬架 79

6.3 悬架的特征变量 80

6.4 一维1/4车辆模型 82

6.5 麦弗逊式悬架三自由度模型 84

6.5.1 运动学分析 85

6.5.2 求解过程 87

6.6 五连杆后悬架三自由度模型 91

6.6.1 运动学分析 91

6.6.2 隐式解 93

6.6.3 三维1/4车辆模型的仿真结果 96

参考文献 99

第7章 路面与轮胎的接触模型 100

7.1 轮胎的结构 101

7.2 车轮与路面间的力 101

7.3 静止状态下轮胎接触力 101

7.3.1 受垂直载荷作用的轮胎 102

7.3.2 滚动阻力 103

7.3.3 受纵向力（圆周力）作用的轮胎 103

7.3.4 受侧向力作用的轮胎 112

7.3.5 外倾角对轮胎侧向力的影响 114

7.3.6 在接触面上轮胎载荷与轮胎力的影响 115

7.3.7 轮胎力的基本构成 115

7.3.8 纵向力和侧向力的叠加 115

7.4 轮胎模型 117

7.4.1 接触点的几何形状 118

7.4.2 接触速度 121

7.4.3 滑移值的计算 122

7.4.4 魔术公式轮胎模型 123

7.4.5 滑移叠加的魔术公式 124

7.4.6 HSR I轮胎模型 125

7.5 非稳态轮胎特性 128

参考文献 129

第8章 传动系统建模 131

8.1 传动系统的概念 131

8.2 建模 132

8.2.1 发动机缸体的相对运动 132

8.2.2 传动系统建模 132

8.2.3 发动机悬置 133

8.2.4 等速万向节建模 137

8.3 发动机模型 139

8.4 传动系统的相对运动学 140

8.5 传动系统的绝对运动学 142

8.6 运动方程 142

8.7 仿真结果讨论 143

参考文献 144

第9章 车辆的受力分析 146

9.1 多体系统的力和力矩 147

9.1.1 反作用力 147

9.1.2 作用力 148

9.2 制动系统的工作过程 148

9.3 空气阻力 149

9.4 弹簧和减振器的分力 151

9.4.1 弹簧元件 151

9.4.2 减振器元件 152

9.4.3 并联时的受力 152

9.4.4 串联时的受力 152

9.5 防侧倾杆 153

9.5.1 被动防侧倾杆 154

9.5.2 主动防侧倾杆 156

9.6 橡胶合成元件 156

参考文献 157

第10章 单轨模型 159

10.1 线性单轨模型 159

10.1.1 线性单轨模型的运动方程 160

10.1.2 稳态转向特性和转弯 164

10.1.3 非稳态转向特性下的车辆稳定性 166

10.2 非线性单轨模型 167

10.2.1 非线性单轨模型的运动学 168

10.2.2 轮胎受力 170

10.2.3 驱动力矩和制动力矩 173

10.2.4 运动方程 174

10.2.5 状态方程 175

10.3 线性侧倾模型 176

10.3.1 底盘侧倾运动方程 178

10.3.2 动态轮胎载荷 180

10.3.3 自转向特性的影响 182

参考文献 183

第11章 双轨模型 184

11.1 无悬架运动的双轨模型 184

11.1.1 用于基本空间双轨模型的牛顿和欧拉方程 186

11.1.2 弹簧力和阻尼力 188

11.1.3 车轮的牛顿与欧拉方程 189

11.1.4 轮胎与路面的接触 189

11.1.5 传动系统 192

11.1.6 制动系统 193

11.1.7 运动方程 194

11.2 有悬架运动的双轨模型 194

11.2.1 双轨模型的自由度 195

11.2.2 车辆底盘运动学 197

11.2.3 车轮悬架的广义运动学 199

11.2.4 有拖曳臂的悬架 202

11.2.5 半拖曳臂式悬架的车轮运动学 206

11.2.6 轮胎的力和力矩 208

11.2.7 悬架弹簧和减振器 208

11.2.8 气动力 209

11.2.9 转向 209

11.2.10 防侧倾杆 210

11.2.11 作用力和力矩 210

11.2.12 牛顿方程和欧拉方程 211

11.2.13 运动和状态空间方程 214

11.3 简化的驾驶员模型 214

11.3.1 控制器的概念 215

11.3.2 参数化 216

参考文献 217

第12章 三维整车模型 218

12.1 整车建模 218

12.1.1 后轮驱动整车模型的运动学 218

12.1.2 前轮驱动和四轮驱动的整车模型运动学 226

12.1.3 整车模型动力学 236

12.2 整车仿真 237

12.2.1 FASIM_ C＋＋的安装和概念 238

12.2.2 整车模型的模块结构 239

12.2.3 运动方程的结构 242

12.2.4 数值积分 246

12.2.5 事件处理 248

参考文献 249

第13章 典型的复杂整车建模 251

13.1 整车模型的建立 251

13.2 模型的验证和确认 253

13.2.1 验证 253

13.2.2 确认 254

13.3 参数化的汽车模型 260

13.3.1 参照模型的定义 260

13.3.2 参数化模型和验证模型的比较 265

参考文献 267

第14章 应用实例 269

14.1 转向阶跃输入的仿真（ISO 1989） 269

14.2 车辆侧倾的仿真 271

14.2.1 虚拟试验场 274

14.2.2 仿真结果 276

14.3 使用主动防侧倾杆的侧倾动力学控制 285

14.3.1 被动防侧倾杆 285

14.3.2 前后轴的刚度分配 285

14.3.3 利用主动防侧倾杆进行侧倾动态控制 287

14.3.4 控制单元的设计 288

14.3.5 响应和干扰的影响 290

14.3.6 模糊逻辑的侧倾转矩分配 290

14.3.7 主动控制原则 290

14.3.8 侧倾转矩分配控制实现的可能 292

参考文献 293

索引 295