汽车动力学 原书第5版PDF电子书下载

1概述 1

1.1 动力学问题概述 1

1.2 局部问题的划分 2

1.3 整书的编排 3

第Ⅰ篇 轮胎和空气动力学 7

2轮胎 7

2.1 轮胎的切向特性 7

2.1.1 车轮阻力 7

2.1.2 切向附着、滑移 14

2.2 轮胎的垂直特性 21

2.2.1 接地印迹面压力分布 21

2.2.2 轮胎弹性和阻尼 22

2.3 轮胎的侧向特性 25

2.3.1 侧向力，回正力矩，侧偏角 25

2.3.2 车轮外倾的影响 31

2.3.3 静止状态下的转向力矩 34

2.3.4 切向力对轮胎特性的影响 34

2.3.5 轮胎模型 37

2.3.6 轮胎的导入特性 39

参考文献 40

3车辆空气动力学 42

3.1 空气阻力和力矩 42

3.1.1 流入速度和流入角，空气密度 43

3.1.2 迎风面积 45

3.2 空气阻力，空气阻力系数cx和cw 45

3.3 空气升力，扰流罩 49

3.4 侧向风，压力中心 51

参考文献 52

拓展文献 53

第Ⅱ篇 驱动和制动 57

4引言 57

5行驶阻力，功率需要 58

5.1 驱动的基本方程，牵引力 58

5.2 车辆的车轮阻力 60

5.3 上坡阻力 61

5.4 加速阻力 61

5.5 驱动轮上的总的阻力和力矩 63

5.6 驱动轮上的功率 65

5.6.1 忽略滑移率情况下的车轮功率 65

5.6.2 考虑滑移率时的车轮功率 66

5.6.3 常用换算 66

参考文献 67

6功率的提供，汽车驱动特性场 68

6.1 特性场基础，理想供应特性场 68

6.2 动力装置（车辆发动机）的特性 71

6.2.1 蒸汽机 71

6.2.2 电力驱动 71

6.2.3 内燃机 75

6.2.4 混合动力驱动 79

6.2.5 燃气轮机 81

6.3 特性转换装置及其与内燃机的共同工作 82

6.3.1 对传动比的要求 82

6.3.2 转速转换器，一般性讨论 84

6.3.3 机械式（摩擦式）离合器 85

6.3.4 液力耦合器 86

6.3.5 扭矩-转速转换器，一般性讨论 87

6.3.6 内燃机和有级变速器的共同工作 88

6.3.7 自动换挡变速器 89

6.3.8 双离合变速器 91

6.3.9 无级变速器 95

6.3.10 自动变速器：内燃机和液力变矩器的共同工作 95

6.4 各种动力装置对汽车行驶的适用性 97

6.4.1 全负荷特性曲线的比较 97

6.4.2 质量比较，不同的能量储备系统，续驶里程 98

6.4.3 有害物质的排放，燃料电池 101

参考文献 102

7行驶功率和燃料消耗 105

7.1 行驶工况图 105

7.2 平路上最高车速，最小传动比 107

7.3 一定速度下的上坡能力 110

7.3.1 最高挡上坡能力，发动机和车辆的弹性 112

7.3.2 最大上坡能力，最大传动比，展开度 113

7.4 下坡行驶 115

7.5 平路加速性能 115

7.5.1 速度，路程，时间 116

7.5.2 对车辆加速性能的影响 119

7.5.3 中间挡传动比 122

7.5.4 牵引力的中断 124

7.6 燃料消耗和CO2排放 125

7.6.1 对燃料消耗重要的影响 125

7.6.2 发动机效率不是常数时的燃料消耗 128

7.6.3 按最低油耗确定的特性转换装置传动比 134

7.6.4 节能挡传动比 135

7.6.5 发动机特性场的改进 135

7.6.6 CO2排放 136

参考文献 138

拓展文献 138

8行驶极限 139

8.1 双轴车辆的运动方程 139

8.2 前轴和后轴的附着率 140

8.3 前轴驱动和后轴驱动时的附着率 143

8.3.1 平路上的匀速行驶 144

8.3.2 上坡匀速行驶 145

8.3.3 平路加速行驶 147

8.4 牵引辅助系统，车轮滑移控制系统，差速锁 148

8.5 全轮驱动 150

8.5.1 理想的扭矩分配 150

8.5.2 实际的扭矩分配 152

8.6 汽车列车和三轴车辆的上坡行驶 155

8.6.1 汽车列车 155

8.6.2 三轴车辆 157

参考文献 159

9制动 160

9.1 动能转换成热 160

9.2 制动过程，制动距离 163

9.2.1 制动过程，制动距离 163

9.2.2 停车距离，制动距离 164

9.2.3 紧急制动，正常制动 166

9.2.4 车队行驶时的间隔 166

9.3 相对减速度，最大减速度，质量系数 168

9.3.1 相对减速度，制动力的定义 168

9.3.2 相对减速度可能达到的范围 169

9.3.3 附着系数利用率，质量系数，制动距离的延长 170

9.4 双轴车辆的附着率和相对减速度 171

9.5 稳定性，转向能力，制动踏板的量化 174

9.6 制动力分配 177

9.6.1 制动力的理想分配 177

9.6.2 BH=f（Bv）的阐述 177

9.7 对制动系的要求、相关法规 178

9.8 防抱死装置 180

9.8.1 电子制动力分配系统 185

9.9 车轮抱死过程 186

9.9.1 在0≤S≤Sc范围内的解 188

9.9.2 在Sc≤S≤1范围内的解 188

9.9.3 抱死过程中的重要参数 189

9.10 制动力定比分配、折线式分配、与装载状态相关的分配 190

9.10.1 制动力定比分配 190

9.10.2 折线式分配 191

9.10.3 与装载情况相关的制动力分配 193

9.10.4 速度变化的影响 195

9.11 踏板力，制动辅助系统 196

9.11.1 与减速度和踏板行程相关的踏板力 196

9.11.2 制动辅助系统 199

9.12 制动装置的失效 200

9.12.1 一个回路失效 201

9.12.2 制动助力装置失效 204

9.13 汽车列车的相对制动减速度 205

9.13.1 货车与多轴挂车 205

9.13.2 轿车和单轴挂车 206

9.13.3 鞍式列车 208

9.14 电力制动，缓行器 209

9.14.1 在传动轴上制动 209

9.14.2 在车轮上制动 210

9.15 制动能量回收 211

参考文献 213

拓展文献 214

第Ⅱ篇 总结 217

第Ⅲ篇 车辆振动 221

10引言 221

10.1 振动等效系统 224

10.1.1 简化的振动等效系统 224

参考文献 227

拓展文献 227

11导论，振动的激励，无规则振动 228

11.1 单质量系统 228

11.1.1 固有振动 229

11.1.2 强迫振动 231

11.2 车辆技术运用 233

11.2.1 液力减振器与橡胶减振器的比较 233

11.2.2 不同的激励形式 235

11.2.3 “无减振”车辆 243

11.2.4 座椅振动特性 244

11.3 正弦形式的激励 246

11.3.1 简谐激励 246

11.3.2 周期性激励 250

11.4 随机不平度，统计参数，功率谱密度 253

11.4.1 随机不平度 253

11.4.2 统计参数 255

11.4.3 功率谱密度函数 257

11.5 路面不平度的谱密度 258

11.5.1 Φh（Ω）的测量结果 259

11.5.2 Φh（Ω）的直观解释 261

11.5.3 单个障碍 262

参考文献 263

拓展文献 263

12评价尺度及其计算 264

12.1 轮荷变化，行驶安全性，道路应力 264

12.1.1 行驶安全性 266

12.1.2 道路应力 267

12.1.3 轮荷冲击系数 268

12.2 弹簧挠度 268

12.2.1 座椅弹簧挠度 269

12.2.2 悬架挠度 269

12.3 坐姿人体上振动作用的评价 270

12.3.1 全身振动 271

12.3.2 多位置激励的振动评价 273

12.3.3 车辆通过单个障碍的评价 277

参考文献 277

拓展文献 278

13汽车，地面不平度单点激励 279

13.1 运动方程，有关参数 280

13.2 随机振动，幅频特性，评价尺度 281

13.2.1 轮荷变化，行驶安全性 282

13.2.2 车身加速度，手和脚的用以评价的振动强度 286

13.2.3 座椅加速度，座椅用以评价的振动强度 286

13.2.4 动挠度 287

13.3 不平度和行驶车速的影响 287

13.3.1 与车辆行驶安全性相关的最高车速 288

13.4 汽车通过单个障碍 289

13.5 车身固有频率的影响 291

13.6 车身相对阻尼系数的影响 294

13.6.1 悬架弹簧和减振器优化，协调图 296

13.6.2 小结 298

13.7 座椅固有频率和座椅相对阻尼系数的影响 299

13.8 车轮质量的影响 301

13.9 轮胎弹性的影响 303

13.10 与装载情况的关系 304

13.10.1 装载情况的影响 304

13.10.2 车辆参数对装载情况的适应性 305

13.11 关于振动系统设计的提示 309

13.11.1 对于悬架弹簧的提示 309

13.11.2 对于阻尼、舒适性和行驶安全性的其他界限的提示 312

13.11.3 对于车轮质量、轮胎、座椅和装载状况的提示 314

13.12 关于非线性特性的说明 314

13.12.1 非线性弹簧和减振器特性的线性化 314

13.12.2 非线性弹簧特性 317

13.12.3 非线性减振器特性 318

13.12.4 折线形式的减振器特性 318

13.12.5 摩擦阻尼 321

13.12.6 车轮的腾空 323

13.13 可调节的悬架系统 324

13.13.1 在不平度激励下对理想控制悬架系统的要求 327

13.13.2 行驶平顺性和行驶安全性之间的矛盾，主动悬架系统的优势 329

13.13.3 极限值、平顺性最优、无车轮载荷波动 331

13.13.4 天棚减振器 333

参考文献 334

拓展文献 336

14双轴汽车，单轮辙激励 337

14.1 运动方程，复数量 337

14.2 无联系质量系统的幅频特性和谱密度 340

14.2.1 轮荷变化，悬架挠度 340

14.2.2 车身的垂直加速度和俯仰加速度 341

14.2.3 座椅的垂直加速度 344

14.2.4 用以评价的振动强度 345

14.2.5 座椅弹簧挠度 347

14.3 车速和车辆大小的影响 347

14.3.1 车速的影响 347

14.3.2 车辆大小（轴距）的影响 349

14.3.3 车辆大小和车速的影响 350

14.4 座椅的位置 351

14.5 前后部分系统间的协调 352

14.5.1 前后有差别的车身固有频率 353

14.5.2 各种车身阻尼 355

14.5.3 在车速范围内的平均值 356

14.6 装载情况的影响 357

14.7 联系质量和轴距的影响 359

14.7.1 轴距相等，联系质量不等的轿车 359

14.7.2 俯仰转动惯量一定，轴距不同的大客车 360

14.8 垂直振动和俯仰振动固有频率，前后悬架弹簧的耦合 363

14.9 制动俯仰，俯仰中心 364

14.10 弹性支撑的驱动系统的影响（发动机颠簸） 368

14.10.1 驱动系统固有频率的影响 371

14.10.2 支撑装置阻尼的影响 372

14.10.3 驱动系统关联的影响 372

14.10.4 驱动系统质量的影响 374

14.10.5 车轮固有频率的影响 374

14.11 本章小结 375

参考文献 376

拓展文献 376

15四轮汽车，双轮辙激励 377

15.1 （简化后的）四轮车辆运动方程 377

15.2 地面不平度的自谱、互谱以及相干性 381

15.2.1 帕希洛夫斯基提出的简化 383

15.2.2 垂直激励和侧倾激励的自谱，相干性 383

15.2.3 行程有关的谱密度 385

15.2.4 测量结果，相干函数的近似表达式 385

15.3 双车辙激励时的方差值 387

15.4 附加的侧倾振动的影响 388

15.4.1 车身侧倾加速度的幅频特性 388

15.4.2 考虑侧倾振动后的振动强度 391

15.4.3 轮荷变化和悬架挠度 392

15.4.4 车速的影响 394

15.4.5 一般情况 395

15.5 稳定装置的作用 396

15.6 本章小结 398

参考文献 398

拓展文献 398

16各种悬架导向装置的作用 399

16.1 加速度的关联，弹簧-减振器系统的布置 399

16.1.1 具有纵向导向杆的汽车微分方程 400

16.1.2 悬架系统结构的影响 402

16.1.3 相关联的影响 403

16.2 在高频范围内的建模与评价 404

16.3 轮辙移动（轨迹的改变） 407

16.3.1 轮辙移动引起的车轮侧向力 407

16.3.2 装备摆臂式悬架的车辆的方程 407

16.3.3 车辙偏移的影响 409

16.4 装用刚性车轴的车辆的侧倾和侧向振动 411

16.4.1 运动方程 411

16.4.2 侧倾振动，轮荷波动 413

16.4.3 侧向振动，侧向力 416

16.5 本章小结 417

参考文献 418

拓展文献 418

17车辆纵向振动 419

17.1 由于地面不平度引起的车辆纵向振动 419

17.1.1 车辆通过不平地面时产生的圆周力 419

17.1.2 考虑刚性导杆支撑的车辆纵向振动 421

17.1.3 说明 423

17.2 由于发动机激励引起的纵向振动（汽车窜动） 424

17.2.1 运动方程组 424

17.2.2 随时间变化过程，理论与试验结果的比较 425

17.2.3 传动比和扭矩的影响 426

17.2.4 附着-滑移关系的影响 426

参考文献 428

18由发动机激励引起的车辆振动 429

18.1 单缸发动机激励 430

18.1.1 曲柄连杆机构的运动学 430

18.1.2 质量力 431

18.1.3 质量扭矩 431

18.1.4 气体扭矩 432

18.1.5 单缸发动机总的激励 434

18.2 四冲程四缸直列发动机的激励 435

18.2.1 质量力 436

18.2.2 质量扭矩和气体扭矩 437

18.2.3 运行状态 440

18.2.4 燃烧过程不一致的影响 443

18.3 其他多缸发动机 445

18.4 对于车身的振动激励 445

18.4.1 车辆振动系统 445

18.4.2 驱动系统弹性支撑装置的优点 449

18.4.3 2阶及高阶成分对车身产生的激励 449

18.4.4 发动机低阶成分产生的激励 454

18.5 针对发动机激励的驱动系统支撑的设计 457

18.5.1 针对质量激励的设计 457

18.5.2 针对气体扭矩激励的设计 458

18.5.3 地面不平度激励和发动机激励产生振动的综合分析 458

参考文献 460

拓展文献 460

第Ⅲ篇 总结 461

第Ⅳ篇 行驶的操纵稳定性 465

19概述 465

参考文献 468

拓展文献 468

20线性单轨模型，客观特征量，主观评价 469

20.1 双轴汽车的运动方程 469

20.1.1 曲率中心和瞬心 470

20.2 转向特性 471

20.3 线性单轨模型的微分方程 473

20.3.1 特殊情况：匀速行驶 475

20.3.2 轮胎拖距的考虑 476

参考文献 476

拓展文献 476

21匀速圆周行驶 477

21.1 向心加速度 477

21.1.1 最大值（简化分析） 477

21.1.2 由道路线形决定的数值 479

21.1.3 平均水平的驾驶员在弯道上达到的向心加速度 479

21.1.4 线性化的极限 480

21.2 与向心加速度有关的函数，圆周行驶参数 480

21.2.1 转向盘输入 482

21.2.2 前轮输入，侧偏角 484

21.2.3 质心处的侧偏角 485

21.2.4 在圆周中车辆的位置 486

21.2.5 转向盘力矩 486

21.2.6 圆周行驶参数 486

21.3 车辆客观特征值，主观陈述 487

21.3.1 不足转向与过多转向 487

21.3.2 质心处侧偏角梯度，转向盘转角-质心处侧偏角梯度 490

21.3.3 转向盘力矩 492

21.4 车辆参数对圆周行驶特性的影响 492

21.4.1 用于计算的基本模型 493

21.4.2 侧偏刚度的影响，质心处侧偏角的意义 493

21.4.3 转向系统参数的影响 495

21.4.4 质心位置的影响 496

21.4.5 载荷的影响 497

参考文献 497

拓展文献 498

22瞬态特性 501

22.1 稳定性，固有频率，阻尼 501

22.1.1 稳定性和不足转向/过多转向 502

22.1.2 固有频率，相对阻尼系数 503

22.1.3 固有侧向扰动的考虑 506

22.2 操纵性能，时间函数，转向盘转角斜坡输入 507

22.2.1 拉普拉斯变换，传递函数和放大因数 508

22.2.2 阶跃响应 508

22.2.3 转向盘转角斜坡输入 512

22.2.4 车辆参数 513

22.2.5 转向盘转角输入速度和车速的影响 517

22.3 转向特性，频率特性 519

22.3.1 频率特性的解释 520

22.3.2 频率特性的评价 522

22.3.3 车辆参数的影响 523

22.4 在给定车道曲线上的行驶，“理想的”驾驶员，缓和曲线 525

22.4.1 在给定车道曲线情况下的稳定性 526

22.4.2 缓和曲线 528

22.4.3 转向盘输入 528

22.5 转向盘自由状态下车辆的行驶特性（自由控制） 529

22.5.1 运动方程 529

22.5.2 车辆参数的影响 531

22.6 侧风性能 533

22.6.1 定值侧向风，稳态性能 533

22.6.2 瞬态性能 536

22.7 第20～22章总结 546

参考文献 547

拓展文献 548

23控制回路，驾驶员-汽车 550

23.1 车辆技术上的控制回路简介 550

23.1.1 稳定性，分割频率，相角储备 552

23.1.2 驾驶员传递函数，McRUER模型 553

参考文献 554

拓展文献 555

24横向控制 557

24.1 正常行驶 557

24.1.1 预期操纵 558

24.1.2 期望轨迹的形成 561

24.1.3 补偿控制 562

24.2 极限行驶状态 566

24.2.1 在绕过障碍时期望车道的形成 566

24.2.2 “正常行驶状态”与“极限行驶状态”的控制、比较 566

24.2.3 车辆参数的影响 568

24.3 车辆的扰动特性，驾驶员的适应性 569

24.3.1 侧风下的直线行驶 569

24.3.2 驾驶员对车辆的适应 571

24.3.3 车辆对驾驶员的适应 571

24.3.4 驾驶员作为有适应能力的控制者，在行驶过程中的适应性 571

参考文献 574

拓展文献 575

25纵向控制 577

25.1 正常行驶状态、跟车行驶 577

25.1.1 车辆传递函数 578

25.1.2 预期操纵 578

25.1.3 期望距离，期望值的形成 579

25.1.4 补偿控制 579

25.2 极限行驶状态 580

25.2.1 车辆传递函数 580

25.2.2 期望值的形成 580

25.2.3 驾驶员传递函数 581

参考文献 581

拓展文献 581

26驾驶辅助系统 584

26.1 车辆行驶动力学控制系统 585

26.2 第23～26章总结 587

参考文献 588

拓展文献 588

27曲线极限加速度，切向力的影响 591

27.1 运动方程 591

28匀速圆周行驶 593

28.1 曲线行驶阻力 593

28.2 干路面上的操稳性，前轮驱动，后轮驱动，全轮驱动 594

28.2.1 附着工况决定的极限 595

28.2.2 转向盘输入，不足/过多转向 597

28.2.3 转向盘力矩 601

28.2.4 质心处的侧偏角 602

28.2.5 质心位置和驱动方式的影响 603

28.3 结冰路面上的操稳性 603

28.4 湿路面上的行驶 605

28.5 驱动功率决定的行驶极限 606

参考文献 607

拓展文献 607

29准线性分析 608

29.1 轮胎特性曲线的近似 608

29.2 不足/过多转向 609

29.3 稳定性 610

29.4 各种驱动方式车辆的稳定性极限 611

参考文献 611

30瞬态行驶，转向盘转角斜坡输入 612

30.1 在干路面上匀速行驶 613

30.2 在干路面上切向力保持不变行驶 615

30.3 结冰路面上的行驶 617

30.4 第27～30章总结 619

31双轨模型，四轮车辆 620

32匀速圆周行驶 621

32.1 轮荷变化，质心高度和轮距的影响 621

32.1.1 一个车轴上的侧向力和轮荷 622

32.1.2 在车辆上的应用 624

32.1.3 侧翻极限 626

32.2 升力产生的附加影响 628

32.3 瞬心，瞬时轴线 630

32.4 车辆侧倾和轮荷的计算（以刚性车轴为例） 631

32.5 前后轴侧倾刚度不同，稳定装置 633

32.6 各种悬架 635

32.7 对于到目前为止涉及稳态圆周运动的方程式的总结 638

32.8 悬架的运动学和弹性运动学 640

32.8.1 前转向轮的运动学 641

32.8.2 悬架系统的运动学 642

32.8.3 悬架系统的弹性运动学 644

32.8.4 车轮外倾 645

32.9 运动学和弹性运动学对行驶特性的影响 646

32.9.1 前束和切向力附加转向的影响 646

32.9.2 前转向轮输入，内外侧车轮转角差 647

32.9.3 侧倾和侧向力附加转向的影响 647

32.9.4 外倾 649

32.10 侧倾的影响 650

32.10.1 侧倾角的大小 650

32.10.2 对车辆振动和轮胎磨损的作用 652

32.10.3 最大的侧向加速度 652

32.11 转向系统 653

32.11.1 传统转向系统 653

32.11.2 非传统转向 657

参考文献 659

拓展文献 660

33瞬态行驶 662

33.1 车辆系统 662

33.1.1 坐标系 662

33.1.2 程序结构 663

33.2 侧向加速度较大情况下转向角斜坡输入 666

33.3 动态侧倾的影响 666

33.3.1 侧倾弹性和阻尼的影响 666

33.3.2 头部高度上的侧向加速度 667

33.4 从稳态圆周行驶得到加速踏板位置变化时的操稳性 669

33.4.1 评价准则 671

33.4.2 车辆参数的影响 671

33.4.3 输出侧向加速度 680

33.4.4 第33.4节小结 681

33.5 全轮转向 683

33.5.1 全轮转向的横向动力学 683

33.5.2 通过全轮转向对干扰的补偿 685

33.5.3 全轮转向小结 686

33.6 第31～33章总结 687

参考文献 688

拓展文献 690

第Ⅳ篇 总结 691

常用符号一览表 693

索引 701