車輛動力學：建模與仿真

第1章緒論1
1.1定義1
1.1.1建模技術(shù)系統(tǒng)2
1.1.2系統(tǒng)的定義3
1.1.3仿真與仿真環(huán)境4
1.1.4車輛模型4
1.2完整的車輛模型7
1.2.1車輛模型及其應用領(lǐng)域9
1.2.2商務車的仿真系統(tǒng)9
1.3本書概要10
1.4本書網(wǎng)址11
參考文獻11

第2章數(shù)學與運動學基礎(chǔ)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坐標系及其分量14
2.2.1坐標系14
2.2.2分量分解14
2.2.3分量表示之間的關(guān)系15
2.2.4變換矩陣的性質(zhì)16
2.3線性矢量函數(shù)和二階張量17
2.4剛體的自由運動18
2.4.1剛體的一般運動18
2.4.2相對運動21
2.4.3重要的參考坐標系22
2.5旋轉(zhuǎn)運動23
2.5.1一般形式的空間旋轉(zhuǎn)和角速度24
2.5.2參數(shù)化的旋轉(zhuǎn)運動24
2.5.3旋轉(zhuǎn)位移對和旋轉(zhuǎn)張量25
2.5.4旋轉(zhuǎn)位移對和角速度27
2.5.5卡爾丹（布萊恩特）角27
參考文獻30

第3章多體系統(tǒng)運動學31
3.1運動鏈的結(jié)構(gòu)31
3.1.1拓撲建模31
3.1.2運動學建模32
3.2運動鏈中的運動副33
3.2.1空間運動鏈中的運動副34
3.2.2平面運動鏈中的運動副35
3.2.3球面運動鏈中的運動副35
3.2.4運動副的分類36
3.3自由度和廣義坐標37
3.3.1運動鏈的自由度37
3.3.2道路車輛懸架運動學實例38
3.3.3廣義坐標39
3.4運動鏈合成的基本原則39
3.4.1稀疏方法——絕對坐標公式40
3.4.2矢量環(huán)法——拉格朗日公式42
3.4.3拓撲方法——最少坐標公式43
3.5完整多體系統(tǒng)的運動學44
3.5.1基本概念44
3.5.2模塊線形圖和運動網(wǎng)絡45
3.5.3空間四連桿機構(gòu)的相對運動學47
3.5.4相對運動學、絕對運動學和全局運動學48
3.5.5實例——雙橫臂式懸架49
參考文獻51

第4章復雜多體系統(tǒng)的運動方程52
4.1質(zhì)點系的動力學基本方程52
4.2若丹原理53
4.3質(zhì)點系的第一類拉格朗日方程53
4.4剛體的第二類拉格朗日方程54
4.5達朗貝爾原理55
4.6基于計算機的運動方程推導57
4.6.1絕對運動的微分57
4.6.2運動方程59
4.6.3空間多體動力學60
參考文獻66

第5章車體運動學和動力學67
5.1車輛固定參考系67
5.2底盤運動學分析69
5.2.1懸架運動學69
5.2.2運動方程71
參考文獻72

第6章懸架的建模與分析73
6.1懸架系統(tǒng)的功能73
6.2不同類型的懸架74
6.2.1梁式車橋75
6.2.2扭轉(zhuǎn)梁式懸架75
6.2.3縱臂式獨立懸架76
6.2.4斜臂式獨立懸架77
6.2.5雙橫臂式獨立懸架78
6.2.6麥弗遜式獨立懸架79
6.2.7多連桿式懸架79
6.3懸架的特征變量80
6.4一維1/4車輛模型82
6.5麥弗遜式懸架三自由度模型84
6.5.1運動學分析85
6.5.2求解過程87
6.6五連桿后懸架三自由度模型91
6.6.1運動學分析91
6.6.2隱式解93
6.6.3三維1/4車輛模型的仿真結(jié)果96
參考文獻99

第7章路面與輪胎的接觸模型100
7.1輪胎的結(jié)構(gòu)101
7.2車輪與路面間的力101
7.3靜止狀態(tài)下輪胎接觸力101
7.3.1受垂直載荷作用的輪胎102
7.3.2滾動阻力103
7.3.3受縱向力（圓周力）作用的輪胎103
7.3.4受側(cè)向力作用的輪胎112
7.3.5外傾角對輪胎側(cè)向力的影響114
7.3.6在接觸面上輪胎載荷與輪胎力的影響115
7.3.7輪胎力的基本構(gòu)成115
7.3.8縱向力和側(cè)向力的疊加115
7.4輪胎模型117
7.4.1接觸點的幾何形狀118
7.4.2接觸速度121
7.4.3滑移值的計算122
7.4.4魔術(shù)公式輪胎模型123
7.4.5滑移疊加的魔術(shù)公式124
7.4.6HSRI輪胎模型125
7.5非穩(wěn)態(tài)輪胎特性128
參考文獻129

第8章傳動系統(tǒng)建模131
8.1傳動系統(tǒng)的概念131
8.2建模132
8.2.1發(fā)動機缸體的相對運動132
8.2.2傳動系統(tǒng)建模132
8.2.3發(fā)動機懸置133
8.2.4等速萬向節(jié)建模137
8.3發(fā)動機模型139
8.4傳動系統(tǒng)的相對運動學140
8.5傳動系統(tǒng)的絕對運動學142
8.6運動方程142
8.7仿真結(jié)果討論143
參考文獻144

第9章車輛的受力分析146
9.1多體系統(tǒng)的力和力矩147
9.1.1反作用力147
9.1.2作用力148
9.2制動系統(tǒng)的工作過程148
9.3空氣阻力149
9.4彈簧和減振器的分力151
9.4.1彈簧元件151
9.4.2減振器元件152
9.4.3并聯(lián)時的受力152
9.4.4串聯(lián)時的受力152
9.5防側(cè)傾桿153
9.5.1被動防側(cè)傾桿154
9.5.2主動防側(cè)傾桿156
9.6橡膠合成元件156
參考文獻157

第10章單軌模型159
10.1線性單軌模型159
10.1.1線性單軌模型的運動方程160
10.1.2穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性和轉(zhuǎn)彎164
10.1.3非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性下的車輛穩(wěn)定性166
10.2非線性單軌模型167
10.2.1非線性單軌模型的運動學168
10.2.2輪胎受力170
10.2.3驅(qū)動力矩和制動力矩173
10.2.4運動方程174
10.2.5狀態(tài)方程175
10.3線性側(cè)傾模型176
10.3.1底盤側(cè)傾運動方程178
10.3.2動態(tài)輪胎載荷180
10.3.3自轉(zhuǎn)向特性的影響182
參考文獻183

第11章雙軌模型184
11.1無懸架運動的雙軌模型184
11.1.1用于基本空間雙軌模型的牛頓和歐拉方程186
11.1.2彈簧力和阻尼力188
11.1.3車輪的牛頓與歐拉方程189
11.1.4輪胎與路面的接觸189
11.1.5傳動系統(tǒng)192
11.1.6制動系統(tǒng)193
11.1.7運動方程194
11.2有懸架運動的雙軌模型194
11.2.1雙軌模型的自由度195
11.2.2車輛底盤運動學197
11.2.3車輪懸架的廣義運動學199
11.2.4有拖曳臂的懸架202
11.2.5半拖曳臂式懸架的車輪運動學206
11.2.6輪胎的力和力矩208
11.2.7懸架彈簧和減振器208
11.2.8氣動力209
11.2.9轉(zhuǎn)向209
11.2.10防側(cè)傾桿210
11.2.11作用力和力矩210
11.2.12牛頓方程和歐拉方程211
11.2.13運動和狀態(tài)空間方程214
11.3簡化的駕駛員模型214
11.3.1控制器的概念215
11.3.2參數(shù)化216
參考文獻217

第12章三維整車模型218
12.1整車建模218
12.1.1后輪驅(qū)動整車模型的運動學218
12.1.2前輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動的整車模型運動學226
12.1.3整車模型動力學236
12.2整車仿真237
12.2.1FASIM_C++的安裝和概念238
12.2.2整車模型的模塊結(jié)構(gòu)239
12.2.3運動方程的結(jié)構(gòu)242
12.2.4數(shù)值積分246
12.2.5事件處理248
參考文獻249

第13章典型的復雜整車建模251
13.1整車模型的建立251
13.2模型的驗證和確認253
13.2.1驗證253
13.2.2確認254
13.3參數(shù)化的汽車模型260
13.3.1參照模型的定義260
13.3.2參數(shù)化模型和驗證模型的比較265
參考文獻267

第14章應用實例269
14.1轉(zhuǎn)向階躍輸入的仿真（ISO1989）269
14.2車輛側(cè)傾的仿真271
14.2.1虛擬試驗場274
14.2.2仿真結(jié)果276
14.3使用主動防側(cè)傾桿的側(cè)傾動力學控制285
14.3.1被動防側(cè)傾桿285
14.3.2前后軸的剛度分配285
14.3.3利用主動防側(cè)傾桿進行側(cè)傾動態(tài)控制287
14.3.4控制單元的設計288
14.3.5響應和干擾的影響290
14.3.6模糊邏輯的側(cè)傾轉(zhuǎn)矩分配290
14.3.7主動控制原則290
14.3.8側(cè)傾轉(zhuǎn)矩分配控制實現(xiàn)的可能292
參考文獻293

索引295