車(chē)輛動(dòng)力學(xué)：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(chē)輛模型4
1.2完整的車(chē)輛模型7
1.2.1車(chē)輛模型及其應(yīng)用領(lǐng)域9
1.2.2商務(wù)車(chē)的仿真系統(tǒng)9
1.3本書(shū)概要10
1.4本書(shū)網(wǎng)址11
參考文獻(xiàn)11

第2章數(shù)學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)系及其分量14
2.2.1坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)18
2.4.1剛體的一般運(yùn)動(dòng)18
2.4.2相對(duì)運(yùn)動(dòng)21
2.4.3重要的參考坐標(biāo)系22
2.5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)24
2.5.3旋轉(zhuǎn)位移對(duì)和旋轉(zhuǎn)張量25
2.5.4旋轉(zhuǎn)位移對(duì)和角速度27
2.5.5卡爾丹（布萊恩特）角27
參考文獻(xiàn)30

第3章多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)31
3.1運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)31
3.1.1拓?fù)浣?1
3.1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)建模32
3.2運(yùn)動(dòng)鏈中的運(yùn)動(dòng)副33
3.2.1空間運(yùn)動(dòng)鏈中的運(yùn)動(dòng)副34
3.2.2平面運(yùn)動(dòng)鏈中的運(yùn)動(dòng)副35
3.2.3球面運(yùn)動(dòng)鏈中的運(yùn)動(dòng)副35
3.2.4運(yùn)動(dòng)副的分類36
3.3自由度和廣義坐標(biāo)37
3.3.1運(yùn)動(dòng)鏈的自由度37
3.3.2道路車(chē)輛懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例38
3.3.3廣義坐標(biāo)39
3.4運(yùn)動(dòng)鏈合成的基本原則39
3.4.1稀疏方法——絕對(duì)坐標(biāo)公式40
3.4.2矢量環(huán)法——拉格朗日公式42
3.4.3拓?fù)浞椒ā钌僮鴺?biāo)公式43
3.5完整多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)44
3.5.1基本概念44
3.5.2模塊線形圖和運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)45
3.5.3空間四連桿機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)47
3.5.4相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和全局運(yùn)動(dòng)學(xué)48
3.5.5實(shí)例——雙橫臂式懸架49
參考文獻(xiàn)51

第4章復(fù)雜多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程52
4.1質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)力學(xué)基本方程52
4.2若丹原理53
4.3質(zhì)點(diǎn)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(dá)朗貝爾原理55
4.6基于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)57
4.6.1絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的微分57
4.6.2運(yùn)動(dòng)方程59
4.6.3空間多體動(dòng)力學(xué)60
參考文獻(xiàn)66

第5章車(chē)體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)67
5.1車(chē)輛固定參考系67
5.2底盤(pán)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析69
5.2.1懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)69
5.2.2運(yùn)動(dòng)方程71
參考文獻(xiàn)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(chē)橋75
6.2.2扭轉(zhuǎn)梁式懸架75
6.2.3縱臂式獨(dú)立懸架76
6.2.4斜臂式獨(dú)立懸架77
6.2.5雙橫臂式獨(dú)立懸架78
6.2.6麥弗遜式獨(dú)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(chē)輛模型82
6.5麥弗遜式懸架三自由度模型84
6.5.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析85
6.5.2求解過(guò)程87
6.6五連桿后懸架三自由度模型91
6.6.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析91
6.6.2隱式解93
6.6.3三維1/4車(chē)輛模型的仿真結(jié)果96
參考文獻(xiàn)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(chē)輪與路面間的力101
7.3靜止?fàn)顟B(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(dòng)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(duì)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(diǎn)的幾何形狀118
7.4.2接觸速度121
7.4.3滑移值的計(jì)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(xiàn)129

第8章傳動(dòng)系統(tǒng)建模131
8.1傳動(dòng)系統(tǒng)的概念131
8.2建模132
8.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)132
8.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)建模132
8.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)懸置133
8.2.4等速萬(wàn)向節(jié)建模137
8.3發(fā)動(dòng)機(jī)模型139
8.4傳動(dòng)系統(tǒng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)140
8.5傳動(dòng)系統(tǒng)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)142
8.6運(yùn)動(dòng)方程142
8.7仿真結(jié)果討論143
參考文獻(xiàn)144

第9章車(chē)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(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)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(shí)的受力152
9.4.4串聯(lián)時(shí)的受力152
9.5防側(cè)傾桿153
9.5.1被動(dòng)防側(cè)傾桿154
9.5.2主動(dòng)防側(cè)傾桿156
9.6橡膠合成元件156
參考文獻(xiàn)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(yùn)動(dòng)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(chē)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(yùn)動(dòng)學(xué)168
10.2.2輪胎受力170
10.2.3驅(qū)動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩173
10.2.4運(yùn)動(dòng)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(pán)側(cè)傾運(yùn)動(dòng)方程178
10.3.2動(dòng)態(tài)輪胎載荷180
10.3.3自轉(zhuǎn)向特性的影響182
參考文獻(xiàn)183

第11章雙軌模型184
11.1無(wú)懸架運(yùn)動(dòng)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(chē)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(dòng)系統(tǒng)192
11.1.6制動(dòng)系統(tǒng)193
11.1.7運(yùn)動(dòng)方程194
11.2有懸架運(yùn)動(dòng)的雙軌模型194
11.2.1雙軌模型的自由度195
11.2.2車(chē)輛底盤(pán)運(yùn)動(dòng)學(xué)197
11.2.3車(chē)輪懸架的廣義運(yùn)動(dòng)學(xué)199
11.2.4有拖曳臂的懸架202
11.2.5半拖曳臂式懸架的車(chē)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)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(dòng)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(yùn)動(dòng)和狀態(tài)空間方程214
11.3簡(jiǎn)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(xiàn)217

第12章三維整車(chē)模型218
12.1整車(chē)建模218
12.1.1后輪驅(qū)動(dòng)整車(chē)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)218
12.1.2前輪驅(qū)動(dòng)和四輪驅(qū)動(dòng)的整車(chē)模型運(yùn)動(dòng)學(xué)226
12.1.3整車(chē)模型動(dòng)力學(xué)236
12.2整車(chē)仿真237
12.2.1FASIM_C++的安裝和概念238
12.2.2整車(chē)模型的模塊結(jié)構(gòu)239
12.2.3運(yùn)動(dòng)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(xiàn)249

第13章典型的復(fù)雜整車(chē)建模251
13.1整車(chē)模型的建立251
13.2模型的驗(yàn)證和確認(rèn)253
13.2.1驗(yàn)證253
13.2.2確認(rèn)254
13.3參數(shù)化的汽車(chē)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(yàn)證模型的比較265
參考文獻(xiàn)267

第14章應(yīng)用實(shí)例269
14.1轉(zhuǎn)向階躍輸入的仿真（ISO1989）269
14.2車(chē)輛側(cè)傾的仿真271
14.2.1虛擬試驗(yàn)場(chǎng)274
14.2.2仿真結(jié)果276
14.3使用主動(dòng)防側(cè)傾桿的側(cè)傾動(dòng)力學(xué)控制285
14.3.1被動(dòng)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(dòng)防側(cè)傾桿進(jìn)行側(cè)傾動(dòng)態(tài)控制287
14.3.4控制單元的設(shè)計(jì)288
14.3.5響應(yīng)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(dòng)控制原則290
14.3.8側(cè)傾轉(zhuǎn)矩分配控制實(shí)現(xiàn)的可能292
參考文獻(xiàn)293

索引295