車輛動力學:建模與仿真 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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迪特爾·施拉姆（Dieter Schramm） 著，羅伯托·巴迪尼（Roberto Bardini） 編

圖書標籤:

• 車輛動力學
• 汽車工程
• 建模仿真
• MATLAB
• Simulink
• 車輛控製
• 汽車懸架
• 動力學分析
• 汽車設計
• 交通工程

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122294340

版次：1

商品編碼：12162057

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

用紙：膠版紙

頁數：302

字數：381000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：本書既可作汽車動力學研究領域的大學生和研究生的教材，也可作汽車工程技術人員及研究人員的參考書。
——本書是一本係統介紹車輛動力學和運動學建模與仿真分析的專業工具書，主要介紹瞭車輛係統動力學建模與仿真的理論基礎和構建方法；
——通過理論分析和抽象，建立整車、發動機、行駛係統、傳動係統、懸架係統、路麵與車輪相互作用等的模型方案，計算公式步驟詳細；
——采用實例示範車輛動力學模型的求解和分析過程，注重工程應用，解決工程實際問題，書中建模相關的數據和圖錶大多來自實際的汽車開發項目；
——本書既可做研究生課程的引進教材，也可作汽車工程技術人員及研究人員的參考書。

內容簡介

《車輛動力學——建模與仿真》主要介紹瞭汽車數學建模與仿真的理論基礎以及車輛動力學、運動學模型的構建方法；詳細描述瞭剛體動力學的有關知識，並通過理論分析和抽象建立瞭整車、懸架、路麵-車輪相互作用等模型的方法；采用實例解析瞭車輛動力學模型的求解和分析方法。
本書內容實用，注重工程應用，解決實際問題，既可作大學生及研究生在汽車動力學研究領域的相關教材，也可作汽車工程技術人員及研究人員的參考書。

內頁插圖

目錄

第1章緒論1
1.1定義1
1.1.1建模技術係統2
1.1.2係統的定義3
1.1.3仿真與仿真環境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域9
1.2.2商務車的仿真係統9
1.3本書概要10
1.4本書網址11
參考文獻11

第2章數學與運動學基礎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坐標係及其分量14
2.2.1坐標係14
2.2.2分量分解14
2.2.3分量錶示之間的關係15
2.2.4變換矩陣的性質16
2.3綫性矢量函數和二階張量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重要的參考坐標係22
2.5鏇轉運動23
2.5.1一般形式的空間鏇轉和角速度24
2.5.2參數化的鏇轉運動24
2.5.3鏇轉位移對和鏇轉張量25
2.5.4鏇轉位移對和角速度27
2.5.5卡爾丹（布萊恩特）角27
參考文獻30

第3章多體係統運動學31
3.1運動鏈的結構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平麵運動鏈中的運動副35
3.2.3球麵運動鏈中的運動副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運動鏈閤成的基本原則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完整多體係統的運動學44
3.5.1基本概念44
3.5.2模塊綫形圖和運動網絡45
3.5.3空間四連杆機構的相對運動學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章復雜多體係統的運動方程52
4.1質點係的動力學基本方程52
4.2若丹原理53
4.3質點係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基於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車輛固定參考係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懸架係統的功能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多連杆式懸架79
6.3懸架的特徵變量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
6.6五連杆後懸架三自由度模型91
6.6.1運動學分析91
6.6.2隱式解93
6.6.3三維1/4車輛模型的仿真結果96
參考文獻99

第7章路麵與輪胎的接觸模型100
7.1輪胎的結構101
7.2車輪與路麵間的力101
7.3靜止狀態下輪胎接觸力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受縱嚮力（圓周力）作用的輪胎103
7.3.4受側嚮力作用的輪胎112
7.3.5外傾角對輪胎側嚮力的影響114
7.3.6在接觸麵上輪胎載荷與輪胎力的影響115
7.3.7輪胎力的基本構成115
7.3.8縱嚮力和側嚮力的疊加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魔術公式輪胎模型123
7.4.5滑移疊加的魔術公式124
7.4.6HSRI輪胎模型125
7.5非穩態輪胎特性128
參考文獻129

第8章傳動係統建模131
8.1傳動係統的概念131
8.2建模132
8.2.1發動機缸體的相對運動132
8.2.2傳動係統建模132
8.2.3發動機懸置133
8.2.4等速萬嚮節建模137
8.3發動機模型139
8.4傳動係統的相對運動學140
8.5傳動係統的絕對運動學142
8.6運動方程142
8.7仿真結果討論143
參考文獻144

第9章車輛的受力分析146
9.1多體係統的力和力矩147
9.1.1反作用力147
9.1.2作用力148
9.2製動係統的工作過程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並聯時的受力152
9.4.4串聯時的受力152
9.5防側傾杆153
9.5.1被動防側傾杆154
9.5.2主動防側傾杆156
9.6橡膠閤成元件156
參考文獻157

第10章單軌模型159
10.1綫性單軌模型159
10.1.1綫性單軌模型的運動方程160
10.1.2穩態轉嚮特性和轉彎164
10.1.3非穩態轉嚮特性下的車輛穩定性166
10.2非綫性單軌模型167
10.2.1非綫性單軌模型的運動學168
10.2.2輪胎受力170
10.2.3驅動力矩和製動力矩173
10.2.4運動方程174
10.2.5狀態方程175
10.3綫性側傾模型176
10.3.1底盤側傾運動方程178
10.3.2動態輪胎載荷180
10.3.3自轉嚮特性的影響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用於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輪胎與路麵的接觸189
11.1.5傳動係統192
11.1.6製動係統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轉嚮209
11.2.10防側傾杆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運動和狀態空間方程214
11.3簡化的駕駛員模型214
11.3.1控製器的概念215
11.3.2參數化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後輪驅動整車模型的運動學218
12.1.2前輪驅動和四輪驅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整車模型的模塊結構239
12.2.3運動方程的結構242
12.2.4數值積分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
13.3參數化的汽車模型260
13.3.1參照模型的定義260
13.3.2參數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轉嚮階躍輸入的仿真（ISO1989）269
14.2車輛側傾的仿真271
14.2.1虛擬試驗場274
14.2.2仿真結果276
14.3使用主動防側傾杆的側傾動力學控製285
14.3.1被動防側傾杆285
14.3.2前後軸的剛度分配285
14.3.3利用主動防側傾杆進行側傾動態控製287
14.3.4控製單元的設計288
14.3.5響應和乾擾的影響290
14.3.6模糊邏輯的側傾轉矩分配290
14.3.7主動控製原則290
14.3.8側傾轉矩分配控製實現的可能292
參考文獻293

索引295

前言/序言

本書主要內容以車輛動力學以及汽車的數學建模與仿真為基礎，其應用範圍包括最基本的單軌跡模型和復雜的空間多體係統模型。讀者可以自己建立仿真模型，應用成熟的商業化程序來選擇閤適的模型，並進一步理解和評估仿真結果。本書詳細描述瞭如何通過應用軟件完成從實車到數學模型，再到仿真結果驗證的整個建模過程。
本書主要麵嚮那些在論文中或工作中涉及工程學方麵內容的學生和研究生，也麵嚮工程技術人員和車輛動力學或相關的仿真程序應用研究人員。
本書主要基於數學方法進行車輛動力學的建模，因此需要讀者具有數學基礎，比如可以先學習工程學或自然科學專業的前三個學期的課程。
本書是德文第二版的英文版本。
我們在此感謝所有為本書做齣貢獻的人，他們每個人都為本書提齣瞭問題或建議。我們想特彆感謝Stephanie Meyer、Lawrence Louis和Michael Unterreiner，他們完成瞭一些章節的翻譯和校對工作，具有突齣貢獻；也感謝Frederic Kracht認真地進行校對，並幫助我們解決瞭一些文字處理軟件中齣現的難以解決的問題。

2014年5月於杜伊斯堡
Dieter Schramm,Manfred Hiller,Roberto Bardini

機械設計與製造基礎：理論、方法與應用 本書聚焦於現代機械工程領域的核心基礎——機械設計與製造的係統性理論、先進方法論及其在工程實踐中的具體應用。旨在為機械、材料、自動化、工業工程等相關專業的學生、初級工程師以及尋求知識深化的專業人士提供一本全麵、深入且具有實踐指導意義的參考教材。 --- 第一部分：機械設計基礎理論與方法 本部分深入探討瞭機械設計過程中所依賴的基本物理原理、材料行為以及結構可靠性分析的理論框架。 第一章 機械係統概述與設計哲學 本章首先界定瞭現代機械係統的構成要素，包括功能模塊、傳動鏈、控製單元和結構載體的相互關係。重點闡述瞭麵嚮性能、麵嚮成本、麵嚮可製造性和麵嚮維護性的多目標設計哲學。詳細分析瞭從概念設計到詳細設計的完整流程，強調瞭係統思維在解決復雜工程問題中的重要性。引入瞭生命周期評估（LCA）在設計決策中的初步考量。 第二章 工程材料科學基礎與選擇 深入研究瞭金屬、高分子、陶瓷及復閤材料的宏觀力學性能（強度、剛度、韌性、疲勞極限）與微觀結構之間的內在聯係。詳細介紹瞭應力-應變關係的本構模型，特彆關注瞭材料在不同載荷條件下的非綫性行為。本章的核心內容是材料選擇的係統方法論，包括基於性能指標的矩陣篩選法和考慮環境因素（溫度、腐蝕）的修正標準，為後續的結構設計提供瞭堅實的材料基礎。 第三章 靜力學分析與結構強度 本章迴歸基礎，係統闡述瞭靜力平衡原理、應力與應變的概念。詳細分析瞭杆件、梁、軸和殼體等基本構件在靜載荷下的內力分布和變形計算。重點講解瞭經典的強度理論（如馮·米塞斯準則、特雷斯卡準則）在復雜應力狀態下的應用。引入瞭接觸應力分析的基本方法，為齒輪和軸承等元件的設計打下基礎。 第四章 疲勞、蠕變與可靠性設計 結構失效是機械設計中必須避免的核心問題。本章全麵覆蓋瞭交變應力下的結構破壞機製。詳細討論瞭S-N麯綫的構建與應用，以及Goodman、Soderberg等疲勞許用應力綫的確定。針對高低溫環境下的長期服役問題，係統介紹瞭蠕變和應力鬆弛現象的機理與壽命預測模型。最後，引入瞭概率論在機械可靠性設計中的應用，講解瞭可靠性指標（如平均壽命、失效概率）的計算與優化。 第五章 機構運動學與動力學 本章專注於機械裝置的運動規律和能量傳遞分析。詳細分析瞭平麵和空間連杆機構的運動分析（位置、速度、加速度），並介紹瞭瞬心法和速度投影法。在動力學方麵，講解瞭機構的慣性力、衝擊力的計算，以及利用虛功原理和拉格朗日方程分析復雜機構的動態響應。本章特彆關注瞭振動隔離和噪聲抑製在機構設計中的初步對策。 --- 第二部分：關鍵機械傳動元件設計與計算 本部分將理論知識轉化為具體的工程設計實踐，專注於機械傳動係統中最為關鍵和普遍應用的元件。 第六章 機械連接件與緊固技術 深入探討瞭靜連接（焊縫、鉚接）和可拆卸連接（螺栓、鍵、銷）的設計準則。對螺栓連接的預緊力計算、防鬆技術（機械鎖固、彈性變形）進行瞭詳盡的分析，確保連接的可靠性和裝配精度。 第七章 摩擦、潤滑與軸承技術 本章闡述瞭摩擦學的基本原理，包括乾摩擦、邊界潤滑和流體潤滑的特性。重點講解瞭潤滑劑的選擇標準和潤滑係統的設計。全麵覆蓋瞭滾動軸承和滑動軸承的選型、靜載荷和動載荷下的壽命計算（L10壽命標準），以及密封技術在保持潤滑性能中的作用。 第八章 齒輪傳動係統設計 齒輪傳動是機械動力的核心載體。本章詳細介紹瞭標準直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪和人字齒輪的幾何參數、嚙閤原理和強度校核。涵蓋瞭齒麵接觸疲勞（點蝕）和齒根彎麯疲勞的計算方法，並引入瞭提高齒輪承載能力和降低噪聲的製造公差與錶麵處理技術。 第九章 帶傳動與鏈傳動 針對需要柔性連接或改變中心距的場閤，本章分析瞭V帶、同步帶和鏈條傳動的特性。計算瞭傳動比的精確性、中心距的優化選擇，並探討瞭張緊機構的設計，以應對不同工況下的滑動和拉伸現象。 --- 第三部分：現代製造工藝與可製造性設計（DFM） 本部分將設計藍圖轉化為實際産品，關注製造過程的限製、成本控製和質量保證。 第十章 機械加工基礎與精度控製 係統介紹瞭切削原理、主要機床（車、銑、磨）的工作方式及其加工能力。重點講解瞭尺寸公差、形位公差的標注體係（如ISO標準），以及如何通過閤理的工藝路綫規劃來確保最終産品的幾何精度和錶麵質量。 第十一章 成形製造技術：鑄造與鍛造 探討瞭毛坯製造的主流方法。詳細分析瞭鑄造工藝（砂型、金屬型）的優缺點、收縮率的補償，以及鑄件缺陷的形成機理。對於鍛造，闡述瞭塑性變形過程中的金屬流動規律和模具設計原則，強調其對提高材料內部組織性能的優勢。 第十二章 現代連接與增材製造概論 涵蓋瞭現代高效連接技術，如精密配閤、膠粘接和新型焊接方法。特彆引入瞭增材製造（3D打印）技術在機械原型製作和復雜零件製造中的應用潛力，分析瞭其對傳統設計約束的顛覆性影響。 第十三章 可製造性設計（DFM）與成本優化 DFM是連接設計與製造的橋梁。本章指導讀者如何根據所選的製造工藝來優化設計參數，避免“不可製造”的幾何特徵，減少工序數量，並降低加工輔助時間的占比。通過案例分析，演示如何通過材料替代和工藝集成來實現整體製造成本的顯著削減。 --- 本書的特色在於其深度與廣度的結閤。理論推導嚴謹，同時緊密結閤行業標準和工程實例，確保讀者不僅理解“為什麼”，更能掌握“如何做”。全書結構邏輯清晰，適閤作為機械設計類課程的指定教材，亦可作為工程技術人員提升綜閤設計能力的案頭必備工具書。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，《車輛動力學：建模與仿真》這本書的深度和廣度著實讓我有些措手不及。一開始，我以為它會是一本關於如何操作某個仿真軟件的“操作指南”，但事實完全不是這樣。作者深入探討瞭車輛動力學背後的理論框架，從牛頓力學到拉格朗日方程，再到各種控製理論的應用，幾乎涵蓋瞭車輛動力學研究的方方麵麵。對於我這個非科班齣身的讀者來說，很多概念起初都顯得相當晦澀。然而，每當我感到睏惑時，書中提供的詳盡的參考文獻和延伸閱讀的建議，就像是指引我前進的燈塔。我不得不承認，為瞭完全理解其中的一些精髓，我花瞭大量的時間去查閱相關的資料，甚至重新溫習瞭大學時期的數學和物理課程。但這份付齣是值得的。當我終於能夠理解如何利用數學模型來描述車輛在不同工況下的動態行為時，那種成就感是無與倫比的。尤其是在仿真部分，書中提供的不僅僅是軟件操作的演示，更是對如何建立準確仿真模型、驗證模型有效性以及如何解釋仿真結果的深刻剖析。這本書挑戰瞭我，但也極大地提升瞭我的理論認知水平，讓我看到瞭車輛工程領域嚴謹而迷人的科學魅力。

評分☆☆☆☆☆

這本《車輛動力學：建模與仿真》簡直是為我量身定做的！我一直對汽車的內部運作原理感到好奇，特彆是它們是如何在各種復雜路況下保持穩定和靈活的。這本書從最基礎的物理定律講起，清晰地解釋瞭車輛的慣性、摩擦力、空氣動力學等等如何影響行駛。作者的講解方式非常直觀，他並沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是通過生動的比喻和圖示，讓我一步步理解瞭車輛懸架係統的設計原理，以及輪胎與地麵之間的相互作用。尤其讓我印象深刻的是關於車輛轉嚮動力學的章節，書中詳細闡述瞭過彎時車輛的側滑角度、轉嚮比以及輪胎抓地力之間的微妙平衡。當我讀到仿真部分時，更是驚嘆不已。通過各種軟件模擬，我可以直觀地看到不同參數設置對車輛性能的影響，比如改變懸架的硬度，模擬在濕滑路麵上行駛的穩定性，甚至是碰撞時的潰縮效果。這種可視化學習的方式，讓抽象的理論知識變得觸手可及，也讓我對車輛工程産生瞭濃厚的興趣。我甚至開始嘗試自己設計一些簡單的仿真模型，感受建模的樂趣。這本書不僅拓展瞭我的視野，也為我未來的學習和職業發展奠定瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，《車輛動力學：建模與仿真》這本書的篇幅讓我一度有些望而卻步，但當我翻開第一頁，就被其係統性的講解所吸引。作者並非零散地介紹各種概念，而是構建瞭一個清晰的知識體係。從最基本的物理建模，到復雜的仿真技術，再到結果的分析與驗證，整個過程環環相扣。我最欣賞的是書中對模型選擇的論述，作者並沒有強求所有場景都使用最復雜的模型，而是根據仿真目的和精度要求，提供瞭不同層級的建模策略。例如，在分析車輛的低頻振動時，可以使用簡化的多自由度模型；而在研究車輛的高頻動態響應時，則需要更精細的剛體動力學模型。書中關於模型驗證的章節，也給我留下瞭深刻的印象。作者詳細介紹瞭如何通過實驗數據來校準和驗證仿真模型，以及如何評估模型的精度和適用範圍。這一點對於我來說非常重要，因為我一直認為，再好的模型如果不能被實際數據所驗證，其價值也會大打摺扣。這本書讓我認識到，建模與仿真不僅僅是技術操作，更是一種嚴謹的科學研究方法，它要求我們具備深厚的理論基礎、紮實的工程實踐能力，以及敏銳的科學判斷力。

評分☆☆☆☆☆

《車輛動力學：建模與仿真》這本書，與其說是一本技術書籍，不如說是一本讓我對“動”這一概念有瞭全新認識的啓濛讀物。在閱讀過程中，我最大的感受是作者對於“變化”的洞察力。他不是簡單地描述車輛的靜態結構，而是著重於車輛在運動過程中所錶現齣的各種動態特性。書中對車輛的受力分析，特彆是如何將各種外部激勵（如路麵不平度、風阻、側風等）轉化為車輛的運動響應，進行瞭非常細緻的講解。我被書中關於車輛穩定性和操縱性的章節深深吸引。作者通過對車輛質心、轉嚮軸、以及各個輪胎受力點的詳細分析，闡述瞭車輛在高速行駛、緊急避讓、以及非鋪裝路麵行駛時的不同錶現。最令我興奮的是，書中還引入瞭許多先進的控製理論，比如PID控製、LQR控製等，來解釋如何通過主動控製係統來提升車輛的動態性能，比如電子穩定程序（ESP）和自適應巡航控製（ACC）。這種將理論與實際應用相結閤的方式，讓我看到瞭車輛動力學在提升駕駛安全性和舒適性方麵的巨大潛力。這本書不僅僅是關於車輛，更是關於如何利用科學原理來駕馭和優化“運動”。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《車輛動力學：建模與仿真》的過程，對我來說更像是一次探險，一次深入車輛“靈魂”的旅程。我原本以為車輛就是四個輪子加上一個發動機，沒想到在作者的筆下，它們竟然是如此復雜而精密的係統。書中對車輛各個子係統的建模方法進行瞭詳盡的介紹，從動力總成到製動係統，再到轉嚮和懸架，每一個部分都得到瞭深入的剖析。特彆是關於車輛懸架的建模，作者詳細解釋瞭不同類型的懸架（如麥弗遜、雙叉臂等）在幾何結構和參數設置上的差異，以及這些差異如何影響車輛的舒適性、操控性和穩定性。我尤其喜歡書中關於“半車模型”和“整車模型”的對比分析，這讓我清晰地認識到在進行不同復雜度的仿真時，需要考慮的因素和模型精度是如何權衡的。當讀到仿真結果的分析時，我更是驚嘆於作者如何將理論計算與實際駕駛感受聯係起來。書中通過大量圖錶展示瞭不同參數對車輛動態性能的影響，例如，當減震器阻尼係數改變時，車輛在顛簸路麵上的震動錶現會有怎樣的差異。這種理論與實踐相結閤的講解方式，讓我對車輛的實際錶現有瞭更深刻的理解，仿佛親身駕駛著車輛在各種場景下進行測試。