乘用車底盤系統(tǒng)開發(fā)：車輛動力學原理應用與正向開發(fā)工程實踐

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前　言
資源說明頁
第1章　車輛動力學簡史及發(fā)展趨勢1
1.1　概述1
1.2　車輛動力學的起源3
1.3　車輛動力學的覆蓋范圍4
1.3.1　車輛的動態(tài)性能定義4
1.3.2　定義車輛主要特征和品牌形象的車輛動力學7
1.4　車輛動力學在智能汽車時代的發(fā)展趨勢8
1.4.1　底盤域控制器和軟硬件解耦8
1.4.2　汽車智能化與底盤線控技術9
1.5　本書的覆蓋范圍與結(jié)構(gòu)9
參考文獻10
第2章　車輛動力學性能與整車集成12
2.1　車輛動力學性能與整車架構(gòu)參數(shù)13
2.1.1　軸距和輪距的影響13
2.1.2　整車重量和重量分布的影響14
2.1.3　重心高度的影響14
2.1.4　轉(zhuǎn)動慣量的影響15
2.1.5　驅(qū)動形式的影響16
2.1.6　小結(jié)18
2.2　整車集成18
2.2.1　承載式車身結(jié)構(gòu)和副車架18
2.2.2　前懸架和其他系統(tǒng)的布置關系21
2.2.3　后懸架和其他系統(tǒng)的布置關系22
2.2.4　輪胎包絡23
2.2.5　最小離地間隙24
2.2.6　電動汽車布置的特殊考慮24
2.2.7　小結(jié)25
2.3　模塊化平臺架構(gòu)與平臺拓展策略25
2.3.1　整車平臺開發(fā)歷史25
2.3.2　模塊化平臺架構(gòu)27
2.3.3　平臺拓展策略28
2.3.4　小結(jié)30
2.4　總結(jié)30
參考文獻31
第3章　車輛動力學與懸架系統(tǒng)設計要素32
3.1　懸架系統(tǒng)的基本功能和種類32
3.1.1　懸架的構(gòu)成要素33
3.1.2　雙叉臂懸架的種類36
3.1.3　麥弗遜懸架的種類37
3.1.4　多連桿懸架的種類39
3.1.5　扭力梁懸架的種類41
3.1.6　懸架形式的選擇原則43
3.2　主銷幾何44
3.2.1　主銷內(nèi)傾角、主軸長度和摩擦半徑45
3.2.2　主銷后傾角、后傾拖距和后傾偏移距47
3.2.3　轉(zhuǎn)向主銷幾何和轉(zhuǎn)向回正力矩47
3.2.4　制動穩(wěn)定性與摩擦半徑49
3.3　前視圖幾何運動學特性49
3.3.1　側(cè)傾中心的運動學定義與物理意義50
3.3.2　外傾角及其運動學變化51
3.3.3　前束角及其運動學變化52
3.4　側(cè)視圖幾何運動學特性54
3.4.1　側(cè)視圖瞬時中心與虛擬擺臂54
3.4.2　支撐特性55
3.5　懸架俯視圖幾何運動特性59
3.5.1　阿克曼轉(zhuǎn)向幾何與阿克曼轉(zhuǎn)向機構(gòu)59
3.5.2　阿克曼校正的討論60
3.5.3　最小轉(zhuǎn)彎直徑62
3.6　懸架彈性運動學特性63
3.6.1　側(cè)向力彈性運動學特性64
3.6.2　回正力矩變形特性65
3.6.3　縱向力變形特性66
3.7　懸架幾何運動和彈性運動學特性試驗66
3.7.1　常用的試驗系統(tǒng)66
3.7.2　常見K&C試驗介紹66
3.8　對麥弗遜懸架的特殊考慮72
3.8.1　麥弗遜懸架的滑柱側(cè)向力補償72
3.8.2　連接滑柱的橫向穩(wěn)定桿吊桿對車輛動態(tài)性能的影響74
3.9　影響車輛動力學的關鍵懸架幾何設計參數(shù)與K&C參數(shù)77
3.9.1　車輪定位角設定指南77
3.9.2　影響輪胎磨損的懸架定位參數(shù)和K&C參數(shù)總結(jié)78
3.9.3　自回正和自轉(zhuǎn)向因素總結(jié)79
3.9.4　對性能影響最大的懸架關鍵幾何設計參數(shù)與K&C參數(shù)總結(jié)80
參考文獻83
第4章　車輛動力學與輪胎動力學性能84
4.1　輪胎動力學介紹84
4.2　影響操縱性和穩(wěn)定性的輪胎側(cè)向力和回正力矩86
4.2.1　側(cè)偏角輸入下的側(cè)向力和回正力矩86
4.2.2　外傾角輸入下的側(cè)向力和翻轉(zhuǎn)力矩88
4.2.3　輪胎垂向載荷的影響89
4.3　影響制動和加速性能的輪胎縱向力91
4.4　轉(zhuǎn)向、加速或減速復合工況下的輪胎力92
4.4.1　側(cè)偏角和縱向滑移同時輸入時的輪胎動力學特性92
4.4.2　摩擦圓93
4.5　影響駕控體驗的輪胎瞬態(tài)特性95
4.5.1　階躍側(cè)偏角輸入下輪胎的松弛特性95
4.5.2　定側(cè)偏角掃頻輸入下輪胎的頻響特性96
4.6　行駛平順性與輪胎的動態(tài)特性97
4.6.1　輪胎的模態(tài)97
4.6.2　輪胎的包絡特性98
4.6.3　胎面橡膠的影響99
4.6.4　輪胎的行駛平順性模型99
4.7　影響能耗的輪胎滾動阻力101
4.7.1　滾動阻力產(chǎn)生的原因101
4.7.2　滾動阻力與動力學性能之間的權衡101
4.8　影響車輛動力學性能的輪胎不均勻性102
4.8.1　輪胎質(zhì)量不均勻產(chǎn)生的不平衡力102
4.8.2　承載輪胎垂向和縱向力的波動103
4.8.3　簾布層轉(zhuǎn)向和輪胎錐度103
4.8.4　輪胎氣壓與磨損程度對動力學性能的影響103
4.9　與車輛動力學性能相關的輪胎客觀性能指標總結(jié)104
4.9.1　與操縱穩(wěn)定性能相關的輪胎性能指標104
4.9.2　與行駛平順性能相關的輪胎性能指標105
4.9.3　與制動性能相關的輪胎性能指標106
4.10　總結(jié)106
參考文獻106
第5章　車輛穩(wěn)定性及其控制107
5.1　整車穩(wěn)態(tài)側(cè)向力學107
5.1.1　穩(wěn)態(tài)線性轉(zhuǎn)彎模型的演進108
5.1.2　穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向靈敏度和橫擺角速度增益113
5.1.3　非線性不足轉(zhuǎn)向度和等效側(cè)偏柔度的討論115
5.2　整車穩(wěn)態(tài)側(cè)傾力學117
5.2.1　考慮車身側(cè)傾自由度的四輪車輛模型117
5.2.2　側(cè)傾梯度118
5.2.3　橫向載荷轉(zhuǎn)移119
5.2.4　操縱穩(wěn)定性與側(cè)傾角剛度設計指南120
5.3　轉(zhuǎn)向輸入下線性二自由度模型的瞬態(tài)響應121
5.3.1　線性二自由度動態(tài)模型122
5.3.2　線性二自由度模型頻響特性分析125
5.3.3　線性二自由度模型在階躍輸入下的瞬態(tài)響應129
5.3.4　小結(jié)135
5.4　轉(zhuǎn)向輸入下非線性多體模型的瞬態(tài)響應136
5.4.1　懸架設計參數(shù)對車輛瞬態(tài)響應的影響136
5.4.2　懸架減振器調(diào)校對車輛瞬態(tài)響應的影響139
5.4.3　小結(jié)141
5.5　整車側(cè)翻力學142
5.5.1　靜態(tài)側(cè)翻穩(wěn)定性概念及試驗143
5.5.2　穩(wěn)態(tài)側(cè)翻穩(wěn)定性裕量146
5.6　車輛穩(wěn)定性的主動控制147
5.6.1　基于制動系統(tǒng)的電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC）148
5.6.2　基于差速器和四驅(qū)技術的穩(wěn)定性控制151
5.6.3　基于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制152
5.6.4　主動側(cè)傾穩(wěn)定性控制154
5.6.5　評估ESC系統(tǒng)對橫擺穩(wěn)定性和
可操控性影響的試驗方法156
5.6.6　底盤電控系統(tǒng)的集成控制157
5.7　總結(jié)158
參考文獻159
第6章　車輛操縱性和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)161
6.1　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能和種類161
6.1.1　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成要素及工作原理162
6.1.2　EPS系統(tǒng)的種類和控制算法164
6.1.3　轉(zhuǎn)向速比和可變速比168
6.1.4　四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響169
6.1.5　主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)171
6.1.6　線控轉(zhuǎn)向171
6.1.7　小結(jié)173
6.2　具有良好操縱性能車輛的特點173
6.2.1　操縱性與轉(zhuǎn)向性能覆蓋的
用戶場景173
6.2.2　直線行駛的可控性173
6.2.3　變道行駛的可控性175
6.2.4　彎道行駛的可控性176
6.2.5　高速緊急避障的可控性177
6.3　轉(zhuǎn)向性能客觀指標定義177
6.3.1　轉(zhuǎn)向盤中心區(qū)操縱性試驗178
6.3.2　轉(zhuǎn)向靈敏度及其線性度178
6.3.3　轉(zhuǎn)向力矩梯度及其線性度179
6.3.4　轉(zhuǎn)向剛度與中位感181
6.3.5　轉(zhuǎn)向盤回正特性182
6.3.6　小結(jié)183
6.4　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關鍵設計參數(shù)與轉(zhuǎn)向助力調(diào)校原理184
6.4.1　簡化的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型184
6.4.2　基礎轉(zhuǎn)向靈敏度與中心轉(zhuǎn)向速比的選定185
6.4.3　端到端轉(zhuǎn)向速比的設計原理186
6.4.4　齒條行程187
6.4.5　轉(zhuǎn)向助力特性調(diào)校187
6.4.6　最小轉(zhuǎn)向靈敏度與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度189
6.4.7　手力可調(diào)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨速變化的調(diào)校191
6.4.8　小結(jié)193
6.5　轉(zhuǎn)向干擾193
6.5.1　直行跑偏193
6.5.2　轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向（加速跑偏）195
6.5.3　制動跑偏197
6.5.4　自轉(zhuǎn)向197
6.5.5　車轍路漂移197
6.5.6　轉(zhuǎn)向盤“打手”197
6.5.7　小結(jié)198
6.6　極限操穩(wěn)性和賽車動力學198
6.6.1　典型的極限操穩(wěn)工況及
G-G圖198
6.6.2　路徑選擇199
6.6.3　賽道操縱實施201
6.7　總結(jié)203
參考文獻204
第7章　行駛平順性與相關車輛系統(tǒng)205
7.1　行駛平順性涉及的范圍與評價方法205
7.1.1　行駛平順性的范圍205
7.1.2　行駛平順性的主觀評價206
7.1.3　行駛平順性的客觀量化207
7.2　路面激勵與內(nèi)部激勵210
7.2.1　路面激勵-車輛垂向和俯仰方向的輸入211
7.2.2　路面激勵-車輛縱向和側(cè)向輸入212
7.2.3　路面數(shù)據(jù)采集213
7.2.4　車輛內(nèi)部激勵215
7.3　粗糙路面輸入下垂向線性剛體模型及用途217
7.3.1　路面激勵下的1/4車輛剛體模型217
7.3.2　傳遞函數(shù)圖221
7.3.3　考慮路面輸入的4個關鍵性能指標226
7.3.4　關鍵參數(shù)的影響分析及性能優(yōu)化227
7.3.5　考慮減振器襯套柔度的1/4車輛模型229
7.3.6　小結(jié)234
7.4　減振器設計與調(diào)校原理234
7.4.1　整車動態(tài)性能對減振器特性的要求234
7.4.2　筒式減振器的工作原理237
7.4.3　整車前期設計中的減振器240
7.4.4　筒式減振器的調(diào)校原理及調(diào)校步驟242
7.5　主動及半主動懸架244
7.5.1　主動和半主動懸架的區(qū)別與分類244
7.5.2　控制系統(tǒng)模型與不變點245
7.5.3　從狀態(tài)反饋控制理論推導出的控制算法247
7.5.4　傳遞函數(shù)及其漸進線特征249
7.5.5　全主動控制與被動懸架的性能比較250
7.5.6　全狀態(tài)變量反饋控制與部分狀態(tài)變量反饋控制的性能比較254
7.5.7　半主動控制與天鉤控制、地鉤控制和全狀態(tài)反饋控制的關系257
7.5.8　半主動控制與其他懸架控制系統(tǒng)的性能比較258
7.5.9　半主動懸架的減振器硬件260
7.5.10　小結(jié)260
7.6　車輛俯仰模型與前后懸架剛度比的選擇262
7.6.1　二自由度俯仰模型262
7.6.2　懸架彈簧剛度的選擇267
7.7　動力總成懸置與平順性269
7.7.1　動力總成懸置的形式269
7.7.2　發(fā)動機懸置對內(nèi)部激勵的隔振270
7.7.3　模態(tài)頻率的分隔與解耦271
7.7.4　橡膠懸置件272
7.7.5　液壓懸置件274
7.7.6　半主動和主動懸置件系統(tǒng)276
7.7.7　小結(jié)276
7.8　對限速帶類路面凸起的沖擊強度和余振響應278
7.8.1　車輛對沖擊工況響應的機理分析278
7.8.2　包括側(cè)視擺臂及輪胎包絡的多自由度模型279
7.8.3　縱向響應的影響因素280
7.8.4　垂向響應的影響因素282
7.8.5　小結(jié)283
7.9　平滑路上的抖動284
7.9.1　模態(tài)分析284
7.9.2　轉(zhuǎn)向盤軸向振動響應286
7.9.3　垂向響應288
7.9.4　縱向的響應298
7.9.5　平滑路抖動小結(jié)299
7.10　不平路面輸入下車身的側(cè)向、橫擺和側(cè)傾響應299
7.10.1　簡化分析模型300
7.10.2　等效側(cè)偏剛度對平順性的影響302
7.10.3　懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)和側(cè)傾中心高度對平順性的影響303
7.10.4　不平路面輸入下的車身“側(cè)傾中心”303
7.10.5　小結(jié)305
7.11　人-椅系統(tǒng)動力學對行駛平順性的影響305
7.11.1　人體動質(zhì)量與人體動力學模型305
7.11.2　座墊的動剛度和等效阻尼系數(shù)307
7.11.3　座椅傳遞率、人-椅系統(tǒng)響應函數(shù)之間的關系和SEAT值308
7.11.4　人-椅系統(tǒng)動力學模型310
7.11.5　小結(jié)313
7.12　總結(jié)313
參考文獻314
第8章　車輛動力學在整車開發(fā)中的應用316
8.1　整車正向開發(fā)流程概述316
8.1