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本书是江苏省高等学校重点教材。

本书先简单介绍了汽车动力学的整体情况，然后系统分析了轮胎力学特性和汽车驱动动力学、制动动力学、操纵动力学、乘载动力学与侧倾动力学，并在分析中对汽车各项使用性能的评价指标和方法进行了讲解，同时结合课程教学重点和难点内容，提供了大量有针对性的例题和部分MATLAB仿真源程序代码。考虑到新能源汽车的快速发展，本书在部分章节还介绍了与电动汽车动力学有关的内容。

本书可作为普通高等院校汽车相关专业的本科生及研究生教材，也可作为企业、研究院所从事汽车设计、试验的工程技术人员的参考书。

前言

第1章绪论1

1.1汽车动力学的发展历程1

1.2汽车动力学的研究内容3

1.3车辆坐标系及术语4

1.4汽车动力学的发展趋势6

1.5本课程的学习方法7

习题8

参考文献8

第2章地面轮胎力学10

2.1作用在轮胎上的力和力矩10

2.2滚动阻力11

2.2.1滚动阻力的形成机制11

2.2.2滚动阻力的影响因素12

2.2.3滚动阻力对车辆性能的影响15

2.3轮胎附着力16

2.3.1轮胎附着力的产生机理16

2.3.2轮胎纵向滑动率17

2.3.3附着系数17

2.3.4轮胎附着力的影响因素18

2.3.5附着系数对车辆性能的影响19

2.4轮胎侧偏力20

2.4.1轮胎侧偏力的定义20

2.4.2轮胎侧偏角的定义20

2.4.3侧偏刚度的定义21

2.4.4侧偏刚度的影响因素21

2.4.5侧偏刚度对车辆性能的影响23

2.5轮胎回正力矩24

2.5.1回正力矩的形成机理24

2.5.2回正力矩的影响因素24

2.5.3回正力矩对车辆性能的影响26

2.6纵向/侧向滑动复合工况下轮胎的特性26

2.6.1轮胎的复合滑动特性26

2.6.2轮胎复合滑动特性的影响因素27

2.6.3轮胎复合滑动特性对车辆性能的影响27

2.7轮胎的振动特性27

2.7.1轮胎垂向刚度27

2.7.2轮胎垂直振动的力学模型29

2.7.3轮胎振动对汽车性能的影响29

2.8轮胎力学模型30

2.8.1轮胎理论模型31

2.8.2“魔术公式”轮胎模型33

2.8.3幂指数统一轮胎模型35

习题37

参考文献37

附录38

第3章汽车驱动动力学40

3.1汽车的驱动力40

3.1.1汽车动力装置的工作特性40

3.1.2汽车传动装置的工作特性42

3.1.3汽车驱动力图43

3.2汽车的行驶阻力45

3.3基于动力装置特性的汽车动力性能分析48

3.3.1汽车行驶方程式48

3.3.2汽车驱动力-行驶阻力平衡图48

3.3.3汽车功率的平衡49

3.3.4汽车动力性指标50

3.4基于轮胎附着力的汽车动力性能分析52

3.4.1汽车行驶的附着条件52

3.4.2汽车的地面法向反作用力52

3.4.3作用在驱动轮上的地面切向作用力53

3.4.4汽车动力性指标的计算54

3.5汽车能耗经济性60

3.5.1汽车能耗经济性的评价指标60

3.5.2传统汽车燃料经济性的计算62

3.5.3电动汽车能耗经济性的计算66

3.6汽车动力装置与传动系统的匹配67

习题68

参考文献69

附录70

第4章汽车制动动力学73

4.1制动时车轮的受力73

4.1.1地面制动力73

4.1.2制动器制动力73

4.1.3制动器制动力、地面制动力及附着力之间的关系73

4.2前、后制动器制动力的比例关系74

4.2.1制动时前、后轮的地面法向反作用力74

4.2.2理想的前、后轮制动器制动力分配曲线75

4.2.3具有固定比值的前、后制动器制动力及同步附着系数76

4.3汽车在各种路面上制动过程的分析77

4.3.1f线组与r线组77

4.3.2制动过程分析78

4.3.3电动汽车复合制动分析80

4.4制动器制动力分配合理性的评价82

4.4.1利用附着系数82

4.4.2制动效率83

4.5汽车制动效能分析84

4.5.1制动减速度84

4.5.2制动距离84

4.5.3制动效能的恒定性88

4.6制动时汽车的方向稳定性89

4.6.1制动跑偏89

4.6.2制动侧滑90

4.7汽车制动法规的要求90

4.7.1对制动性能的要求90

4.7.2对制动力分配的要求91

4.8汽车防抱制动系统93

习题95

参考文献95

附录96

第5章汽车操纵动力学98

5.1轮胎无侧偏时的汽车转向运动学98

5.2轮胎有侧偏时的汽车转向运动学99

5.3汽车稳态转向分析100

5.3.1汽车转向时的受力分析100

5.3.2汽车的稳态转向特性评价指标101

5.3.3汽车的稳态转向响应103

5.4汽车瞬态转向分析105

5.4.1汽车操纵动力学方程105

5.4.2汽车瞬态转向特性107

5.5汽车转向特性的主要影响因素110

5.6汽车操纵动力学性能的评价115

5.6.1汽车操纵稳定性的定义115

5.6.2人-汽车闭环系统操纵稳定性115

5.6.3汽车操纵稳定性试验评价方法116

习题118

参考文献119

附录120

第6章汽车乘载动力学122

6.1路面不平度122

6.1.1路面不平度的空间频率功率谱密度122

6.1.2路面不平度的时间频率功率谱密度124

6.2汽车垂向振动系统的简化126

6.3四分之一汽车系统的振动128

6.3.1运动方程与振型分析128

6.3.2四分之一汽车系统的传递特性130

6.3.3汽车平顺性分析131

6.4双轴汽车的振动136

6.4.1运动方程与振型分析136

6.4.2双轴车辆的“轴距滤波”效应139

6.4.3双轴车辆随机振动分析142

6.5汽车乘载动力学性能的评价143

6.5.1人体对振动的反应143

6.5.2汽车平顺性的评价方法145

习题148

参考文献148

附录149

第7章汽车侧倾动力学158

7.1侧倾几何学158

7.1.1侧倾中心158

7.1.2侧倾轴线159

7.2车身侧倾变形与受力分析160

7.2.1悬架的线刚度160

7.2.2悬架的侧倾角刚度161

7.2.3侧倾力矩161

7.2.4车身侧倾角163

7.3车辆转弯侧倾时的载荷转移163

7.4侧倾外倾和侧倾转向165

7.4.1侧倾外倾165

7.4.2侧倾转向166

7.5单自由度汽车侧倾动力学分析167

7.6三自由度汽车侧倾动力学分析169

7.7汽车侧翻173

7.7.1刚性汽车的准静态侧翻173

7.7.2带悬架汽车的准静态侧翻174

7.7.3汽车的瞬态侧翻176

习题177

参考文献178

附录179

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前言

汽车动力学是一门研究汽车运动与受力之间关系的工程科学，可为汽车产品设计、评价及新技术研发提供理论指导。目前，我国高校开设的汽车动力学相关课程主要有面向本科生的“汽车理论”和面向研究生的“汽车系统动力学”。前者一般按照汽车性能指标—分析计算—研究前沿的框架组织和安排各章节内容，介绍汽车行驶的基本理论；后者侧重于从动力学控制的角度，对汽车新技术进行理论分析。

为了培养学生在汽车动力学方面的思维能力，编者结合教学和科研经验并参阅国内外相关教材，编写了这本适合48~56学时教学使用的动力学基础教材。全书共分7章：第1章概述了汽车动力学发展历程、研究内容，车辆坐标系及术语，汽车动力学的发展趋势和学习方法；第2章分析了轮胎各种力学特性的产生机理及影响因素，并介绍了常用轮胎力学模型；第3章分析了汽车驱动过程中驱动力、行驶阻力、汽车动力性和能耗经济性、动力装置与传动系统的参数匹配；第4章分析了汽车制动过程中轮胎受力、前后制动器制动力比例关系、汽车在各种路面上制动过程、制动力分配合理性评价、制动性能及法规要求、防抱制动系统；第5章分析了汽车转向运动学、汽车稳态/瞬态转向特性及影响因素、汽车操纵稳定性的评价；第6章分析了路面不平度、汽车垂向振动模型及振动情况、汽车乘载动力学性能的评价；第7章分析了汽车侧倾外倾、侧倾转向和侧翻等汽车侧倾动力学内容。各学校可根据教学计划，有选择性地安排授课内容。

为了便于教学，本书第2章~第7章在内容编排上体现了汽车系统物理建模—理论研究—仿真分析—性能指标的编写思路；采用理论与应用相结合的方式，设置了部分例题，以加深学生对教材重点、难点内容的理解；提供了MATLAB编程仿真实例，使学生能够“学中做”和“做中学”，对汽车动力学的理论分析和工程应用有更加直接的体会。在部分章节中还增加了纯电动汽车动力学相关内容，以适应新能源汽车发展趋势。

本书由吕红明任主编，陈庆樟和沈辉任副主编，具体分工如下：由盐城工学院吕红明编写第1章和第7章，由南京工程学院杨雪梅编写第2章，由常熟理工学院陈庆樟编写第3章，由扬州大学沈辉编写第4章，由盐城工学院郑竹安、刘绍娜分别编写第5章和第6章。

本书部分内容融入了国家自然科学基金项目（51875494）和江苏高校“青蓝工程”项目的研究成果，本书的出版还得到了江苏省高等学校重点教材（编号：2021-2-207）和盐城工学院教材出版基金的支持，在此表示感谢。在本书编写过程中参考了国内外大量的文献资料，限于篇幅不能一一列出，在此谨向原作者表示真挚的感谢。

限于作者水平，书中疏漏和不妥之处在所难免，敬请读者和同行给予批评指正。

编者