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第一章 概述 1

第一节 汽车操纵稳定性问题的提出 1

第二节 汽车是一个反馈系统 1

第三节 汽车操纵动力学系统 4

第四节 操纵稳定性的定义 4

第二章 汽车操纵稳定性评价 5

第一节 评价的基本概念 5

一、指令反应评价与扰动反应评价 5

二、力输入反应与角输入反应 5

三、不同“工作点”下的评价 5

四、线性区与非线性区 6

五、稳态评价与动态评价 6

六、“开环评价”与“闭环评价” 6

第二节 常见的试验评价方法 7

一、角阶跃试验 7

二、角脉冲试验 8

三、正弦角输入试验 9

四、“回正性”试验 9

五、“撒手稳定性”试验 10

六、“蛇行”穿杆试验 11

七、“移线”试验 12

八、“8”字形行驶试验 12

九、稳态圆周试验 13

十、路扰反应试验 14

十一、风扰反应试验 15

第三节 各种试验评价之间的联系 15

一、阶跃输入反应与其他输入反应的关系——“杜阿密积分”的推广 15

二、脉冲输入反应与其他输入反应的关系 16

三、由斜阶跃反应推求等速输入反应与理想阶跃反应 18

四、起跃时间的推换 19

五、叠加推断的实例 19

六、开环特性与闭环特性的关系 21

第四节 频率特性分析方法 21

一、频率特性与任意输入反应 21

二、由脉冲试验求系统频率特性 22

三、提高分析精度问题 23

四、阶跃试验的频率特性分析 26

第五节 求系统近似传递函数的一种方法 26

一、稳态增益G0的求法 26

二、T2与T1的求法 27

三、τ1的求法 28

第六节 动态反应误差分析 29

一、操纵误差的时域分析 30

二、操纵误差的频域分析 34

第七节 在较小的场地上提高试验评价车速的方法 37

第八节 高速不足转向性的测定方法 40

第九节 识别汽车方向控制特性的能量相平面表示方法 42

一、能量相平面 42

二、能量相平面上的车轮侧偏角 43

三、能量相平面上直角坐标与极坐标的意义 44

四、能量相平面的一般特征 44

五、相平面轨迹的一些特例 48

六、不同输入响应的能量相平面 49

七、小结 52

第十节 汽车侧偏角瞬变过程的间接测定法 52

一、按最小总方差优化数据方法 54

二、“非零终态”的一种处理方法 55

第三章 滚动轮胎的静力学特性 58

第一节 作用在轮胎上的力和力矩 58

第二节 侧偏角与侧向力特性 59

第三节 侧偏角与回正力矩特性 60

第四节 轮胎侧偏特性的简化理论模型 60

一、不同载荷分布下侧偏特性的一般表达式 61

二、两种简单对称分布载荷下的侧偏特性 64

三、几种非对称分布载荷下的侧偏特性 68

四、小结 73

第五节 轮胎侧偏特性的半经验模型 74

一、侧向力半经验模型 76

二、回正力矩半经验模型 80

三、关于参数拟合方法 83

第六节 侧倾侧偏与侧倾推力 84

第七节 纵向力对侧偏角影响的粗略概念——“摩擦圆”概念 85

第八节 轮胎侧偏角对滚动阻力与驱动力的影响 85

第九节 轮胎侧偏特性的一般理论模型 86

一、小侧偏角下的侧向力与回正力矩 87

二、大侧偏角下的侧向力与回正力矩 89

三、胎体弹性对侧向力特性的影响 92

四、胎体弹性对回正力矩的影响 93

五、结论与应用 95

第十节 轮胎纵滑与侧滑联合工况下的简化理论模型与半经验模型——“统一模型” 97

一、简化理论模型与无滑移时的力与力矩 97

二、在存在滑移区的一般状态下的力与力矩 100

三、在试验简化中的应用及计算与试验的初步比较 102

四、在小侧偏条件下纵向力对侧偏刚度的影响 105

五、小结 107

第四章 悬架系的静力学特性 108

第一节 车身的侧倾和纵倾 108

第二节 车轮负荷的确定 113

一、在侧向力作用下车轮的负荷转移 113

二、在纵向力作用下车轮的负荷转移 113

三、计入空气作用力的各轮负荷的确定 114

第三节 独立悬架的举升效应和车轮侧倾 114

第四节 侧倾转向 115

第五节 悬架导向系的弹性——纵向力转向与侧向力转向 117

第五章 转向系的静力学特性 119

第一节 转向系的弹性与侧向力转向 119

第二节 转向系的综合刚度 120

第三节 转向——悬架杆系干涉引起的附加转角 121

第四节 前轮定位参数——前轮的角反馈与力反馈 122

一、主销后倾角与前移量 122

二、主销内倾角与内移量 123

三、车轮外倾与前束 126

四、汽车运动中车轮定位参数的变化 126

第五节 转向梯形 128

第六节 转向力与“路感” 129

第七节 转向系的间隙 130

第六章 空气力学特性 131

第一节 空气阻力 131

第二节 侧向力 132

第三节 升力 133

第四节 横摆力矩 133

第五节 侧倾力矩 134

第六节 纵倾力矩 134

第七章 简化模型的转向运动动力学分析 135

第一节 二自由度角输入运动 135

一、运动模型与坐标 135

二、微分方程、传递函数与频率特性 136

三、角输入运动特征 138

第二节 二自由度力输入运动 143

一、微分方程、传递函数和频率特性 143

二、力输入运动的特征 144

第三节 考虑转向系转动惯量的三自由度力输入运动 147

第四节 汽车高速发飘及转向系刚度特性对高速方向控制的影响 150

一、在转向游隙内的方向飘摆 150

二、计入转向系刚度的角输入运动分析 152

三、小结 157

第八章 最小总方差设计 158

第一节 计算总方差的一般方法 158

第二节 二自由度角输入运动的总方差计算 160

第三节 最小总方差与稳定性因数的选择 161

第四节 其他设计参数对总方差的影响 165

一、轮胎侧偏刚性 166

二、轴距的影响 166

三、质量分配系数η＝ρ2/ab的影响 168

第五节 力输入运动的总方差 168

第六节 小结 170

第九章 考虑侧倾自由度的转向盘角输入操纵运动 172

第一节 线性三自由度角输入操纵运动的数学模型 172

一、符号说明 172

二、运动模型与坐标取法 173

三、运动微分方程 175

四、数字仿真内容 176

第二节 轮胎特性的线性化 179

一、动态数字仿真与轮胎特性的线性化 179

二、稳态数字仿真与轮胎特性的线性化 180

第三节 “红旗”CA770型汽车角输入反应的仿真与试验验证 181

第四节 各种结构参数对操纵稳定性的影响 187

一、轮胎侧偏刚性 187

二、不足转向值 187

三、侧倾转向的影响 189

四、重心前后位置的影响 191

五、轴距的影响 192

六、转动惯量Iz的影响 193

七、侧倾阻力系数D=Df+Dr的影响 194

第五节 侧向力反应特征和动态侧滑问题的初步讨论 194

第十章 考虑侧倾自由度的转向盘力输入操纵运动 197

第一节 线性四自由度力输入运动的数学模型 197

一、符号说明 197

二、运动模型与坐标取法 198

三、运动微分方程 198

四、轮胎特性的线性化 200

五、关于转向系的当量线性阻尼 201

六、数字仿真内容 201

第二节 “红旗”CA770汽车力阶跃输入反应的仿真与弯道撒手试验的比较 202

第三节 若干结构参数对力输入操纵运动的影响 210

一、轮胎侧偏刚性和不足转向性的影响 211

二、转向盘惯量的影响 213

三、转向系传动比的影响 213

四、主销后倾拖距和轮胎拖距的影响 213

五、车身转动惯量的影响 215

六、轴距的影响 216

七、侧倾转向系数的影响 216

八、侧倾角刚性的影响 218

九、转向系阻力系数的影响 218

第四节 四自由度力输入反应运动特征的仿真 219

一、转向系统阻尼的作用 220

二、轮胎侧偏刚性的影响 221

三、转向盘转动惯量和传动比的影响 221

四、主销后倾拖距和轮胎拖距的影响 222

五、车身转动惯量的影响 223

六、轴距的影响 223

七、侧倾转向系数的影响 224

八、侧倾角刚性的影响 224

第十一章 稳态转向特性仿真 226

第一节 稳态转向特性的意义 226

第二节 QYHS792A稳态转向特性仿真数学模型 228

一、汽车转弯时的基本几何关系 234

二、附加转向角 235

三、轮胎侧偏角BT（i,j）、有效侧偏角BTE（i,j）与综合侧偏角DDT（i） 237

四、各轮的纵向力及其简化 237

五、汽车稳态转弯时的力平衡 238

六、车身侧倾角XE 240

七、各轮的垂直负荷 240

八、轮胎特性表达式 242

九、主销倾角回正效应与各轮总回正力矩SAT（i,j） 243

十、独立悬架车轮外倾CB（i,j）与举升量DZ（i） 243

第三节 QYHS792A程序的功能特点与应用范围 244

第四节 仿真效果 246

一、CA10C汽车稳态转向特性的仿真与试验 247

二、稳态转向时某些参数的变化 247

三、上下坡转向特性的仿真 249

四、前驱动时稳态转向特性的变化 249

五、高摩擦差速器对稳态转向特性的影响 249

第五节 稳态转向特性的控制 250

一、轮胎侧偏刚度——载荷特性对汽车稳态转向特性的影响 250

二、轴荷分配对转向特性的影响 252

三、轮胎载荷能力的选择对载货车满载转向特性的影响 252

四、转向系刚度、轮胎拖距与主销后倾对保证汽车具有适当不足转向度的重要性 253

五、悬架系运动学特征对不同载荷下载货汽车转向特性的影响 253

六、侧向载荷转移的控制及其对转向特性的影响 255

七、滑路上的转向特性 259

第十二章 在转向驱动与制动输入下汽车动态响应的仿真研究 262

第一节 仿真计算程序的功能与特点 262

第二节 参数及变量符号的表示与说明 263

一、标记符号 263

二、汽车运动基本状态变量 263

三、输入变量 264

四、主要中间计算参数 267

五、主要中间变量 267

六、物理常数 269

第三节 汽车力学模型及运动方程式 269

第四节 汽车运动学关系及有关参数计算 274

一、汽车基本参数计算 274

二、空气六分力计算 274

三、汽车悬挂及转向系统运动学关系 275

四、轮胎有效侧偏角的计算 277

五、轮胎纵滑率、侧滑率及滑移速度的计算 278

六、通过悬挂作用于悬挂质量的外力计算 278

七、悬挂质量质心到侧倾轴垂直高度的计算 279

八、车轮垂直负荷的计算 279

第五节 轮胎力及汽车外力的计算 279

一、轮胎力学模型（第3章第10节）的应用 279

二、前轮绕主销总回正力矩的计算 280

三、前轮绕主销干摩擦力矩的计算 281

四、汽车外合力的计算 281

第六节 汽车操纵仿真形式和仿真结果的输出功能 282

第七节 转弯制动仿真计算及试验验证 283

一、试验方法 284

二、仿真计算方法 284

三、评价方法 284

四、仿真结果与试验结果的比较 284

第八节 仿真计算程序的应用及典型仿真实例 286

一、直线制动稳定性仿真计算 286

二、转弯制动稳定性仿真计算 287

三、转弯驱动仿真计算 292

四、稳态转向特性仿真计算 292

五、滑路上汽车发动机制动甩尾现象的仿真计算 292

第十三章 驾驶员—汽车闭环操纵系统动力学仿真研究 295

第一节 驾驶员模型的理论基础与一个理想化系统的驾驶员模型 295

第二节 驾驶员反应滞后对闭环响应的影响 299

第三节 汽车动力学特性与驾驶员的动态校正 301

第四节 最优曲率控制（二阶预瞄）的一般理论与预测——跟随器控制理论 304

第五节 不同预瞄窗下的系统模型 308

第六节 双移线试验仿真与验证 309

第七节 不圆滑轨道的预瞄修正 312

第八节 宽道与单边约束道路下的预瞄修正 313

第九节 侧向加速度反馈校正策略 315

第十节 大角度路径下闭环操纵运动的仿真 317

第十一节 点斜预瞄策略——一种最优样条控制模型 319

第十二节 最优样条控制（三阶预瞄）的一般理论与“预瞄—跟随器”理论的关系 322

第十三节 高阶预瞄模型的二阶化 326

第十四节 多自由度汽车（控制对象）校正参数的确定 329

第十五节 非线性汽车（控制对象）校正参数的确定 332

第十六节 汽车开环特性的闭环评价问题 333

一、？（jω）频域评价 334

二、闭环系统跟随性的频域评价 336

三、闭环系统综合频域评价 338

四、非线性汽车的闭环综合评价 340

五、闭环时域评价 340

第十七节 不同模型仿真结果与试验结果的比较 341

一、微分校正的单点位置预瞄最优曲率模型 341

二、试验结果 346

三、MacAdam最优预瞄控制模型 346

四、加速度反馈的单点预瞄最优曲率模型 347

第十八节 预瞄优化人工神经网络驾驶员模型 349

第十九节 考虑车速变化影响的驾驶员模型 354

第二十节 任意路径下的驾驶员模型 356

附录A 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法（GB/T13047—1991） 360

附录B 力矩中心 369

附录C 汽车振动与载荷的统计分析及悬架系统参数的选择 381

附录D 轮胎侧偏特性试验结果之例 397

附录E 板簧变形运动学分析及其应用 408

参考文献 417