车辆动力学
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2023年3月5日发(作者：大伯)《汽车系统动力学》教学大纲
一、课程性质与任务
1．课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。
2．课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车
辆的动态载荷、转向动力学等。研究路面不平度鼓励的振动。了解该领域世界发展及最新功
效。通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方式，为此后汽车系统动力学分
析、从事该领域研究、开发奠定基础。
二、课程教学大体要求
本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科，其内容可按车辆运动方向分为纵向、垂
向和侧向动力学三大部份。要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气
动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动
力学，和行驶动力学(垂向)和操纵动力学(侧向)内容。运用系统方式及现代控制理论，结合
实例分析，介绍了车辆动力学模型的成立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方式，
同时使学生对常常利用的车辆动力学分析软件有所了解。
成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（平时考试、作业、课堂提
问、课堂讨论等）（30％）。成绩评定采用百分制，60分为合格。
三、课程教学内容
绪篇概论和基础理论
第一章车辆动力学概述
1.教学大体要求
让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方式、术语、标
准和法规、发展趋势。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方
式、发展趋势。
3.教学重点和难点
教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、车辆特性和设计方式。教学难点是车辆特性
和设计方式。
4.教学内容
第一节历史回顾
1.车辆动力学的历史发展
第二节研究内容和范围
1.纵向动力学
2.行驶动力学
3.操作动力学
第三节车辆特性和设计方式
1.期望的车辆特性
2.设计方式
3.汽油机与柴油机速度特性的比较
第四节术语、标准和法规
1.汽车术语、标准和法规
第五节发展趋势
1.车辆的主动控制
2.多体系统动力学
3.闭环系统和主观与客观评价
第二章车辆动力学建模方式及基础理论
1.教学大体要求
让学生了解动力学方程的成立方式、非完整系统动力学、多体系统动力学方式。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了牛顿矢量力学体系、分析力学体系、虚功率原理、高斯原理；了
解非完整系统动力学、非完整约束方程的实例、车辆动力学中应用非完整约束的利弊相应概
念；理解多体系统动力学方式的研究方式
3.教学重点和难点
教学重点是动力学方程的成立方式、多体系统动力学方式。教学难点是非完整系统动力
学。
4.教学内容
第一节动力学方程的成立方式
1.牛顿矢量力学体系
2.分析力学体系
3.虚功率原理
4.高斯原理
第二节非完整系统动力学
1.非完整系统动力学
2.非完整约束方程的实例
3.车辆动力学中应用非完整约束的利弊
第三节多体系统动力学方式
1.发展概况
2.研究方式
第三章充气轮胎动力学
1.教学大体要求
让学生了解汽车轮胎的功能、结构及发展、轮胎模型、轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力
学特性、轮胎侧向力学特性。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车轮胎转动助力、道路阻力、轮胎侧偏阻力、总的车轮转动
阻力、轮胎纵向力与滑动率的关系；轮胎垂向力学特性的轮胎的垂向特性、轮胎噪声、轮胎
垂向振动力学模型；轮胎侧向力学特性的纯转向工况、、联合工况、整车建模对轮胎模型的
考虑。
3.教学重点和难点
教学重点是轮胎纵向力学特性、轮胎垂向力学特性、轮胎侧向力学特性。教学难点是轮
胎力学模型。
4.教学内容
第一节概述
1.轮胎坐标系
2.车轮运动参数
第二节轮胎的功能、结构及发展
第三节轮胎模型
第四节轮胎纵向力学特性
1.轮胎转动助力
2.道路阻力
3.轮胎侧偏阻力
4.总的车轮转动阻力
5.轮胎纵向力与滑动率的关系
第五节轮胎垂向力学特性
1.轮胎的垂向特性
2.轮胎噪声
3.轮胎垂向振动力学模型
第六节轮胎侧向力学特性
1.纯转向工况
2.联合工况
3.整车建模对轮胎模型的考虑
第四章空气动力学基础
1.教学大体要求
让学生了解空气的特性、伯努利方程、压力散布和压力系数、空气动力学实验、车辆空
气阻力。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解空气的特性、伯努利方程、压力散布和压力系数、空气动力学
实验、车辆空气阻力相关概念。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车车辆空气阻力。教学难点是汽车车辆空气阻力。
4.教学内容
第一节概述
第二节空气的特性
1.空气密度
2.空气粘度
第三节伯努利方程
第四节压力散布和压力系数
1.压力散布
2.压力系数
第五节实际气流特性概述
第六节空气动力学实验
1.风洞实验
2.雷偌数
3.流场可视化
第七节车辆空气阻力
坐标系
2.空气阻力系数
第一篇纵向动力学
第五章纵向动力学性能分析
1.教学大体要求
让学生了解动力的需求与供给、动力性、燃油经济性、驱动与附着极限和驱动效率、制
动性。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解动力的需求与供给；动力性；燃油经济性；驱动与附着极限和
驱动效率车辆所受的垂向力、车辆所受的纵向力、前后轴的附着率、路面附着限制的加速或
爬坡能力、驱动效率；制动性制动性的评价、直线制动动力学分析；制动稳定性分析；转弯
制动动力学分析；制动控制系统。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的
必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。
4.教学内容
第一节动力的需求与供给
1.车辆对动力的需求
2.车辆的动力供给
第二节动力性
1.概述
2.爬坡能力
3.加速能力
第三节燃油经济性
1.燃油消耗量计算
2.减少油耗的途径
第四节驱动与附着极限和驱动效率
1.车辆所受的垂向力
2.车辆所受的纵向力
3.前后轴的附着率
4.路面附着限制的加速或爬坡能力
5.驱动效率
第五节制动性
1.制动性的评价
2.直线制动动力学分析
3.制动稳定性分析
4.转弯制动动力学分析
5.制动控制系统
第六章纵向动力学控制系统
1.教学大体要求
让学生了解汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统、车辆稳定性控制系统。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车防抱死制动控制的控制目标、控制进程、控制策略；驱动
力控制系统的大体原理和控制目标、控制方式；汽车车辆稳定性控制系统的大体原理和控制
目标、控制方式。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车防抱死制动控制、驱动力控制系统。教学难点、车辆稳定性控制系统。
4.教学内容
第一节防抱死制动控制
1.概述
2.控制目标
3.控制进程
4.控制策略
5.应用举例
第二节驱动力控制系统
1.概述
2.大体原理和控制目标
3.控制方式
第三节车辆稳定性控制系统
1.概述
2.系统组成和工作原理
3.控制方式
第七章动力传动系统的振动分析
1.教学大体要求
让学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析、动力传动系统的减振办法。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解扭振系统的激振源、扭振系统模型与分析的动力学方程和振型
分析、动力传动系统的减振办法。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车固有频率与振型分析、动力传动系统的减振办法。教学难点是汽车固有
频率与振型分析。
4.教学内容
第一节扭振系统的激振源
第二节扭振系统模型与分析
1.扭振力学模型
2.扭振动力学方程
3.固有频率与振型分析
4.发动机的临界转速
第三节动力传动系统的减振办法
第二篇行驶动力学
第八章路面输入及其模型
1.教学大体要求
让学生了解路面测量技术及数据处置、路面输入模型、特殊路面输入。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解路面测量技术及数据处置、路面输入模型、特殊路面输入的数
据处置方式。
3.教学重点和难点
教学重点是路面测量技术及数据处置、路面输入模型。教学难点是特殊路面输入。
4.教学内容
第一节路面测量技术及数据处置
1.路面测量技术
2.数据处置
第二节路面输入模型
1.频率模型
2.时域模型
3.四轮输入时的考虑
第三节特殊路面输入
第九章与平顺性相关的部件
1.教学大体要求
让学生了解汽车与平顺性相关的部件。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车与平顺性相关的部件：弹簧、减振器、导向机构、
座椅。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车弹簧、减振器、导向机构。教学难点是汽车弹簧。
4.教学内容
第一节概述
第二节弹簧
1.金属弹簧
2.气体弹簧
第三节减振器
1.概述
2.摩擦式减振器
3.液力减振器
4.减振器特性
第四节导向机构
第五节座椅
第十章人体对振动的反映
1.教学大体要求
让学生了解人体对振动的反映。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解人体对振动的反映的标准、平顺性测量。
3.教学重点和难点
教学重点是人体对振动的反映的标准、平顺性测量。
4.教学内容
第一节概述
第二节标准
第三节平顺性测量
第十一章行驶动力学模型
1.教学大体要求
让学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分析，整车模型
的推导及分析。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解模型推导的前提、单轮车辆模型的推导、半车模型的推导及分
析的运动方程与结果分析，整车模型的推导及分析。
3.教学重点和难点
教学重点是单轮车辆模型的推导。教学难点是单轮车辆模型的推导。
4.教学内容
第一节模型推导的前提
第二节单轮车辆模型的推导
1.运动方程
2.线性分析
3.系统的性能指标
4.例题计算
5.结果分析
第三节半车模型的推导及分析
1.运动方程
2.结果分析
第四节整车模型的推导及分析
第十二章可控悬架系统
1.教学大体要求
让学生了解汽车可控悬架系统。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解车身高度调节系统、自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、
全主动系统、有限带宽主动系统、持续可变阻尼的半主动系统、各类悬架系统的性能比较、
主动悬架控制算法介绍。
3.教学重点和难点
教学重点是自适应阻尼调节系统、可切换阻尼系统、全主动系统、有限带宽主动系统，、
各类悬架系统的性能比较。教学难点是全主动系统。
4.教学内容
第一节车身高度调节系统
第二节自适应阻尼调节系统
第三节可切换阻尼系统
第四节全主动系统
第五节有限带宽主动系统
第六节持续可变阻尼的半主动系统
第七节各类悬架系统的性能比较
第八节主动悬架控制算法介绍
1.随机线性最优控制
2.预瞄控制
第三篇操纵动力学
第十三章大体操纵模型
1.教学大体要求
让学生了解汽车大体操纵模型相应概念。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车大体操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析、对
实际问题的考虑。
3.教学重点和难点
教学重点是大体操纵模型假设、运动方程的推导、操纵特性分析。教学难点是运动方程
的推导。
4.教学内容
第一节概述
1.背景
2.作用于车辆的外力与外力矩
第二节大体操纵模型假设
第三节运动方程的推导
1.采用牛顿方式的模型推导
2.采用拉格朗日方式的模型推导
第四节操纵特性分析
1.稳态响应分析
2.稳定性分析
3.频率响应分析
第五节对实际问题的考虑
1.车辆的质心位置
2.轮胎侧偏刚度
3.载荷的轴向转移
4.车轮外倾角影响
5.变形转向的影响
第六节实例分析与比较
第十四章大体操纵模型的扩展
1.教学大体要求
让学生了解汽车大体操纵模型的扩展概念。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解考虑车身侧倾的三自由度操纵模型；车轮转动效应、转向系统
的影响；悬架运动学的侧倾转向系数、侧倾外倾系数、侧倾偏向偏移系数；变形转向的前轴
变形转向效应、后轴变形转向效应。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车发展的几个阶段，汽车工业发展面临的问题，汽车动力传动系统匹配的
必要性。教学难点是汽车匹配的国内外现状。
4.教学内容
第一节概述
第二节考虑车身侧倾的三自由度操纵模型
1.动能
2.势能和耗散能
3.广义力
第三节车轮转动效应
第四节转向系统的影响
第五节悬架运动学
1.侧倾转向系数
2.侧倾外倾系数
3.侧倾偏向偏移系数
第六节变形转向
1.前轴变形转向效应
2.后轴变形转向效应
第十五章操纵动力学性能及实例分析
1.教学大体要求
让学生了解汽车操纵动力学性能及实例分析。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车模型参数组的开发；实例中稳态响应分析、稳定性分析、
频率响应分析。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车实例中稳态响应分析、稳定性分析、频率响应分析。教学难点是汽车操
纵动力学性能的实例分析。
4.教学内容
第一节模型参数组的开发
第二节实例分析
1.稳态响应分析
2.稳定性分析
3.频率响应分析
第十六章转向系统动力学及控制
1.教学大体要求
让学生了解汽车转向系统动力学模型及控制方式。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解汽车转向系统的概念；转向系统振动分析的振动系统的组成、
系统的外界激振、前轴与前轮的耦合振动；四轮转向系统的概述、转向运动学与动力学分析、
一个4WS系统分析模型；电动助力转向系统的概述、电动助力转向系统建模、控制逻辑与
性能分析。
3.教学重点和难点
教学重点是汽车转向系统振动分析，四轮转向系统。教学难点是汽车电动助力转向系统。
4.教学内容
第一节概述
1.转向系统结构
2.转向几何系
第二节转向系统振动分析
1.振动系统的组成
2.系统的外界激振
3.前轴与前轮的耦合振动
第三节四轮转向系统
1.概述
2.转向运动学与动力学分析
3.一个4WS系统分析模型
第四节电动助力转向系统
1.概述
2.电动助力转向系统建模
3.控制逻辑与性能分析
第四篇车辆计算机建模与仿真
第十七章车辆动力学计算方式与软件
1.教学大体要求
让学生了解车辆动力学计算方式与软件。
2.要求学生掌握的大体概念、理论、技术
通过本章教学使学生了解面向目标设计的车辆仿真软件、多体系统动力学分析软件、程
序工具箱、各类方式的比较。
3.教学重点和难点
教学重点是多体系统动力学分析软件、程序工具箱、各类方式的比较。
4.教学内容
第一节概述
第二节面向目标设计的车辆仿真软件
第三节多体系统动力学分析软件
1.数值型方程
2.代数型方程
3.软件的比较
第四节程序工具箱
第五节各类方式的比较
四、学时分派
章
序
内容课时备注
一车辆动力学概述2
二车辆动力学建模方法及基础理论2
三充气轮胎动力学1
四空气动力学基础1
五纵向动力学性能分析4
六纵向动力学控制系统2
七动力传动系统的振动分析2
八路面输入及其模型0.5
九与平顺性相关的部件0.5
十人体对振动的反应1
十一行驶动力学模型2
十二可控悬架系统2
十三基本操纵模型2
十四基本操纵模型的扩展2
十五操纵动力学性能及实例分析1
十六转向系统动力学及控制2
十七车辆动力学计算方法与软件1
合计28
五、教材及参考书
教材：
《汽车系统动力学》主编：喻凡林逸出版社：机械工业出版社出版时间：2005年。
参考书：
1.《车辆动力学及其控制》主编：喻凡出版社：机械工业出版社出版时间：2010
年。
2.《汽车理论》主编：余志生出版社：机械工业出版社出版时间：2006年。
3.《汽车动力学A卷》主编：M.米奇可出版社：人民交通出版社出版时间：1992
年。