本书内容包括：概述；A    篇：驱动和制动；B篇    ：车辆振动；C篇    ：行驶的操纵稳定性。

第4版增加了由于传感技术、电子技术、机械电子技术等的发展，使车辆的安全性和舒适性等得到改善的相关内容。

本书可供汽车工程技术人员，高等院校汽车工程专业师生使用和参考。

根据出版社的希望，在第4版中又将所有内容编成一卷，但是重新进行了编排。更重要的是在第4版中增加了新的研究成果和新技术。尽管在车辆基础理论方面没有改变，但是由于在车辆上像“传感技术、电子技术、机械电子技术”等的发展，使得车辆的行驶特性得到很大改善。特别是车辆的安全性和舒适性得到改善，并且降低了驾驶员的负荷。以前，人们只是具备足够的想象力，在写字台上描述的对车辆性能改善的方法，今天已经部分实现了。从“防抱死系统（ABS) ”装备到车辆上开始，有许多新的系统都应用到了车辆上，并且这一发展还将持续。

另外，考虑到这本书新版本的延续，我邀请了Henning Wallentowitz教授（亨宁·瓦伦托维茨）参加了这本书的编写。Henning Wallentowitz教授现在在亚琛工业大学（RWTH）车辆技术研究所工作，他曾经在布伦瑞克工业大学车辆技术研究所作为我的博士研究生学习并且工作过。

和以前一样，为了使学生和实习的工程师更好地理解理论的实际应用，书中列出了大量的车辆参数、表格、曲线特征参数以及试验结果数据。

我要特别感谢W. Kellerwessel博士，他是亚琛工业大学车辆技术研究所的同事，他在本书繁杂的计算机编排和校正方面做了大量的工作。另外还要感谢C. Wolff博士，他在“制动”部分给予了大力的支持；A. Apel博士，在“驾驶员-车辆控制回路”部分给予了大力的支持；A. Hagerodt博士，帮助完成了部分图表；D. Haney先生，帮助完成了一些计算实例。

                                                           M.Mitschke(M.米奇克)

2003年5月，布伦瑞克译 者 序  Manfred Mitschke教授的《汽车动力学》一书，第1版于1972年问世，该版中译本由桑杰译出，于1980年2月在机械工业出版社出版。

《汽车动力学》第2版分为A、B、C三卷，相继于1982年、1984年和1990年出版。三卷的中译本由陈荫三翻译，分别于1992年3月、1994年12月和1997年9月在人民交通出版社出版。

此次《汽车动力学》第4版中译本由清华大学出版社出版。本书作为向国内读者介绍国外学术发展的理论译著，可供汽车工程技术人员、高等院校教师和研究生参考。

陈荫三 余强

目 录概述1

  1 动力学问题概述1

  2 局部问题的划分2

  3 整书的编排4

I 轮胎5

 I.1 轮胎的切向特性5

  4 车轮阻力6

4.1 滚动阻力6

4.2 穿水阻力10

4.3 轴承摩擦，残余制动力矩11

4.4 车轮其他阻力12

4.5 总的车轮阻力13

  5 切向附着、滑移13

5.1 附着系数μh的数值18

5.2 对μ-S曲线的认识20

 I.2 轮胎的垂直特性21

  6 接地印迹面压力分布22

  7 轮胎弹性和阻尼23

7.1 轮胎弹性常数，次切距23

7.2 轮胎阻尼25

 I.3 轮胎的侧向特性25

  8 侧向力，回正力矩，侧偏角26

8.1 对侧偏特性的理解29

8.2 侧偏刚度31

  9 车轮外倾的影响33

  10 静止状态下的转向力矩34

  11 切向力对轮胎特性的影响34

  12 轮胎模型38

  13 轮胎的导入特性41

目 录目 录II 车辆空气动力学43

  14 空气阻力和力矩43

14.1 流入速度和流入角，空气密度44

14.2 迎风面积46

  15 空气阻力，空气阻力系数cx和cW47

  16 空气升力，扰流罩51

  17 侧向风，压力中心53

A篇 驱动和制动57

III 行驶阻力，功率需要59

  18 驱动的基本方程，牵引力59

  19 车辆的车轮阻力61

  20 上坡阻力62

  21 加速阻力62

  22 驱动轮上的总的阻力和力矩65

  23 驱动轮上的功率66

23.1 忽略滑移率情况下的车轮功率67

23.2 考虑滑移率时的车轮功率68

23.3 常用换算68

IV 功率的提供，汽车驱动特性场70

  24 特性场基础,理想供应特性场70

  25 动力装置(车辆发动机)的特性73

25.1 蒸汽机73

25.2 电力驱动74

25.3 内燃机76

25.4 燃气轮机79

  26 特性转换装置及其与内燃机的共同工作80

26.1 对传动比的要求81

26.2 转速转换器，一般性讨论83

26.3 机械式（摩擦式）离合器83

26.4 液力耦合器85

26.5 扭矩-转速转换器，一般性讨论86

26.6 内燃机和有级变速器的共同工作87

26.7 无级变速器88

26.8 内燃机和液力变矩器的共同工作89

  27 各种动力装置对汽车行驶的适用性91

27.1 全负荷特性曲线的比较91

27.2 质量比较，不同的能量储备系统，续驶里程93

27.3 有害物质的排放，燃料电池95

V 行驶功率和燃料消耗97

  28 行驶工况图97

  29 平路上最高车速，最小传动比100

  30 一定速度下的上坡能力103

30.1 最高挡上坡能力，发动机和车辆的弹性104

30.2 最大上坡能力，最大传动比，展开度106

  31 下坡行驶107

  32 加速性能108

32.1 速度，路程，时间109

32.2 对车辆加速性能的影响112

32.3 中间挡传动比115

32.4 牵引力的中断118

  33 燃料消耗119

33.1 对燃料消耗重要的影响119

33.2 发动机效率不是常数时的燃料消耗122

33.3 按最低油耗确定的特性转换装置传动比129

33.4 节能挡传动比130

33.5 发动机特性场的改进131

VI 行驶极限132

  34 双轴车辆的运动方程132

  35 前轴和后轴的附着率133

  36 前轴驱动和后轴驱动时的附着率136

36.1 平路上的匀速行驶137

36.2 上坡匀速行驶138

36.3 平路加速行驶141

  37 牵引辅助系统，车轮滑移控制系统，差速锁142

  38 全轮驱动143

38.1 理想的扭矩分配144

38.2 实际的扭矩分配146

  39 汽车列车和三轴车辆的上坡行驶150

39.1 汽车列车150

39.2 三轴车辆152

VII 制动155

  40 动能转换成热155

  41 制动过程，制动距离158

41.1 制动过程，制动距离158

41.2 停车距离，制动距离159

41.3 紧急制动，正常制动161

41.4 车队行驶时的间隔162

  42 相对减速度，最大减速度，质量系数164

42.1 相对减速度，制动力的定义164

42.2 相对减速度可能达到的范围164

42.3 附着系数利用率，质量系数，制动距离的延长166

  43 双轴车辆的附着率和相对减速度167

  44 稳定性，转向能力，制动踏板的量化171

  45 制动力分配173

45.1 制动力的理想分配173

45.2 BH=f(BV)的阐述174

  46 对制动系的要求、相关法规175

  47 防抱死装置177

47.1 电子制动力分配系统（EBV) 182

  48 车轮抱死过程182

48.1 在0≤S≤Sc范围内的解185

48.2 在Sc≤S≤1范围内的解185

48.3 抱死过程中的重要参数186

  49 制动力定比分配、折线式分配、与装载状态相关的分配187

49.1 制动力定比分配187

49.2 折线式分配188

49.3 与装载情况相关的制动力分配190

49.4 速度变化的影响193

  50 踏板力，制动辅助系统195

50.1 与减速度和踏板行程相关的踏板力195

50.2 制动辅助系统197

  51 制动装置的失效199

51.1 一个回路失效199

51.2 制动助力装置失效203

  52 汽车列车的相对制动减速度204

52.1 货车与多轴挂车204

52.2 轿车和单轴挂车205

52.3 鞍式列车207

  53 电力制动，缓行器208

53.1 在传动轴上制动209

53.2 在车轮上制动209

VIII A篇总结211

B篇 车辆振动213

  54 振动等效系统216

54.1 简化的振动等效系统217

IX 导论，振动的激励，无规则振动220

  55 单质量系统220

55.1 固有振动221

55.2 强迫振动223

  56 车辆技术运用226

56.1 液力减振器与橡胶减振器的比较226

56.2 不同的激励形式228

56.3 “无减振”车辆236

56.4 座椅振动特性238

  57 正弦形式的激励240

57.1 简谐激励240

57.2 周期性激励244

  58 随机不平度，统计参数，功率谱密度248

58.1 随机不平度248

58.2 统计参数249

58.3 功率谱密度函数251

  59 路面不平度的谱密度253

59.1 Φh(Ω)的测量结果25459.2 Φh(Ω)的直观解释256

59.3 单个障碍257

X 评价尺度及其计算259

  60 轮荷变化，行驶安全性，道路应力259

60.1 行驶安全性262

60.2 道路应力263

60.3 轮荷冲击系数264

  61 弹簧挠度264

61.1 座椅弹簧挠度264

61.2 悬架挠度266

  62 坐姿人体上振动作用的评价266

62.1 全身振动268

62.2 多位置激励的振动评价269

62.3 车辆通过单个障碍的评价274

XI 汽车，地面不平度单点激励275

  63 运动方程，有关参数276

  64 随机振动，幅频特性，评价尺度277

64.1 轮荷变化，行驶安全性278

64.2 车身加速度，手和脚的用以评价的振动强度281

64.3 座椅加速度，座椅用以评价的振动强度282

64.4 动挠度283

  65 不平度和行驶车速的影响283

65.1 与车辆行驶安全性相关的最高车速285

  66 汽车通过单个障碍285

  67 车身固有频率的影响288

  68 车身相对阻尼系数的影响291

68.1 悬架弹簧和减振器优化，协调图293

68.2 小结297

  69 座椅固有频率和座椅相对阻尼系数的影响297

  70 车轮质量的影响299

  71 轮胎弹性的影响301

  72 与装载情况的关系303

72.1 装载情况的影响303

72.2 车辆参数对装载情况的适应性305

  73 关于振动系统设计的提示308

73.1 对于悬架弹簧的提示308

73.2 对于阻尼、舒适性和行驶安全性的其他界限的提示311

73.3 对于车轮质量、轮胎、座椅和装载状况的提示313

  74 关于非线性特性的说明313

74.1 非线性弹簧和减振器特性的线性化314

74.2 非线性弹簧特性316

74.3 非线性减振器特性318

74.4 折线形式的减振器特性318

74.5 摩擦阻尼321

74.6 车轮的腾空324

  75 可调节的悬架系统325

75.1 在不平度激励下对理想控制悬架系统的要求328

75.2 行驶平顺性和行驶安全性之间的矛盾，利用主动

悬架系统优势330

75.3 极限值、平顺性最优、无车轮载荷波动332

75.4 天棚（Sky-Hook）减振器333

XII 双轴汽车，单轮辙激励336

  76 运动方程，复数量336

  77 无联系质量系统的幅频特性和谱密度339

77.1 轮荷变化，悬架挠度340

77.2 车身的垂直加速度和俯仰加速度340

77.3 座椅的垂直加速度343

77.4 用以评价的振动强度344

77.5 座椅弹簧挠度346

  78 车速和车辆大小的影响347

78.1 车速的影响347

78.2 车辆大小（轴距）的影响349

78.3 车辆大小和车速的影响350

  79 座椅的位置350

  80 前后部分系统间的协调352

80.1 前后有差别的车身固有频率352

80.2 各种车身阻尼355

80.3 在车速范围内的平均值357

  81 装载情况的影响357

  82 联系质量和轴距的影响359

82.1 轴距相等，联系质量不等的轿车359

82.2 俯仰转动惯量一定，轴距不同的大客车362

  83 垂直振动和俯仰振动固有频率，前后悬架弹簧的耦合363

  84 制动俯仰，俯仰中心365

  85 弹性支撑的驱动系统的影响（发动机颠簸）369

85.1 驱动系统固有频率的影响373

85.2 支撑装置阻尼的影响374

85.3 驱动系统关联的影响374

85.4 驱动系统质量的影响375

85.5 车轮固有频率的影响376

  86 第XII章结果小结376

XIII 四轮汽车，双轮辙激励378

  87 （简化后的）四轮车辆运动方程378

  88 地面不平度的自谱、互谱以及相干性383

88.1 帕希洛夫斯基提出的简化〔111〕384

88.2 垂直激励和侧倾激励的自谱，相干性385

88.3 行程有关的谱密度386

88.4 测量结果，相干函数的近似表达式387

  89 双车辙激励时的方差值388

  90 附加的侧倾振动的影响390

90.1 车身侧倾加速度的幅频特性390

90.2 考虑侧倾振动后的振动强度393

90.3 轮荷变化和悬架挠度396

90.4 车速的影响397

90.5 一般情况397

  91 稳定装置的作用398

  92 第XIII章结果小结400

XIV 各种悬架导向装置的作用401

  93 加速度的关联，弹簧-减振器系统的布置402

93.1 具有纵向导向杆的汽车微分方程402

93.2 悬架系统结构的影响404

93.3 相关联的影响405

  94 在高频范围内的建模与评价407

  95 轮辙移动（轨迹的改变）409

95.1 轮辙移动引起的车轮侧向力409

95.2 装备摆臂式悬架的车辆的方程411

95.3 车辙偏移的影响412

  96 装用刚性车轴的车辆的侧倾和侧向振动414

96.1 运动方程414

96.2 侧倾振动，轮荷波动417

96.3 侧向振动，侧向力420

  97 第XIV章结果小结421

XV 车辆纵向振动422

  98 由于地面不平度引起的车辆纵向振动422

98.1 车辆通过不平地面时产生的圆周力422

98.2 考虑刚性导杆支撑的车辆纵向振动424

98.3 说明426

  99 由于发动机激励引起的纵向振动（汽车窜动）427

99.1 运动方程组427

99.2 随时间变化过程，理论与试验结果的比较429

99.3 传动比和扭矩的影响429

99.4 附着-滑移关系的影响431

XVI 由发动机激励引起的车辆振动433

  100 单缸发动机激励434

100.1 曲柄连杆机构的运动学434

100.2 质量力435

100.3 质量扭矩435

100.4 气体扭矩436

100.5 单缸发动机总的激励438

  101 四冲程四缸直列发动机的激励439

101.1 质量力440

101.2 质量扭矩和气体扭矩441

101.3 运行状态444

101.4 燃烧过程不一致的影响448

  102 其他多缸发动机449

  103 对于车身的振动激励449

103.1 车辆振动系统452

103.2 驱动系统弹性支撑装置的优点454

103.3 2阶及高阶成分对车身产生的激励454

103.4 发动机低阶成分产生的激励459

  104 针对发动机激励的驱动系统支撑的设计462

104.1 针对质量激励的设计462

104.2 针对气体扭矩激励的设计463

104.3 地面不平度激励和发动机激励产生振动的综合分析464

XVII B篇总结466

C篇 行驶的操纵稳定性469

XVIII 线性单轨模型，客观特征量，主观评价473

  105 双轴汽车的运动方程473

105.1 曲率中心和瞬心474

  106 转向特性476

  107 线性单轨模型的微分方程477

107.1 特殊情况： 匀速行驶480

107.2 轮胎拖距的考虑480

 XVIII.1 匀速圆周行驶481

  108 向心加速度481

108.1 最大值（简化分析）481

108.2 由道路线形决定的数值483

108.3 平均水平的驾驶员在弯道上达到向心加速度484

108.4 线性化的极限484

  109 与向心加速度有关的函数，圆周行驶参数485

109.1 转向盘输入486

109.2 前轮输入，侧偏角489

109.3 质心处的侧偏角491

109.4 在圆周中车辆的位置491

109.5 转向盘力矩491

109.6 圆周行驶参数491

  110 车辆客观特征值，主观陈述492

110.1 不足转向与过多转向493

110.2 质心处侧偏角梯度，转向盘转角-质心处侧偏角梯度496

110.3 转向盘力矩498

  111 车辆参数对圆周行驶特性的影响499

111.1 用于计算的基本模型499

111.2 侧偏刚度的影响，质心处侧偏角的意义501

111.3 转向系统参数的影响502

111.4 质心位置的影响502

111.5 载荷的影响503

 XVIII.2 瞬态特性504

  112 稳定性，固有频率，阻尼504

112.1 稳定性和不足转向/过多转向505

112.2 固有频率，相对阻尼系数507

112.3 固有侧向扰动的考虑510

  113 操纵性能，转向盘转角斜坡输入511

113.1 拉普拉斯变换，传递函数和放大因数512

113.2 阶跃响应512

113.3 转向盘转角斜坡输入516

113.4 车辆参数519

113.5 转向盘转角输入速度和车速的影响523

  114 转向特性，频率特性525

114.1 频率特性的解释 525

114.2 频率特性的评价528

114.3 车辆参数的影响529

  115 在给定车道曲线上的行驶，“理想的”驾驶员，缓和曲线531

115.1 在给定车道曲线情况下的稳定性533

115.2 缓和曲线533

115.3 转向盘输入535

  116 转向盘自由状态下车辆的行驶特性（自由控制）536

116.1 运动方程537

116.2 车辆参数的影响537

  117 侧风性能540

117.1 定值侧向风540

117.2 瞬态性能543

  118 第XVIII章总结554

XIX 控制回路，驾驶员-汽车556

  119 车辆技术上的控制回路简介557

119.1 稳定性，分割频率，相角储备558

 XIX.1 横向控制560

  120 正常行驶560

120.1 预期操纵562

120.2 期望轨迹的形成565

120.3 补偿控制565

  121 极限行驶状态571

121.1 在绕过障碍时期望车道的形成571

121.2 控制571

121.3 车辆参数的影响572

121.4 “正常行驶状态”与“极限行驶状态”的比较573

  122 车辆的扰动特性，驾驶员的适应性574

122.1 侧风下的直线行驶574

122.2 驾驶员对车辆的适应575

122.3 车辆对驾驶员的适应578

122.4 驾驶员作为有适应能力的控制者，在行驶过程中的适应性578

 XIX.2 纵向控制580

  123 正常行驶状态、跟车行驶580

123.1 车辆传递函数580

123.2 预期操纵581

123.3 期望距离，期望值的形成582

123.4 补偿控制582

  124 极限行驶状态583

124.1 车辆传递函数584

124.2 期望值的形成584

124.3 驾驶员传递函数584

 XIX.3 第XIX章总结585

XX 曲线极限加速度，切向力的影响586

  125 运动方程586

 XX.1 匀速圆周行驶587

  126 曲线行驶阻力588

  127 干路面上的操稳性，前轮驱动，后轮驱动，全轮驱动589

127.1 附着工况决定的极限590

127.2 转向盘输入，不足/过多转向591

127.3 转向盘力矩595

127.4 质心处的侧偏角597

127.5 质心位置和驱动方式的影响598

  128 结冰路面上的操稳性599

  129 湿路面上的行驶601

  130 驱动功率决定的行驶极限602

 XX.2 准线性分析603

  131 轮胎特性曲线的近似603

  132 不足/过多转向604

  133 稳定性605

  134 各种驱动方式车辆的稳定性极限606

 XX.3 瞬态行驶，转向盘转角斜坡输入606

  135 在干路面上匀速行驶607

  136 在干路面上切向力保持不变行驶610

  137 结冰路面上的行驶612

  138 第XX章总结614

XXI 双轨模型，四轮车辆615

 XXI.1 匀速圆周行驶615

  139 轮荷变化，质心高度和轮距的影响615

139.1 一个车轴上的侧向力和轮荷617

139.2 在车辆上的应用619

139.3 侧翻极限621

  140 升力产生的附加影响623

  141 瞬心，瞬时轴线625

  142 车辆侧倾和轮荷的计算（以刚性车轴为例）626

  143 前后轴侧倾刚度不同，稳定装置629

  144 各种悬架630

  145 对于到目前为止涉及稳态圆周运动的方程式的总结634

  146 悬架的运动学和弹性运动学636

146.1 前转向轮的运动学637

146.2 悬架系统的运动学639

146.3 悬架系统的弹性运动学641

146.4 车轮外倾641

  147 运动学和弹性运动学对行驶特性的影响642

147.1 前束和切向力附加转向的影响642

147.2 前转向轮输入，内外侧车轮转角差643

147.3 侧倾和侧向力附加转向的影响644

147.4 外倾646

  148 侧倾的影响647

148.1 侧倾角的大小647

148.2 对车辆振动和轮胎磨损的作用649

148.3 最大的侧向加速度649

  149 转向系统650

149.1 传统转向系统651

149.2 非传统转向654

 XXI.2 瞬态行驶657

  150 车辆系统657

150.1 坐标系658

150.2 程序结构661

  151 侧向加速度较大情况下转向角斜坡输入661

  152 动态侧倾的影响663

152.1 侧倾弹性和阻尼的影响663

152.2 头部高度上的侧向加速度664

  153 从稳态圆周行驶得到加速踏板位置变化时的操稳性665

153.1 评价准则667

153.2 车辆参数的影响668

153.3 输出侧向加速度677

153.4 第153节小结678

  154 全轮转向678

154.1 全轮转向的横向动力学679

154.2 通过全轮转向对干扰的补偿682

154.3 全轮转向小结683

  155 行驶辅助系统684

155.1 车辆行驶动力学控制系统（ESP) 685

  156 第XXI章总结688

XXII C篇总结689

索引691