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1.2 车辆动力学的起源

最早有关操纵稳定性方面的文章是Lanchester在1908年发表的,与转向角度增大后的离心力产生的“过多转向”有关 [1] ,而前轮摆振是早期行驶平顺性方面的主要问题 [2] 。因为对轮胎力学几乎没有了解,对车辆操纵稳定性不佳的现象主要是观察和描述,几乎不能解释实际驾乘中出现的问题,操纵稳定性和行驶平顺性之间的关系更不为人所知。

1931年固特异轮胎公司设计并制造了轮胎试验机以测试轮胎的力学特性。轮胎的侧偏力学特性试验结果,以及Olley最初在车辆转向模型中对侧偏力学特性的正确应用,奠基了车辆动力学学科的基石。1932年,Olley在凯迪拉克汽车公司进行了著名的“K 2 ”试验来研究前后悬架的偏频、轮距和俯仰转动惯量之间的关系。试验中,可以调节前后附加的质量块来改变俯仰转动惯量。Olley认为“Flat-Ride”(平稳行驶)是期望的性能,即过路面凸起后,为了车身达到平稳行驶(即没有俯仰运动),后轮的振动频率要高于前轮。这些早期的工作发表于1934年 [3] 。从通用汽车公司退休后,Olley将他在悬架设计理论、操纵稳定性和行驶平顺性的早期成果总结在四本未公开发行的小册子里。直到2002年,基于这些小册子的内容,由同样是车辆动力学的先驱者William F.Milliken和他的儿子Douglas L.Mil-liken总结出版了《Chassis Design:Principles and Analysis》 [4]

包括车辆瞬态响应在内的较为完整的线性区操纵稳定性和转向方面的体系,建立于20世纪50年代。主要得益于在Olley的推动下由通用汽车公司资助,由康奈尔航空实验室在William F.Milliken领导下于1952—1963年完成的一个项目。标志性事件是1956年在英国机械工程师学会由William F.Milliken和Leonard Segal等五人发表的5篇文章,所谓“The 5 IME Papers”。在车辆动力学发展历史上这次会议很重要,详细情况在《Race Car Vehicle Dynamics》 [5] 有介绍,同时由Milliken父子写的这本书也是车辆操纵稳定性方面最全面、最深入的一本专著。借鉴飞机稳定性而来的用微分方程来描述汽车瞬态运动响应,以及对轮胎侧向力学特性的深入理解,使得车辆操纵稳定性的研究发展达到了新的高度。轮胎对于车辆动力学至关重要,可以说没有对轮胎力学特性深入细致的研究,就不会有对车辆动力学深入细致的理解。

1955年,通用汽车公司的车辆动力学小组在通用研究中心成立,到1966年,大约有20~50名工程师从事这方面工作,1966年该小组转移到工程部参与车型开发。当时的车辆动力学小组的带头人Joe Bodwell推动将原有的SAE乘坐舒适性委员会改名为车辆动力学委员会,特别是1965年发表的包括轮胎力和力矩、车辆坐标系、不足转向、过度转向和稳定性等标准化定义的《车辆动力学术语》 [6] 可以看作是车辆动力学作为一门独立学科出现的标志性事件。

1984年发表的有关转向盘中心位置操纵性的文章 [7] 标志着车辆动力学从研究客观车辆力学系统本身转向以驾驶员体验为中心,随后出现的制动踏板感和加速踏板感研究都是在这方面的拓展。如今,各种电动助力转向系统、制动助力系统和加速踏板的调校都以驾驶员体验为中心,各种底盘线控技术的整车驾乘技术规范也应该和传统机械系统的要求相似。 HJ9thmhZIVE3pDYTlPaSVTGN5MrcL1cgpepLDtt3Vg0L/7uSJH0QZvW/bREibvmv

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