汽车工程原理─练习册

汽车工程原理─练习册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

原文作者: Wifried Staudt
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具体描述

  《练习册》的内容与《汽车工程原理──基础篇》是紧密结合着,并且採用相同的插图。另外,本练习册是可作为汽车技师培训中的教学补充内容,透过部分较复杂的题目促使学员(学生)对基础知识有进一步理解和巩固。《练习册》的内容与《汽车技术基础教程》紧密结合,并採用相同的插图。

  作者简介:
  本书原书为德文原书,作者Wilfried Staudt简历缺
  译者为北京国家教委职业技术教育中心研究所专职。
  校阅者林筱增现职中正理工学院车轮系副教授兼系主任。

  推荐语:
  《练习册》的题目涉及到材料技术、加工和测量技术、机器和仪器技术、电工学、自动控制技术和计算机技术中的全部工艺内容。工程数学和工程技术流程则穿插上述内容之中。

机械动力学基础:理论与应用 第一章 刚体运动学 本章将深入探讨刚体运动学的基本概念与分析方法,为后续的动力学分析奠定坚实基础。我们将从描述刚体在空间中位置和姿态的数学工具入手,详细介绍坐标系的选择与变换,包括欧拉角、罗德里格斯旋转公式以及四元数的应用。 1.1 刚体的描述与运动学方程 刚体是理想化的物理模型,其上任意两点间的距离保持不变。本节将严格定义刚体的运动学状态,引入位置矢量、速度矢量和加速度矢量。着重讨论如何利用微积分描述刚体的瞬时运动状态,特别是角速度和角加速度的概念。我们将对比线速度与角速度的关系,并通过实例展示如何计算刚体上任意一点的运动参数。 1.2 欧拉角与齐次变换 欧拉角作为描述刚体姿态的经典方法,其直观性深受工程界青睐。本章将详述常用的欧拉角序列(如 ZYX、ZYZ 等)及其在描述复杂空间姿态时的局限性,例如万向节死锁问题。为解决欧拉角的固有缺陷,我们将引入齐次变换矩阵(4x4 矩阵),它能同时表示平移和旋转,是进行机器人学和多体系统建模的关键工具。我们将推导齐次变换矩阵的构成,并演示如何利用它进行坐标系之间的复合变换。 1.3 四元数与平滑插值 在需要保证运动连续性和避免数值奇异性的场合,四元数成为描述旋转的更优选择。本节将详细介绍四元数的代数结构、与旋转矩阵之间的转换关系。重点阐述四元数在线性插值(SLERP,球面线性插值)中的应用,这对于仿真和动画中的平滑轨迹生成至关重要。通过对比欧拉角和四元数,读者将清晰认识到在不同应用场景下选择合适描述工具的重要性。 1.4 微分运动学与雅可比矩阵 微分运动学关注的是速度和加速度之间的关系,是连接瞬时运动与系统控制的核心环节。本章将引入雅可比矩阵(Jacobian Matrix),它描述了关节空间速度与笛卡尔空间速度之间的线性关系。我们将通过一个简单的机械臂实例,推导其雅可比矩阵,并探讨雅可比矩阵的几何意义——它在结构分析、奇异性检测中的作用。奇异性分析是理解机械系统可控范围的关键。 --- 第二章 刚体动力学基础 动力学是研究物体运动与作用于其上的力、矩之间关系的学科。本章将从牛顿-欧拉定律出发,构建分析复杂机械系统运动的理论框架。 2.1 质点动力学回顾与拓展 首先对牛顿第二定律在质点上的应用进行回顾,随后将概念拓展至具有质量分布的刚体。引入质心(Center of Mass)的概念,并阐述质心运动方程的适用性。 2.2 刚体绕定点转动的动力学 对于绕固定轴或固定点转动的刚体,转动惯量是核心物理量。本节将详细解释转动惯量的定义、转动惯量张量(Inertia Tensor)的构建,以及如何通过主轴变换简化张量。我们将推导欧拉旋转方程,并利用它分析陀螺仪、飞轮等典型旋转机械的动力学特性。 2.3 动量与角动量守恒定律 动量和角动量是描述系统整体运动状态的重要守恒量。本章将阐述线动量定理和角动量定理,并分析在不受外力或合外力矩为零的理想条件下,系统的动量和角动量如何保持不变。我们将通过碰撞问题、行星运动等实例来加深对这些守恒定律的理解。 2.4 牛顿-欧拉方程与拉格朗日方程 牛顿-欧拉方程是分析多自由度机械系统动力学的直接工具,它基于力的平衡和力矩平衡。本节将详细推导适用于空间运动的牛顿-欧拉方程组。为提供一种更通用的、基于能量的方法,我们将引入拉格朗日力学。拉格朗日方程基于系统的动能 $T$ 和势能 $V$,通过变分原理导出运动微分方程。我们将对比牛顿-欧拉法和拉格朗日法的优劣,并演示拉格朗日法在处理约束系统时的优雅性。 --- 第三章 约束系统动力学 在实际工程应用中,机械系统几乎都受到各种约束(如铰链、滑块、万向节)的限制。本章专注于如何精确地建模和求解带约束系统的动力学问题。 3.1 约束的数学描述与约束力 本节将对各种常见的几何约束(如球铰、万向节、移动副)进行数学化描述。着重讨论约束的性质:有级约束(Holonomic)和无级约束(Nonholonomic)。约束力通常是未知的,其性质在于它们不对系统做功(在理想情况下)。 3.2 达朗贝尔原理与虚拟功 达朗贝尔原理是连接静力学和动力学的桥梁,它将动力学问题转化为等效的静力学问题,引入了惯性力。本章将详细阐述虚拟功原理,该原理是推导约束系统动力学方程的强大工具,特别适用于拉格朗日力学框架。 3.3 系统的微分代数方程(DAE) 对于包含非完整约束(Nonholonomic Constraints)的系统(例如差速器、移动机器人),其动力学方程通常不能完全写成常微分方程(ODE)的形式,而是形成微分代数方程(DAE)。本节将介绍 DAE 的结构,并讨论其求解的数值挑战与常用求解器(如 HHT 法、广义 $alpha$ 法)的基本思想。 3.4 振动分析基础 机械系统在受到扰动后会产生振动。本章末尾将引入最简单的自由振动模型——单自由度无阻尼系统。推导其特征方程,计算固有频率,并解释自由振动解的物理意义。这为后续更复杂的、带阻尼和强迫振动的分析奠定了必要的基础。 --- 第四章 车辆运动学与稳定性分析 本章将理论知识应用于汽车工程中最核心的课题——车辆的运动控制与稳定性。 4.1 车辆运动学模型 我们将从最基础的自行车模型(Bicycle Model)入手,描述车辆在平面上的运动。详细分析转向角、侧偏角、曲率与车辆轨迹之间的关系。随后,引入四轮模型,讨论轮胎侧向力、转向机构的几何特性对车辆响应的影响。 4.2 轮胎侧向力模型 轮胎是连接车辆与地面的唯一元件,其力学特性直接决定了车辆的动态性能。本节将介绍经典的轮胎力学模型,如 Magic Formula 或 Pacejka 模型。重点分析轮胎滑移率(Slip Ratio)和侧向力系数的关系,理解何为“抓地力椭圆”。 4.3 车辆横摆运动稳定性 稳定性分析是车辆工程的重中之重。我们将利用线性化后的横摆动力学模型,分析车辆在不同车速下的固有振荡特性。定义欠阻尼(Understeer)、中性(Neutral Steer)和过度(Oversteer)三种转向特性,并阐述这些特性对驾驶员感知和安全性的影响。 4.4 稳态转弯与极限工况 分析车辆在恒定输入(如恒定转向角)下的稳态转弯性能,计算此时的侧向加速度和轮胎负荷分配。最后,探讨在极限工况下,侧向力模型失效导致的非线性效应,以及如何通过主动安全系统(如 ESC)来干预和恢复车辆的控制能力。 本书内容结构严谨,从基础的运动描述,到复杂的动力学建模,再到工程应用,旨在为读者提供一个全面、深入理解机械系统运动规律的理论工具箱。每章后的习题设计旨在强化对关键概念和计算方法的掌握。

著者信息

图书目录

图书序言

图书试读

用户评价

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收到这本书时,我抱有的期望是,它能在我学习汽车工程原理的过程中,提供一个有效的辅助工具。毕竟,“原理”二字,意味着深入的理论探索,而“练习册”则暗示着知识的巩固和应用。然而,当我深入阅读后,却发现它更多地偏向于“练习”本身,而“原理”的深度挖掘,却显得有些不足。书中充斥着大量的题目,涵盖了汽车工程的各个方面,但这些题目,很多时候都像是孤立的“知识点”,缺乏将这些点串联起来的“线索”。例如,在关于车辆排放控制的部分,书中可能会给出一些关于催化剂转化效率的数值,然后让你进行计算,但我却不清楚,催化剂是如何工作的,或者说,为什么不同的排放物需要不同的处理方式。这让我感觉,自己在进行一种“机械式”的学习,而未能真正触及到原理的精髓。我期望这本书能增加一些关于关键工程概念的讲解,比如,内燃机燃烧过程中的热力学原理,或者电动汽车电池管理系统的基本策略。有了这些理论的基石,我相信我能更好地理解这些题目,并且能够将学到的知识运用到更广阔的领域。

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说实话,这本书的包装确实很“朴素”,以至于我收到的时候,内心并没有太多惊喜。但“汽车工程原理─练习册”这个名字,还是让我产生了一些期待。我设想的是,一本理论扎实、题目新颖、能够帮助我深入理解汽车工程各个分支核心概念的书籍。毕竟,“原理”这个词,本身就带着一种深刻和基础的含义。然而,当我翻开它,并且投入到“练习”的过程中,我发现这本书的“练习”属性,远远大于了它“原理”的内涵。它更像是一个知识点的“点穴”,但却没有提供“穴位”之间的经络图。比如,当出现一道关于发动机燃烧室设计的选择题时,我希望能看到一些关于燃烧室形状对燃烧效率、热效率影响的简要原理说明,或者至少提及几个关键的几何参数及其意义。但在这本书里,我看到的只有选项,以及后面的正确答案。这让我感觉,学习的过程变得被动和碎片化。我无法通过这些题目去构建一个完整的知识体系,也无法理解为什么某个选项是正确的,而另一个是错误的。就像在玩一个解谜游戏,我只知道目标是打开某个锁,但我不知道锁的密码是什么,也不知道为什么这个密码能打开它。而且,题目的设置也让我觉得有些“脱离现实”,很多题目中的工况、参数都显得非常理想化,缺乏一些实际工程中可能遇到的复杂性和不确定性。这对于我这种希望将理论知识应用到实际工程问题中的读者来说,无疑是一种遗憾。我希望能看到更多贴近实际的案例分析,或者能够引导我思考如何在复杂工况下进行工程设计和优化。

评分

阅读这本书的体验,确实让我有些哭笑不得。我当初选择它,是看中了“汽车工程原理”这个名字,以为能找到一本深入剖析汽车各项工作原理的书籍,结果却发现它更像是一个“题目大集合”。书中的大部分内容都是各种形式的练习题,而关于这些题目所涉及的“原理”的讲解,则显得非常薄弱。这让我感觉,就像是在试图学习一门复杂的语言,但只给了你一堆生词和句子,却没有提供任何语法规则和词汇讲解。当我看到一道关于车辆底盘调校的题目时,我很难理解,为什么特定的参数设置会对车辆的操控性和稳定性产生如此大的影响。我希望能看到一些关于汽车工程中基础物理概念的清晰阐述,比如,牛顿运动定律在车辆动力学中的具体应用,或者功、能、功率在传动系统中的计算方法。有了这些理论上的支撑,我相信这些练习题的价值会大大提升,我也能从中获得更深层次的理解,而不仅仅是停留在机械的计算和记忆层面。

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收到这本书后,我其实是怀着一种学习的态度,希望能通过“练习册”的形式,来巩固汽车工程的各项基础原理。但令我感到困惑的是,这本书的内容,似乎主要集中在“练习”这个环节,而“原理”的讲解,则显得非常匮乏。我感觉自己就像是一个被要求去回答一道复杂的数学问题,但却没有提供任何相关的数学公式和定理。当我面对书中的一道题目时,我常常不知道这个题目的来源,或者说,它背后所依据的物理原理是什么。例如,在涉及制动系统的部分,书中可能会出现一些关于制动压力、摩擦系数的数值,然后让你计算制动距离。但我却不知道,制动距离的计算公式是如何推导出来的,或者说,为什么这些参数会对制动距离产生如此大的影响。这让我做题的时候,总有一种“知其然,不知其所以然”的感觉。我希望,这本书能够增加一些关于关键工程概念的理论阐述,比如,车辆的空气动力学特性是如何影响油耗和稳定性的,或者不同材料在汽车结构中的应用及其性能优势。有了这些理论上的铺垫,我相信这些练习题的价值会得到极大的提升,我也能从中获得更深刻的理解。

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说实话,我拿到这本书的时候,确实是冲着“汽车工程原理”这个名字去的,想着或许能系统地梳理一下汽车各个系统的基本工作原理。然而,翻开来才发现,它更像是一个“题目大杂烩”,缺乏连贯的理论体系。当你阅读一本关于“原理”的书时,你期待的是一种层层递进的讲解,从最基本的概念出发,逐步深入到复杂的应用。这本书给我的感觉是,它直接跳过了“原理”的讲解,直接进入到了“练习”环节。这就像是让你直接去解一道复杂的微积分题,却不给你任何关于导数、积分的概念和计算方法。我希望能看到关于内燃机的工作循环,或者电动汽车的动力电池管理系统的工作流程的原理性介绍。但这本书里,我看到的只是关于这些系统的各种各样的小问题,而且这些问题之间的关联性也不强。我感觉自己像是在玩一个拼图游戏,拿到了一堆零散的拼图碎片,但却缺少了整体的图案参考。我尝试着通过做题来推断原理,但往往是事倍功半,而且容易陷入对个别题目的死记硬背,而未能形成完整的知识框架。我渴望这本书能提供一些基础的理论讲解,或者至少在每个章节的开头,提供一个简要的原理概述,这样我也能知道我正在练习的题目,是基于什么样的理论基础。

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不得不说,这本书的“内容”构成,与我最初的预期,存在着巨大的落差。我以为“汽车工程原理─练习册”会是一本将理论讲解与习题练习有机结合的书籍,能够帮助我在理解原理的基础上,通过练习来加深认知。但实际拿到手后,我发现它更像是一个“习题集”,而且这些习题,似乎更倾向于考察一些孤立的公式应用和数据计算,而缺乏对原理层面的深入探讨。以至于,当我面对一道题目时,我往往不知道这个题目背后的工程逻辑是什么,或者说,这些参数为什么会这样设定。我希望能看到一些关于汽车传动系统效率分析的原理说明,比如,不同类型的变速箱是如何影响能量传递的,以及它们的优缺点分析。但是,这本书里,更多的是一些让你填空或者计算的题目,而这些题目,又好像与实际的工程应用隔了一层“纱”。我尝试着去理解这些题目背后的含义,但由于缺乏必要的理论背景支持,我总感觉自己是在“盲人摸象”,难以窥见全貌。我希望,这本书能够增加一些关于关键工程概念的阐述,比如,悬架系统的基本工作原理,转向系统的反馈机制等等。这样,我才能更好地理解题目,并且能够举一反三,将学到的知识应用到更广泛的领域。

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这本书我真是太失望了!当初选择它,是看中“汽车工程原理”这个名字,以为能系统地学习汽车的各种基本原理,就像大学里的那种教材一样,深入浅出,条理清晰。结果呢?拿到手一看,这根本不是什么原理讲解,而是一本让人抓狂的练习册。封面上的“练习册”三个字,简直像是在跟我开一个天大的玩笑。我满怀期待地翻开第一页,心想着总该有个前言或者目录,介绍一下这本书的编排思路和主要内容了吧?然而,什么都没有!直接就是一堆题目,而且题目类型非常单一,基本上就是选择题、填空题,偶尔冒出一两道计算题,但计算题的背景信息却非常模糊,让人根本不知道从何下手。更别提什么理论推导、公式的由来、概念的深度解析了,这些内容在这本书里简直是凤毛麟角,几乎可以忽略不计。我本来想通过这本书来巩固课堂上学到的知识,或者在课后进行一些拓展阅读,结果发现它根本没有提供任何可以拓展的理论基础。我感觉自己就像一个被丢进游泳池,却只给了你一套泳镜,却没有任何关于游泳技巧指导的人。学了点皮毛,但不知道为什么这样做,更不知道如何将这些皮毛应用到实际中。我甚至开始怀疑,编写这本书的人是否真的理解“汽车工程原理”的精髓。它更像是一个收集了N年考试题的题库,但缺乏了将这些题目串联起来的逻辑线索和理论支撑。我花了不菲的价格买这本书,指望它能成为我的学习助手,结果却发现它连最起码的“学习”这个环节都未能满足。我非常希望这本书能够增加一些必要的理论讲解,哪怕是简短的原理概述,也比现在这样只有题目显得要更有价值。至少,能让读者明白这些题目背后的逻辑和理论依据,不至于像现在这样,做题全凭感觉,或者死记硬背一些孤立的公式和概念。

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坦白说,这本《汽车工程原理─练习册》给我的第一印象,就是它更像是一本“题库”,而不是一本能帮助我深入理解“原理”的书籍。我原本以为,它会在讲解完基本的汽车工程原理后,提供一些相匹配的练习题来巩固。然而,这本书的内容,绝大多数都是各种各样的题目,而且这些题目,很多时候都显得比较孤立,缺乏一个统一的理论背景来支撑。比如说,当我看到一道关于悬架系统阻尼特性的选择题时,我很难从中了解到阻尼器在整个悬架系统中的作用,或者说,不同阻尼系数对车辆舒适性和操控性的影响。我感觉自己像是被要求去记忆一些孤立的事实,而不是去理解它们之间的联系。我多么希望这本书能够增加一些关于关键工程部件工作原理的图文并茂的讲解,比如,发动机的曲柄连杆机构是如何将直线运动转化为旋转运动的,或者说,转向齿轮齿条机构是如何实现方向盘转动到车轮转向的。有了这些基础性的原理介绍,我相信这些练习题的价值会大大提升,我也不再会有“做题全凭运气”的感觉。

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坦白说,这本书的“内容”方面,与我最初的期待,存在着不小的差距。我原本以为,《汽车工程原理─练习册》会是一本理论与实践相结合的书籍,能够帮助我理解汽车工程的各种基本原理,并通过练习来加以巩固。但实际情况是,这本书更侧重于“练习”本身,而关于“原理”的阐述,则显得有些“意犹未尽”。我希望,书中能有更多对于关键工程概念的深入讲解,例如,关于车辆制动系统的工作原理,包括液压系统、制动盘、制动蹄片等部件的作用,以及它们之间是如何协同工作的。但是,这本书里,更多的是一些填空题、选择题,要求我根据已有的信息填写答案,而缺乏对这些信息来源的解释,或者对相关原理的推导。这让我感觉,自己像是在进行一种“填鸭式”的学习,而未能真正理解事物背后的逻辑。我渴望这本书能够提供一些基础的理论知识,哪怕只是简短的原理概述,也能帮助我建立起对汽车工程的整体认知,而不仅仅是停留在对零散知识点的记忆上。

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当我拿到这本《汽车工程原理─练习册》时,我确实以为它会在“原理”的梳理上有所建树,然后通过练习来巩固。但实际的体验,却让我感觉它更像是一本“考试重点摘录”。所谓的“原理”,似乎只是为了给这些练习题提供一个模糊的背景。整本书充斥着各种各样的问题,但关于这些问题是如何产生的,背后的物理模型是什么,又或者相关的工程经验是什么,却鲜有提及。例如,在涉及车辆动力学的部分,书中会给出一堆关于速度、加速度、摩擦系数的数字,然后要求你计算某个力的大小。但我却不知道这些数字的来源,也不知道为什么这些参数会影响最终的计算结果。这让我感觉自己只是在进行机械的数学运算,而未能真正理解车辆在行驶过程中所遵循的物理规律。我本希望这本书能够引导我理解,为什么车辆在转弯时会产生离心力,为什么轮胎的抓地力如此重要,以及这些因素是如何影响车辆稳定性和操控性的。但是,所有的这些“为什么”,在这本书里都像是被省略号所取代了。我花了很长时间去钻研题目,但总觉得心有余而力不足,仿佛在黑暗中摸索,找不到前进的方向。我多么希望能有几页文字,清晰地阐述一下相关概念,哪怕只是简单地介绍一下牛顿定律在车辆运动中的应用,或者摩擦力与车辆制动性能的关系。有了这些铺垫,我相信这些练习题的价值会大大提升,我也能从中获得更深层次的理解。

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