汽車工程原理─練習冊

汽車工程原理─練習冊 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

原文作者: Wifried Staudt
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具體描述

  《練習冊》的內容與《汽車工程原理──基礎篇》是緊密結閤著,並且採用相同的插圖。另外,本練習冊是可作為汽車技師培訓中的教學補充內容,透過部分較復雜的題目促使學員(學生)對基礎知識有進一步理解和鞏固。《練習冊》的內容與《汽車技術基礎教程》緊密結閤,並採用相同的插圖。

  作者簡介:
  本書原書為德文原書,作者Wilfried Staudt簡曆缺
  譯者為北京國傢教委職業技術教育中心研究所專職。
  校閱者林筱增現職中正理工學院車輪係副教授兼係主任。

  推薦語:
  《練習冊》的題目涉及到材料技術、加工和測量技術、機器和儀器技術、電工學、自動控製技術和計算機技術中的全部工藝內容。工程數學和工程技術流程則穿插上述內容之中。

機械動力學基礎:理論與應用 第一章 剛體運動學 本章將深入探討剛體運動學的基本概念與分析方法,為後續的動力學分析奠定堅實基礎。我們將從描述剛體在空間中位置和姿態的數學工具入手,詳細介紹坐標係的選擇與變換,包括歐拉角、羅德裏格斯鏇轉公式以及四元數的應用。 1.1 剛體的描述與運動學方程 剛體是理想化的物理模型,其上任意兩點間的距離保持不變。本節將嚴格定義剛體的運動學狀態,引入位置矢量、速度矢量和加速度矢量。著重討論如何利用微積分描述剛體的瞬時運動狀態,特彆是角速度和角加速度的概念。我們將對比綫速度與角速度的關係,並通過實例展示如何計算剛體上任意一點的運動參數。 1.2 歐拉角與齊次變換 歐拉角作為描述剛體姿態的經典方法,其直觀性深受工程界青睞。本章將詳述常用的歐拉角序列(如 ZYX、ZYZ 等)及其在描述復雜空間姿態時的局限性,例如萬嚮節死鎖問題。為解決歐拉角的固有缺陷,我們將引入齊次變換矩陣(4x4 矩陣),它能同時錶示平移和鏇轉,是進行機器人學和多體係統建模的關鍵工具。我們將推導齊次變換矩陣的構成,並演示如何利用它進行坐標係之間的復閤變換。 1.3 四元數與平滑插值 在需要保證運動連續性和避免數值奇異性的場閤,四元數成為描述鏇轉的更優選擇。本節將詳細介紹四元數的代數結構、與鏇轉矩陣之間的轉換關係。重點闡述四元數在綫性插值(SLERP,球麵綫性插值)中的應用,這對於仿真和動畫中的平滑軌跡生成至關重要。通過對比歐拉角和四元數,讀者將清晰認識到在不同應用場景下選擇閤適描述工具的重要性。 1.4 微分運動學與雅可比矩陣 微分運動學關注的是速度和加速度之間的關係,是連接瞬時運動與係統控製的核心環節。本章將引入雅可比矩陣(Jacobian Matrix),它描述瞭關節空間速度與笛卡爾空間速度之間的綫性關係。我們將通過一個簡單的機械臂實例,推導其雅可比矩陣,並探討雅可比矩陣的幾何意義——它在結構分析、奇異性檢測中的作用。奇異性分析是理解機械係統可控範圍的關鍵。 --- 第二章 剛體動力學基礎 動力學是研究物體運動與作用於其上的力、矩之間關係的學科。本章將從牛頓-歐拉定律齣發,構建分析復雜機械係統運動的理論框架。 2.1 質點動力學迴顧與拓展 首先對牛頓第二定律在質點上的應用進行迴顧,隨後將概念拓展至具有質量分布的剛體。引入質心(Center of Mass)的概念,並闡述質心運動方程的適用性。 2.2 剛體繞定點轉動的動力學 對於繞固定軸或固定點轉動的剛體,轉動慣量是核心物理量。本節將詳細解釋轉動慣量的定義、轉動慣量張量(Inertia Tensor)的構建,以及如何通過主軸變換簡化張量。我們將推導歐拉鏇轉方程,並利用它分析陀螺儀、飛輪等典型鏇轉機械的動力學特性。 2.3 動量與角動量守恒定律 動量和角動量是描述係統整體運動狀態的重要守恒量。本章將闡述綫動量定理和角動量定理,並分析在不受外力或閤外力矩為零的理想條件下,係統的動量和角動量如何保持不變。我們將通過碰撞問題、行星運動等實例來加深對這些守恒定律的理解。 2.4 牛頓-歐拉方程與拉格朗日方程 牛頓-歐拉方程是分析多自由度機械係統動力學的直接工具,它基於力的平衡和力矩平衡。本節將詳細推導適用於空間運動的牛頓-歐拉方程組。為提供一種更通用的、基於能量的方法,我們將引入拉格朗日力學。拉格朗日方程基於係統的動能 $T$ 和勢能 $V$,通過變分原理導齣運動微分方程。我們將對比牛頓-歐拉法和拉格朗日法的優劣,並演示拉格朗日法在處理約束係統時的優雅性。 --- 第三章 約束係統動力學 在實際工程應用中,機械係統幾乎都受到各種約束(如鉸鏈、滑塊、萬嚮節)的限製。本章專注於如何精確地建模和求解帶約束係統的動力學問題。 3.1 約束的數學描述與約束力 本節將對各種常見的幾何約束(如球鉸、萬嚮節、移動副)進行數學化描述。著重討論約束的性質:有級約束(Holonomic)和無級約束(Nonholonomic)。約束力通常是未知的,其性質在於它們不對係統做功(在理想情況下)。 3.2 達朗貝爾原理與虛擬功 達朗貝爾原理是連接靜力學和動力學的橋梁,它將動力學問題轉化為等效的靜力學問題,引入瞭慣性力。本章將詳細闡述虛擬功原理,該原理是推導約束係統動力學方程的強大工具,特彆適用於拉格朗日力學框架。 3.3 係統的微分代數方程(DAE) 對於包含非完整約束(Nonholonomic Constraints)的係統(例如差速器、移動機器人),其動力學方程通常不能完全寫成常微分方程(ODE)的形式,而是形成微分代數方程(DAE)。本節將介紹 DAE 的結構,並討論其求解的數值挑戰與常用求解器(如 HHT 法、廣義 $alpha$ 法)的基本思想。 3.4 振動分析基礎 機械係統在受到擾動後會産生振動。本章末尾將引入最簡單的自由振動模型——單自由度無阻尼係統。推導其特徵方程,計算固有頻率,並解釋自由振動解的物理意義。這為後續更復雜的、帶阻尼和強迫振動的分析奠定瞭必要的基礎。 --- 第四章 車輛運動學與穩定性分析 本章將理論知識應用於汽車工程中最核心的課題——車輛的運動控製與穩定性。 4.1 車輛運動學模型 我們將從最基礎的自行車模型(Bicycle Model)入手,描述車輛在平麵上的運動。詳細分析轉嚮角、側偏角、麯率與車輛軌跡之間的關係。隨後,引入四輪模型,討論輪胎側嚮力、轉嚮機構的幾何特性對車輛響應的影響。 4.2 輪胎側嚮力模型 輪胎是連接車輛與地麵的唯一元件,其力學特性直接決定瞭車輛的動態性能。本節將介紹經典的輪胎力學模型,如 Magic Formula 或 Pacejka 模型。重點分析輪胎滑移率(Slip Ratio)和側嚮力係數的關係,理解何為“抓地力橢圓”。 4.3 車輛橫擺運動穩定性 穩定性分析是車輛工程的重中之重。我們將利用綫性化後的橫擺動力學模型,分析車輛在不同車速下的固有振蕩特性。定義欠阻尼(Understeer)、中性(Neutral Steer)和過度(Oversteer)三種轉嚮特性,並闡述這些特性對駕駛員感知和安全性的影響。 4.4 穩態轉彎與極限工況 分析車輛在恒定輸入(如恒定轉嚮角)下的穩態轉彎性能,計算此時的側嚮加速度和輪胎負荷分配。最後,探討在極限工況下,側嚮力模型失效導緻的非綫性效應,以及如何通過主動安全係統(如 ESC)來乾預和恢復車輛的控製能力。 本書內容結構嚴謹,從基礎的運動描述,到復雜的動力學建模,再到工程應用,旨在為讀者提供一個全麵、深入理解機械係統運動規律的理論工具箱。每章後的習題設計旨在強化對關鍵概念和計算方法的掌握。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用戶評價

评分

不得不說,這本書的“內容”構成,與我最初的預期,存在著巨大的落差。我以為“汽車工程原理─練習冊”會是一本將理論講解與習題練習有機結閤的書籍,能夠幫助我在理解原理的基礎上,通過練習來加深認知。但實際拿到手後,我發現它更像是一個“習題集”,而且這些習題,似乎更傾嚮於考察一些孤立的公式應用和數據計算,而缺乏對原理層麵的深入探討。以至於,當我麵對一道題目時,我往往不知道這個題目背後的工程邏輯是什麼,或者說,這些參數為什麼會這樣設定。我希望能看到一些關於汽車傳動係統效率分析的原理說明,比如,不同類型的變速箱是如何影響能量傳遞的,以及它們的優缺點分析。但是,這本書裏,更多的是一些讓你填空或者計算的題目,而這些題目,又好像與實際的工程應用隔瞭一層“紗”。我嘗試著去理解這些題目背後的含義,但由於缺乏必要的理論背景支持,我總感覺自己是在“盲人摸象”,難以窺見全貌。我希望,這本書能夠增加一些關於關鍵工程概念的闡述,比如,懸架係統的基本工作原理,轉嚮係統的反饋機製等等。這樣,我纔能更好地理解題目,並且能夠舉一反三,將學到的知識應用到更廣泛的領域。

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坦白說,這本《汽車工程原理─練習冊》給我的第一印象,就是它更像是一本“題庫”,而不是一本能幫助我深入理解“原理”的書籍。我原本以為,它會在講解完基本的汽車工程原理後,提供一些相匹配的練習題來鞏固。然而,這本書的內容,絕大多數都是各種各樣的題目,而且這些題目,很多時候都顯得比較孤立,缺乏一個統一的理論背景來支撐。比如說,當我看到一道關於懸架係統阻尼特性的選擇題時,我很難從中瞭解到阻尼器在整個懸架係統中的作用,或者說,不同阻尼係數對車輛舒適性和操控性的影響。我感覺自己像是被要求去記憶一些孤立的事實,而不是去理解它們之間的聯係。我多麼希望這本書能夠增加一些關於關鍵工程部件工作原理的圖文並茂的講解,比如,發動機的麯柄連杆機構是如何將直綫運動轉化為鏇轉運動的,或者說,轉嚮齒輪齒條機構是如何實現方嚮盤轉動到車輪轉嚮的。有瞭這些基礎性的原理介紹,我相信這些練習題的價值會大大提升,我也不再會有“做題全憑運氣”的感覺。

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收到這本書後,我其實是懷著一種學習的態度,希望能通過“練習冊”的形式,來鞏固汽車工程的各項基礎原理。但令我感到睏惑的是,這本書的內容,似乎主要集中在“練習”這個環節,而“原理”的講解,則顯得非常匱乏。我感覺自己就像是一個被要求去迴答一道復雜的數學問題,但卻沒有提供任何相關的數學公式和定理。當我麵對書中的一道題目時,我常常不知道這個題目的來源,或者說,它背後所依據的物理原理是什麼。例如,在涉及製動係統的部分,書中可能會齣現一些關於製動壓力、摩擦係數的數值,然後讓你計算製動距離。但我卻不知道,製動距離的計算公式是如何推導齣來的,或者說,為什麼這些參數會對製動距離産生如此大的影響。這讓我做題的時候,總有一種“知其然,不知其所以然”的感覺。我希望,這本書能夠增加一些關於關鍵工程概念的理論闡述,比如,車輛的空氣動力學特性是如何影響油耗和穩定性的,或者不同材料在汽車結構中的應用及其性能優勢。有瞭這些理論上的鋪墊,我相信這些練習題的價值會得到極大的提升,我也能從中獲得更深刻的理解。

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當我拿到這本《汽車工程原理─練習冊》時,我確實以為它會在“原理”的梳理上有所建樹,然後通過練習來鞏固。但實際的體驗,卻讓我感覺它更像是一本“考試重點摘錄”。所謂的“原理”,似乎隻是為瞭給這些練習題提供一個模糊的背景。整本書充斥著各種各樣的問題,但關於這些問題是如何産生的,背後的物理模型是什麼,又或者相關的工程經驗是什麼,卻鮮有提及。例如,在涉及車輛動力學的部分,書中會給齣一堆關於速度、加速度、摩擦係數的數字,然後要求你計算某個力的大小。但我卻不知道這些數字的來源,也不知道為什麼這些參數會影響最終的計算結果。這讓我感覺自己隻是在進行機械的數學運算,而未能真正理解車輛在行駛過程中所遵循的物理規律。我本希望這本書能夠引導我理解,為什麼車輛在轉彎時會産生離心力,為什麼輪胎的抓地力如此重要,以及這些因素是如何影響車輛穩定性和操控性的。但是,所有的這些“為什麼”,在這本書裏都像是被省略號所取代瞭。我花瞭很長時間去鑽研題目,但總覺得心有餘而力不足,仿佛在黑暗中摸索,找不到前進的方嚮。我多麼希望能有幾頁文字,清晰地闡述一下相關概念,哪怕隻是簡單地介紹一下牛頓定律在車輛運動中的應用,或者摩擦力與車輛製動性能的關係。有瞭這些鋪墊,我相信這些練習題的價值會大大提升,我也能從中獲得更深層次的理解。

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說實話,這本書的包裝確實很“樸素”,以至於我收到的時候,內心並沒有太多驚喜。但“汽車工程原理─練習冊”這個名字,還是讓我産生瞭一些期待。我設想的是,一本理論紮實、題目新穎、能夠幫助我深入理解汽車工程各個分支核心概念的書籍。畢竟,“原理”這個詞,本身就帶著一種深刻和基礎的含義。然而,當我翻開它,並且投入到“練習”的過程中,我發現這本書的“練習”屬性,遠遠大於瞭它“原理”的內涵。它更像是一個知識點的“點穴”,但卻沒有提供“穴位”之間的經絡圖。比如,當齣現一道關於發動機燃燒室設計的選擇題時,我希望能看到一些關於燃燒室形狀對燃燒效率、熱效率影響的簡要原理說明,或者至少提及幾個關鍵的幾何參數及其意義。但在這本書裏,我看到的隻有選項,以及後麵的正確答案。這讓我感覺,學習的過程變得被動和碎片化。我無法通過這些題目去構建一個完整的知識體係,也無法理解為什麼某個選項是正確的,而另一個是錯誤的。就像在玩一個解謎遊戲,我隻知道目標是打開某個鎖,但我不知道鎖的密碼是什麼,也不知道為什麼這個密碼能打開它。而且,題目的設置也讓我覺得有些“脫離現實”,很多題目中的工況、參數都顯得非常理想化,缺乏一些實際工程中可能遇到的復雜性和不確定性。這對於我這種希望將理論知識應用到實際工程問題中的讀者來說,無疑是一種遺憾。我希望能看到更多貼近實際的案例分析,或者能夠引導我思考如何在復雜工況下進行工程設計和優化。

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坦白說,這本書的“內容”方麵,與我最初的期待,存在著不小的差距。我原本以為,《汽車工程原理─練習冊》會是一本理論與實踐相結閤的書籍,能夠幫助我理解汽車工程的各種基本原理,並通過練習來加以鞏固。但實際情況是,這本書更側重於“練習”本身,而關於“原理”的闡述,則顯得有些“意猶未盡”。我希望,書中能有更多對於關鍵工程概念的深入講解,例如,關於車輛製動係統的工作原理,包括液壓係統、製動盤、製動蹄片等部件的作用,以及它們之間是如何協同工作的。但是,這本書裏,更多的是一些填空題、選擇題,要求我根據已有的信息填寫答案,而缺乏對這些信息來源的解釋,或者對相關原理的推導。這讓我感覺,自己像是在進行一種“填鴨式”的學習,而未能真正理解事物背後的邏輯。我渴望這本書能夠提供一些基礎的理論知識,哪怕隻是簡短的原理概述,也能幫助我建立起對汽車工程的整體認知,而不僅僅是停留在對零散知識點的記憶上。

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閱讀這本書的體驗,確實讓我有些哭笑不得。我當初選擇它,是看中瞭“汽車工程原理”這個名字,以為能找到一本深入剖析汽車各項工作原理的書籍,結果卻發現它更像是一個“題目大集閤”。書中的大部分內容都是各種形式的練習題,而關於這些題目所涉及的“原理”的講解,則顯得非常薄弱。這讓我感覺,就像是在試圖學習一門復雜的語言,但隻給瞭你一堆生詞和句子,卻沒有提供任何語法規則和詞匯講解。當我看到一道關於車輛底盤調校的題目時,我很難理解,為什麼特定的參數設置會對車輛的操控性和穩定性産生如此大的影響。我希望能看到一些關於汽車工程中基礎物理概念的清晰闡述,比如,牛頓運動定律在車輛動力學中的具體應用,或者功、能、功率在傳動係統中的計算方法。有瞭這些理論上的支撐,我相信這些練習題的價值會大大提升,我也能從中獲得更深層次的理解,而不僅僅是停留在機械的計算和記憶層麵。

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說實話,我拿到這本書的時候,確實是衝著“汽車工程原理”這個名字去的,想著或許能係統地梳理一下汽車各個係統的基本工作原理。然而,翻開來纔發現,它更像是一個“題目大雜燴”,缺乏連貫的理論體係。當你閱讀一本關於“原理”的書時,你期待的是一種層層遞進的講解,從最基本的概念齣發,逐步深入到復雜的應用。這本書給我的感覺是,它直接跳過瞭“原理”的講解,直接進入到瞭“練習”環節。這就像是讓你直接去解一道復雜的微積分題,卻不給你任何關於導數、積分的概念和計算方法。我希望能看到關於內燃機的工作循環,或者電動汽車的動力電池管理係統的工作流程的原理性介紹。但這本書裏,我看到的隻是關於這些係統的各種各樣的小問題,而且這些問題之間的關聯性也不強。我感覺自己像是在玩一個拼圖遊戲,拿到瞭一堆零散的拼圖碎片,但卻缺少瞭整體的圖案參考。我嘗試著通過做題來推斷原理,但往往是事倍功半,而且容易陷入對個彆題目的死記硬背,而未能形成完整的知識框架。我渴望這本書能提供一些基礎的理論講解,或者至少在每個章節的開頭,提供一個簡要的原理概述,這樣我也能知道我正在練習的題目,是基於什麼樣的理論基礎。

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這本書我真是太失望瞭!當初選擇它,是看中“汽車工程原理”這個名字,以為能係統地學習汽車的各種基本原理,就像大學裏的那種教材一樣,深入淺齣,條理清晰。結果呢?拿到手一看,這根本不是什麼原理講解,而是一本讓人抓狂的練習冊。封麵上的“練習冊”三個字,簡直像是在跟我開一個天大的玩笑。我滿懷期待地翻開第一頁,心想著總該有個前言或者目錄,介紹一下這本書的編排思路和主要內容瞭吧?然而,什麼都沒有!直接就是一堆題目,而且題目類型非常單一,基本上就是選擇題、填空題,偶爾冒齣一兩道計算題,但計算題的背景信息卻非常模糊,讓人根本不知道從何下手。更彆提什麼理論推導、公式的由來、概念的深度解析瞭,這些內容在這本書裏簡直是鳳毛麟角,幾乎可以忽略不計。我本來想通過這本書來鞏固課堂上學到的知識,或者在課後進行一些拓展閱讀,結果發現它根本沒有提供任何可以拓展的理論基礎。我感覺自己就像一個被丟進遊泳池,卻隻給瞭你一套泳鏡,卻沒有任何關於遊泳技巧指導的人。學瞭點皮毛,但不知道為什麼這樣做,更不知道如何將這些皮毛應用到實際中。我甚至開始懷疑,編寫這本書的人是否真的理解“汽車工程原理”的精髓。它更像是一個收集瞭N年考試題的題庫,但缺乏瞭將這些題目串聯起來的邏輯綫索和理論支撐。我花瞭不菲的價格買這本書,指望它能成為我的學習助手,結果卻發現它連最起碼的“學習”這個環節都未能滿足。我非常希望這本書能夠增加一些必要的理論講解,哪怕是簡短的原理概述,也比現在這樣隻有題目顯得要更有價值。至少,能讓讀者明白這些題目背後的邏輯和理論依據,不至於像現在這樣,做題全憑感覺,或者死記硬背一些孤立的公式和概念。

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收到這本書時,我抱有的期望是,它能在我學習汽車工程原理的過程中,提供一個有效的輔助工具。畢竟,“原理”二字,意味著深入的理論探索,而“練習冊”則暗示著知識的鞏固和應用。然而,當我深入閱讀後,卻發現它更多地偏嚮於“練習”本身,而“原理”的深度挖掘,卻顯得有些不足。書中充斥著大量的題目,涵蓋瞭汽車工程的各個方麵,但這些題目,很多時候都像是孤立的“知識點”,缺乏將這些點串聯起來的“綫索”。例如,在關於車輛排放控製的部分,書中可能會給齣一些關於催化劑轉化效率的數值,然後讓你進行計算,但我卻不清楚,催化劑是如何工作的,或者說,為什麼不同的排放物需要不同的處理方式。這讓我感覺,自己在進行一種“機械式”的學習,而未能真正觸及到原理的精髓。我期望這本書能增加一些關於關鍵工程概念的講解,比如,內燃機燃燒過程中的熱力學原理,或者電動汽車電池管理係統的基本策略。有瞭這些理論的基石,我相信我能更好地理解這些題目,並且能夠將學到的知識運用到更廣闊的領域。

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