《摩托车动力学》一书共分七章,首先介绍摩托车的类型和规格、几何参数、重心位置的计算及转向几何关系等。第二章简述摩托车轮胎的构造、类型,及轮胎的魔术公式与附着椭圆。第三章探讨摩托车直线行驶的各种阻力,进而导出摩托车行驶方程与功率方程,介绍摩托车的动力性指标及求最高车速的方法。第四章介绍制动受力分析,滑动率对制动的影响,摩托车的防锁定系统等。第五章阐述前后悬吊系统的种类、运动比、设计参数及其优缺点,说明悬吊系统的调校原理与步骤,最后介绍摩托车架的种类与优缺点。第六章系统地讨论了摩托车的振动简化模型和振动模态,摩托车的平面振动,振动多刚体模型,时域响应。第七章则分析摩托车过弯的骑乘姿势,介绍操控性及稳定性试验及评估方法,说明陀螺力矩与方向稳定性的关系,分析转倒的原因,逆操舵原理等。
本书特色
本书力求理论与实务相结合、深入浅出,具有理论之广度,又考虑实际应用价值,极适合科技大学车辆类系所学生以及对摩托车动力学有兴趣的读者阅读与参考。
作者简介
张超群
现职
南台科技大学机械工程系 副教授
学历
美国辛辛那提大学机械工程博士
专长
多体动力学、车辆动力学、汽车噪音及振动
刘成群
现职
克莱斯特汽车公司高级工程师
学历
美国辛辛那提大学机械工程博士
专长
汽车噪音及振动、多体力学、车辆动力学
序
第一章 概论
1-1 摩托车的分类 1
1-2 摩托车规格 11
1-3 摩托车的组合部件及自由度 13
1-3.1 摩托车座标系 14
1-3.2 摩托车的自由度 15
1-4 摩托车的几何参数 17
1-4.1 前叉角 17
1-4.2 轴距 18
1-4.3 偏位、前伸距、轮圈直径 19
1-4.4 车轮半径 22
1-5 摩托车的稳定直线行驶 22
1-6 摩托车重心的位置 29
1-6.1 重心位置的计算 29
1-6.2 骑乘者对摩托车重心的影响 34
1-6.3 重心位置变化的影响 34
1-7 摩托车的质量惯性矩 35
1-8 摩托车转向机构的运动学 35
1.8.1 偏位为零的转向机构 36
1-8.2 偏位不为零的转向机构 39
1-9 骑乘姿态 42
第二章 摩托车轮胎
2-1 概论 43
2-2 摩托车轮胎的结构 44
2-3 摩托车轮胎的分类 47
2-3.1 依构造分类 48
2-3.2 依使用目的分类 49
2-3.3 依有无内胎分类 51
2-4 轮胎的花纹 52
2-5 摩托车轮胎规格的表示法 53
2-6 摩托车轮胎的断面 57
2-7 轮胎外径的影响 58
2-7.1 对骑乘舒适性的影响 58
2-7.2 对操控性的影响 59
2-8 轮胎的受力分析 59
2-8.1 轮胎座标系 59
2-8.2 轮胎与路面的接触力与力矩 60
2-9 车轮的侧向特性 61
2-9.1 侧滑角与侧偏力 62
2-9.2 外倾角与外倾推力 63
2-10 车轮的纵向特性 66
2-10.1 驱动轮特性 66
2-10.2 制动轮特性 67
2-10.3 附着力与摩擦力的区别 67
2-11 轮胎的魔术公式 68
2-11.1 侧向力的计算 70
2-11.2 纵向力的计算 71
2-11.3 回正力矩的计算 71
2-12 摩托车轮胎附着椭圆 73
2-13 轮胎不平衡度和不均匀度的实验测量 74
2-13.1 轮胎的不平衡度 74
2-13.2 轮胎的不均匀度 75
第三章 摩托车直线行驶动力学
3.1 摩托车的传动系统 77
3-1.1 档车传动系统 77
3-1.2 连续无段变速系统 84
3-2 摩托车引擎扭矩和功率 88
3-2.1 引擎扭矩和功率的关系 88
3-2.2 功率与扭矩的观念 90
3-2.3 摩托车引擎型式 91
3-3 摩托车引擎转速和车速的关系 95
3-4 驱动力 97
3-5 摩托车的行驶阻力 98
3-5.1 滚动阻力 99
3-5.2 空气阻力 101
3-5.3 坡度阻力 104
3-5.4 加速阻力 105
3-5.5 等效质量 105
3-6 摩托车直线行驶方程及其推导 109
3-6.1 用牛顿法推导行驶方程 111
3-6.2 用功率方程推导行驶方程 116
3-7 摩托车行驶的驱动-附着条件 121
3-7.1 摩托车的抓地力 123
3-8 摩托车行驶功率方程 124
3-9 摩托车的动力性指标 124
3-9.1 摩托车最高车速的计算 124
3-9.2 加速性能 131
3-9.3 最大爬坡度 138
3-10 摩托车变速器传动比 139
3-11 摩托车二次传动比 141
第四章 摩托车的制动性
4-1 概论 143
4-2 制动力 144
4-3 摩托车制动时的受力分析 146
4-3.1 摩托车直线行驶的制动方程 146
4-3.2 制动时地面正向反力的变化 148
4.3.3 最佳制动力 150
4-4 摩托车的前翻 151
4-5 滑动率对制动的影响 153
4-6 摩托车的防锁定系统 154
4-7 摩托车煞车的使用 158
4-7.1 煞车的技巧 158
4-7.2 前煞车的使用 158
4-7.3 后煞车的使用 158
4-7.4 紧急煞车 159
4-7.5 避免煞车车头下沉现象的方法 160
第五章 摩托车的悬吊系统与车架
5-1 概论 161
5-2 避震器 162
5-3 避震器之弹簧 164
5-3.1 弹簧系数 164
5-3.2 弹簧种类 165
5-3.3 弹簧对骑乘舒适性与操控性的影响 168
5-3.4 速度比 170
5-4 避震器之阻尼器 172
5-4.1 阻尼力 172
5-4.2 阻尼对骑乘舒适性与操控性的影响 177
5-4.3 阻尼器的分类与特性 177
5-4.4 转向阻尼器 181
5-5 摩托车前悬吊系统 183
5-5.1 伸缩直筒式 183
5-5.2 前领连桿式和后拖曳连桿式悬吊系统 188
5-5.3 弹簧叉 193
5-5.4 葛德叉 195
5-5.5 潜望槓桿式悬吊系统 196
5-5.6 双槓桿式悬吊系统 198
5-5.7 前悬吊系统的重要参数 199
5-6 摩托车后悬吊系统 200
5-6.1 双避震器后悬吊系统 201
5-6.2 单避震器后悬吊系统 203
5-6.3 单摇臂式后悬吊系统 204
5-6.4 渐进连桿式后悬吊系统 204
5-6.5 平行桿悬吊系统 209
5-6.6 整体式后悬吊系统 211
5-6.7 后悬吊系统的重要参数 212
5-6.8 反后蹲与让后蹲现象 213
5-7 避震器的调整 219
5-7.1 弹簧预载 219
5-7.2 回弹阻尼 223
5-7.3 压缩阻尼 226
5-7.4 避震器阻尼调整步骤 229
5-8 摩托车车架 230
5-8.1 车架材料与截面形状 231
5-8.2 车架的种类 232
第六章 摩托车的振动
6-1 基本概念 237
6-1.1 何谓振动 237
6-1.2 简谐振动 238
6-1.3 衰减振动 240
6-1.4 轮胎的转动频率和摩托车的速度 242
6-1.5 人体对振动的反应 243
6-2 简化模型 246
6-2.1 倾倒 246
6-2.2 摆振 251
6-2.3 迂回摆动 255
6-2.4 三自由度模型 258
6-3 平面振动 261
6-3.1 等效前悬吊弹簧刚度与阻尼系数 261
6-3.2 等效后悬吊弹簧刚度与阻尼系数 263
6-3.3 车身的上下振动和俯仰振动 265
6-3.4 四自由度模型 269
6-4 多自由度振动理论基础 273
6-4.1 自然频率和模态向量 273
6-4.2 用数值方法求振动的时间响应 283
6-4.3 频率响应函数 286
6-5 多刚体模型 293
6-5.1 引言 293
6-5.2 多刚体模型 297
6-5.3 直线行驶情形下的振动模态 298
6-5.4 转弯行驶情形下的振动模态 301
6-6 时域响应 301
第七章 摩托车的操控性及稳定性
7-1 引言 305
7-2 操控性及稳定性所涉及的内容 309
7-2.1 稳态转弯行驶试验 310
7-2.2 U形或J形转弯行驶试验 321
7-2.3 障碍滑雪式行驶试验 323
7-2.4 换道行驶试验 326
7-2.5 回避障碍行驶试验 328
7-3 方向稳定性及回正力矩 329
7.4 陀螺力矩与方向稳定性 334
7-4.1 横摆运动产生的陀螺力矩 335
7.4-2 侧偏运动产生的陀螺效应 341
7-4.3 龙头转向产生的陀螺力矩 342
7-5 低转倒和高转倒 344
7-6 逆操舵 346
7-7 影响摩托车操控性的参数 347
附录 351
参考文献 357
索引 363
这本书的出现,对台湾的摩托车教育和培训体系,我觉得会产生积极的影响。我们知道,很多摩托车学校或者驾训班,主要侧重于教导学员如何安全地通过考试,如何掌握基本的驾驶技巧,但对于车辆本身的动力学原理,却很少涉及。这就导致了很多学员在拿到驾照后,对于摩托车的操控,依旧是一知半解。举个例子,书中关于“转向几何”的讲解,就让我明白了为什么不同类型的摩托车,在转向时的表现会如此不同。比如,为什么街车比仿赛车在低速巷战时更灵活,而仿赛车在高速过弯时更稳定。如果这些知识能够被纳入到摩托车的教学体系中,我相信我们台湾的骑行人群,整体的技术水平和安全意识,都会得到一个质的飞跃。我尤其希望,这本书能够被推广到更广泛的摩托车爱好者群体中,让大家都能有机会接触到这些专业的知识。它不是那种一次性阅读的书籍,更像是一本可以反复查阅的“工具书”,在每一次遇到操控上的疑问时,都能从中找到答案,找到改进的方向。
评分老实说,拿到《摩托车动力学》这本书的时候,我其实有点担心它会不会太过于学术化,里面的公式和理论会不会让我望而却步。毕竟,我平时骑车,更注重的是那种人车合一的快感,对于复杂的工程学概念,并不是特别有接触。但是,当我翻开第一页,读下去之后,我发现我的担心是多余的。这本书的作者,在讲解那些高深的物理概念时,真的非常用心。他没有直接丢出一堆公式,而是通过大量的图示,生动形象的比喻,以及与实际骑行场景相结合的例子,把那些原本枯燥的理论变得通俗易懂。比如说,他在解释轮胎的抓地力时,不仅仅是讲到了摩擦系数,还通过一个非常形象的比喻,让我理解了轮胎橡胶和路面之间的微观作用。还有关于重心转移,他更是结合了急加速、急刹车和过弯时身体的感受,让我一下子就明白了为什么在不同的驾驶操作下,车辆的姿态会有所不同。在台湾,很多年轻人刚开始接触摩托车,可能就是因为觉得方便、帅气,但对车辆本身的原理知之甚少。这本书,我觉得就像是给这些年轻人的一份“入门指南”,让他们在享受摩托车带来的自由和乐趣的同时,也能建立起对车辆更科学、更理性的认识。它能帮助我们理解,为什么某些驾驶技巧会有效,为什么车辆在某些情况下会失控,从而提升我们的骑行安全和自信心。
评分这本书的语言风格,我觉得非常适合台湾读者。虽然是讲解专业的动力学知识,但作者并没有使用过于晦涩难懂的术语,而是尽量用大家都能理解的中文来阐述。我印象最深刻的是,他在讲解“空气动力学”对摩托车性能的影响时,没有直接去分析风洞数据,而是通过描述骑行时迎面而来的风阻,以及不同姿态下风对车辆产生的推力,让我直观地感受到空气动力学的重要性。这种贴近实际体验的讲解方式,是我在其他同类书籍中很少看到的。在台湾,很多人骑车通勤,尤其是在快速道路上,风阻的影响是真实存在的,这本书能够帮助大家理解,为什么速度越快,风阻越大,以及如何通过调整骑行姿态来减小风阻,节省燃油,提升稳定性。我认为,这本书的价值,不仅仅在于它深入的理论知识,更在于它能够将这些理论知识,转化为我们 everyday life (日常生活) 中的实际应用,让我们在享受摩托车带来的便利和乐趣的同时,也能更深刻地理解它背后的科学原理。
评分读完《摩托车动力学》,我感觉自己对摩托车的“感觉”上升到了“认知”的层面。以前骑车,很多时候都是凭直觉,感觉车子“有点不对劲”,但说不上来具体是哪里。这本书,用了很多章节来讲解“车身动态稳定性”,包括什么是“转向不足”、“转向过度”,以及它们是如何产生的。我一下子就明白了,我曾经在一次雨天骑行中,在急刹车后感觉车身有种“不受控制的滑动”,那种惊险的感觉,其实就是转向几何和轮胎抓地力瞬间失衡的结果。书中的分析,让我能够更清晰地识别这些情况,并且在以后的骑行中,更懂得如何避免或者应对。在台湾,我们常说“人车一体”,这本书,就是帮助我们实现“人车一体”的科学指南。它让我们不仅仅是“骑”在车上,而是真正理解了“如何与车同在”,如何通过对车辆动力学的理解,来更好地控制车辆,与车辆一起达到最佳的运动状态。这种由“感觉”到“认知”的提升,对我来说,是一种巨大的进步。
评分《摩托车动力学》这本书,对于我这种喜欢自己动手搞车的爱好者来说,简直就是一本“神书”。在台湾,自己动手改装和维护摩托车是很常见的,但很多时候,大家都是“照猫画虎”,看着网上的教程或者听别人说,就跟着做,也不知道为什么这样做。比如,关于悬挂的调整,大家都知道有回弹和压缩阻尼,但具体该怎么调,调多少,才能达到最佳效果,很多人都一头雾水。这本书,通过对各种力的分析,对悬挂系统在不同工况下的工作原理的阐述,让我明白了,调整悬挂不仅仅是为了舒适性,更是为了在高速行驶、激烈操控时,保持轮胎的有效接地,从而获得更好的抓地力和稳定性。它甚至能让我理解,为什么有些看似不起眼的调整,却能对车辆的操控产生如此大的影响。我曾经尝试着根据书上的原理,对我的老伙计的悬挂进行了一些微调,结果真的惊喜不断。车子在过弯时的循迹性明显增强,颠簸路面上的滤震效果也更好了。这种自己动手,并且能够理解其背后原理的成就感,是任何现成的零件都无法比拟的。这本书,让我不再是一个简单的“零件更换者”,而是成了一个能够真正理解和驾驭车辆的“机械师”。
评分这本书的价值,对我这种老一辈的摩托车爱好者来说,更是难以言喻。我记得我年轻的时候,那时候台湾的机车技术远没有现在这么发达,很多东西都是靠经验积累,靠口耳相传。比如,怎么调整悬挂,才能让车子在湿滑路面上更稳定,很多时候都是凭感觉,甚至听别人的“秘诀”。那时候,也没有什么专业书籍会去深入讲解这些。我曾经有一辆车,每次过减速带的时候,车尾都会有一种难以控制的“弹跳感”,特别影响舒适性,也让人不安心。当时问了好多技师,都只是说是“避震器老化”,让我换新的。但书上关于阻尼、弹簧预载的讲解,让我明白了,也许不是简单地换个避震器就能解决问题,而是需要根据车辆的重量、路况,甚至是我的骑行习惯,去进行更精细的调整。这本书,就像是在我脑海里建立起了一个关于摩托车动力学的知识体系,把过去那些零散的、凭感觉积累的经验,都串联了起来。让我更能理解,为什么同样是过减速带,有的车会平稳驶过,有的车就会“颠簸”。这种理论上的突破,对我来说,不仅仅是知识的增长,更是对骑行乐趣的一种升华。我能够更自信地去感知车辆的变化,也更能理解技师的操作,甚至能和他们进行更有建设性的交流。
评分我一直觉得,台湾的机车改装文化非常活跃,但很多时候,这种活跃是建立在“经验主义”上的,缺乏科学的理论指导。比如,很多车友在改装悬挂时,会盲目地追求“硬朗”,觉得越硬越好,但其实,过度僵硬的悬挂,反而会影响轮胎的接地面积,降低抓地力,甚至导致车身跳动。这本书,对“轮胎抓地力”的讲解,让我深刻理解了,抓地力不仅仅是靠轮胎花纹和橡胶配方,更与轮胎的接地压力、变形程度息息相关。而这些,又受到悬挂系统、车身重量分布等多种因素的影响。有了这本书的指导,我相信很多台湾的车友,在进行改装时,会更加理性,更加有针对性,不再是盲目地追求“看起来很酷”的效果,而是真正地去优化车辆的性能,提升骑行的乐趣和安全性。《摩托车动力学》这本书,就像是一个“纠偏器”,能够帮助大家从经验主义的误区中走出来,进入一个更科学、更专业的改装和维护领域。
评分哇,看到《摩托车动力学》这本书的封面,瞬间就勾起了我好多年的回忆。我记得当年刚拿到驾照的时候,对摩托车那种原始的、直接的操控感简直是着迷。那时候,对车辆的了解,除了会骑之外,就仅限于换挡、刹车这些基本操作了。很多时候,车子一点点不顺畅,或者过弯时总觉得哪里不对劲,但又说不上来,就只能靠感觉去调整。读这本书,我第一个念头就是, endlich (终于) 有一本中文书,能把我这些模糊的感觉给系统化、理论化。台湾的机车文化真的很盛行,大街小巷都能看到各式各样的机车,从通勤的速克达到追求速度的仿赛,再到越野的探险车,简直是琳琅满目。但是,真正理解这些车为什么会这样设计,它们在行驶时,轮胎、悬挂、发动机,甚至是骑手的身体姿态,是如何协同作用,影响操控的,却不是那么容易就能找到答案的。我总是觉得,我们台湾的机车爱好者,很多时候都停留在“会骑”的层面,对于更深层次的“懂骑”还有很大的提升空间。这本书的出现,对我来说,就像是打开了一扇新的大门,让我看到了摩托车背后的科学原理,不再是凭空想象,而是有根有据。尤其是对于那些喜欢改装、追求性能的骑士来说,这本书简直就是一本宝典,能够帮助他们更科学地进行调校,避免走弯路,甚至能激发他们对车辆设计产生更深的兴趣。我一直相信,了解得越多,骑行就越安全,也越能享受到骑行的乐趣。这本书的内容,即使只是略微涉猎,也能让人在每一次骑行中,多一份理解,少一份盲目。
评分这本书的出版,简直是台湾摩托车界的一股清流!要知道,我们这边虽然机车随处可见,但真正深入探讨车辆“动力学”的书籍,市面上真的是凤毛麟角。很多时候,大家讨论的都是什么“爆改”、“刷ECU”、“换排气管”,这些都是比较表面的改装,对于车辆整体的操控性、稳定性的底层逻辑,其实很多人都一知半解。我印象最深刻的一次,是跟几个车友去跑山。其中一个车友的仿赛车,在连续高速过弯的时候,总会出现一种莫名的“摆动”,虽然他技术不错,但每次经过那个弯道都显得特别犹豫。当时我们就猜测可能是悬挂太硬了,或者轮胎抓地力不够,但具体是哪个环节出了问题,怎么调整,大家都说不出个所以然。现在想想,如果当时我们对《摩托车动力学》这本书里的内容有所了解,比如关于轮胎的接地面积、悬挂系统的阻尼系数、车架的刚性分布等等,可能就能更准确地判断问题所在,甚至提出有效的解决方案。这本书,就像是一位经验丰富的技师,或者是一位循循善诱的老师,用严谨的科学语言,把摩托车行驶过程中那些复杂而精妙的物理原理,一一呈现在我们面前。对于那些想要提升骑行技术,或者对车辆性能有更高追求的台湾骑士来说,这绝对是一本不容错过的参考书。它不仅仅是关于“怎么骑”,更是关于“为什么这样骑”。
评分我一直认为,台湾的机车文化,需要更多像《摩托车动力学》这样的深度内容来支撑。我们有最热情的骑行人群,有最丰富的机车类型,但往往在技术和理论层面的探讨,却显得有些不足。很多车友,在享受速度与激情的同时,对车辆的物理原理缺乏深入的理解,这在很大程度上限制了他们对骑行极限的突破,也增加了潜在的风险。这本书,就像是一座桥梁,连接了我们日常的骑行体验和背后的科学原理。我读到其中关于“车身倾角”和“离心力”的章节时,真的豁然开朗。以前过弯,很多时候都是凭经验感觉,不知道什么时候该倾多少,为什么会产生离心力,以及如何通过身体的配合来抵消它。这本书,用清晰的图解和严谨的数学模型,让我明白了其中的奥秘。当我理解了这些,再去做过弯的动作时,感觉就不一样了。不再是盲目地去“甩”车,而是有意识地去控制身体和车身的配合,去感受轮胎与地面的摩擦,去体会车辆的动态平衡。这种理解的提升,不仅仅是骑行技巧的进步,更是对安全性的巨大保障。我可以说,这本书,让我在每次骑行时,都多了一份“心里有数”的从容。
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