1.2 車輛動力學(xué)的起源

最早有關(guān)操縱穩(wěn)定性方面的文章是Lanchester在1908年發(fā)表的，與轉(zhuǎn)向角度增大后的離心力產(chǎn)生的“過多轉(zhuǎn)向”有關(guān)[1]，而前輪擺振是早期行駛平順性方面的主要問題[2]。因為對輪胎力學(xué)幾乎沒有了解，對車輛操縱穩(wěn)定性不佳的現(xiàn)象主要是觀察和描述，幾乎不能解釋實際駕乘中出現(xiàn)的問題，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性之間的關(guān)系更不為人所知。

1931年固特異輪胎公司設(shè)計并制造了輪胎試驗機以測試輪胎的力學(xué)特性。輪胎的側(cè)偏力學(xué)特性試驗結(jié)果，以及Olley最初在車輛轉(zhuǎn)向模型中對側(cè)偏力學(xué)特性的正確應(yīng)用，奠基了車輛動力學(xué)學(xué)科的基石。1932年，Olley在凱迪拉克汽車公司進(jìn)行了著名的“K2”試驗來研究前后懸架的偏頻、輪距和俯仰轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。試驗中，可以調(diào)節(jié)前后附加的質(zhì)量塊來改變俯仰轉(zhuǎn)動慣量。Olley認(rèn)為“Flat-Ride”（平穩(wěn)行駛）是期望的性能，即過路面凸起后，為了車身達(dá)到平穩(wěn)行駛（即沒有俯仰運動），后輪的振動頻率要高于前輪。這些早期的工作發(fā)表于1934年[3]。從通用汽車公司退休后，Olley將他在懸架設(shè)計理論、操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的早期成果總結(jié)在四本未公開發(fā)行的小冊子里。直到2002年，基于這些小冊子的內(nèi)容，由同樣是車輛動力學(xué)的先驅(qū)者William F.Milliken和他的兒子Douglas L.Mil-liken總結(jié)出版了《Chassis Design：Principles and Analysis》[4]。

包括車輛瞬態(tài)響應(yīng)在內(nèi)的較為完整的線性區(qū)操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向方面的體系，建立于20世紀(jì)50年代。主要得益于在Olley的推動下由通用汽車公司資助，由康奈爾航空實驗室在William F.Milliken領(lǐng)導(dǎo)下于1952—1963年完成的一個項目。標(biāo)志性事件是1956年在英國機械工程師學(xué)會由William F.Milliken和Leonard Segal等五人發(fā)表的5篇文章，所謂“The 5 IME Papers”。在車輛動力學(xué)發(fā)展歷史上這次會議很重要，詳細(xì)情況在《Race Car Vehicle Dynamics》[5]有介紹，同時由Milliken父子寫的這本書也是車輛操縱穩(wěn)定性方面最全面、最深入的一本專著。借鑒飛機穩(wěn)定性而來的用微分方程來描述汽車瞬態(tài)運動響應(yīng)，以及對輪胎側(cè)向力學(xué)特性的深入理解，使得車輛操縱穩(wěn)定性的研究發(fā)展達(dá)到了新的高度。輪胎對于車輛動力學(xué)至關(guān)重要，可以說沒有對輪胎力學(xué)特性深入細(xì)致的研究，就不會有對車輛動力學(xué)深入細(xì)致的理解。

1955年，通用汽車公司的車輛動力學(xué)小組在通用研究中心成立，到1966年，大約有20～50名工程師從事這方面工作，1966年該小組轉(zhuǎn)移到工程部參與車型開發(fā)。當(dāng)時的車輛動力學(xué)小組的帶頭人Joe Bodwell推動將原有的SAE乘坐舒適性委員會改名為車輛動力學(xué)委員會，特別是1965年發(fā)表的包括輪胎力和力矩、車輛坐標(biāo)系、不足轉(zhuǎn)向、過度轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性等標(biāo)準(zhǔn)化定義的《車輛動力學(xué)術(shù)語》[6]可以看作是車輛動力學(xué)作為一門獨立學(xué)科出現(xiàn)的標(biāo)志性事件。

1984年發(fā)表的有關(guān)轉(zhuǎn)向盤中心位置操縱性的文章[7]標(biāo)志著車輛動力學(xué)從研究客觀車輛力學(xué)系統(tǒng)本身轉(zhuǎn)向以駕駛員體驗為中心，隨后出現(xiàn)的制動踏板感和加速踏板感研究都是在這方面的拓展。如今，各種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動助力系統(tǒng)和加速踏板的調(diào)校都以駕駛員體驗為中心，各種底盤線控技術(shù)的整車駕乘技術(shù)規(guī)范也應(yīng)該和傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的要求相似。