《摩托車動力學》一書共分七章,首先介紹摩托車的類型和規格、幾何參數、重心位置的計算及轉嚮幾何關係等。第二章簡述摩托車輪胎的構造、類型,及輪胎的魔術公式與附著橢圓。第三章探討摩托車直綫行駛的各種阻力,進而導齣摩托車行駛方程與功率方程,介紹摩托車的動力性指標及求最高車速的方法。第四章介紹製動受力分析,滑動率對製動的影響,摩托車的防鎖定係統等。第五章闡述前後懸吊係統的種類、運動比、設計參數及其優缺點,說明懸吊係統的調校原理與步驟,最後介紹摩托車架的種類與優缺點。第六章係統地討論瞭摩托車的振動簡化模型和振動模態,摩托車的平麵振動,振動多剛體模型,時域響應。第七章則分析摩托車過彎的騎乘姿勢,介紹操控性及穩定性試驗及評估方法,說明陀螺力矩與方嚮穩定性的關係,分析轉倒的原因,逆操舵原理等。
本書特色
本書力求理論與實務相結閤、深入淺齣,具有理論之廣度,又考慮實際應用價值,極適閤科技大學車輛類係所學生以及對摩托車動力學有興趣的讀者閱讀與參考。
作者簡介
張超群
現職
南颱科技大學機械工程係 副教授
學曆
美國辛辛那提大學機械工程博士
專長
多體動力學、車輛動力學、汽車噪音及振動
劉成群
現職
剋萊斯特汽車公司高級工程師
學曆
美國辛辛那提大學機械工程博士
專長
汽車噪音及振動、多體力學、車輛動力學
序
第一章 概論
1-1 摩托車的分類 1
1-2 摩托車規格 11
1-3 摩托車的組閤部件及自由度 13
1-3.1 摩托車座標係 14
1-3.2 摩托車的自由度 15
1-4 摩托車的幾何參數 17
1-4.1 前叉角 17
1-4.2 軸距 18
1-4.3 偏位、前伸距、輪圈直徑 19
1-4.4 車輪半徑 22
1-5 摩托車的穩定直綫行駛 22
1-6 摩托車重心的位置 29
1-6.1 重心位置的計算 29
1-6.2 騎乘者對摩托車重心的影響 34
1-6.3 重心位置變化的影響 34
1-7 摩托車的質量慣性矩 35
1-8 摩托車轉嚮機構的運動學 35
1.8.1 偏位為零的轉嚮機構 36
1-8.2 偏位不為零的轉嚮機構 39
1-9 騎乘姿態 42
第二章 摩托車輪胎
2-1 概論 43
2-2 摩托車輪胎的結構 44
2-3 摩托車輪胎的分類 47
2-3.1 依構造分類 48
2-3.2 依使用目的分類 49
2-3.3 依有無內胎分類 51
2-4 輪胎的花紋 52
2-5 摩托車輪胎規格的錶示法 53
2-6 摩托車輪胎的斷麵 57
2-7 輪胎外徑的影響 58
2-7.1 對騎乘舒適性的影響 58
2-7.2 對操控性的影響 59
2-8 輪胎的受力分析 59
2-8.1 輪胎座標係 59
2-8.2 輪胎與路麵的接觸力與力矩 60
2-9 車輪的側嚮特性 61
2-9.1 側滑角與側偏力 62
2-9.2 外傾角與外傾推力 63
2-10 車輪的縱嚮特性 66
2-10.1 驅動輪特性 66
2-10.2 製動輪特性 67
2-10.3 附著力與摩擦力的區彆 67
2-11 輪胎的魔術公式 68
2-11.1 側嚮力的計算 70
2-11.2 縱嚮力的計算 71
2-11.3 迴正力矩的計算 71
2-12 摩托車輪胎附著橢圓 73
2-13 輪胎不平衡度和不均勻度的實驗測量 74
2-13.1 輪胎的不平衡度 74
2-13.2 輪胎的不均勻度 75
第三章 摩托車直綫行駛動力學
3.1 摩托車的傳動係統 77
3-1.1 檔車傳動係統 77
3-1.2 連續無段變速係統 84
3-2 摩托車引擎扭矩和功率 88
3-2.1 引擎扭矩和功率的關係 88
3-2.2 功率與扭矩的觀念 90
3-2.3 摩托車引擎型式 91
3-3 摩托車引擎轉速和車速的關係 95
3-4 驅動力 97
3-5 摩托車的行駛阻力 98
3-5.1 滾動阻力 99
3-5.2 空氣阻力 101
3-5.3 坡度阻力 104
3-5.4 加速阻力 105
3-5.5 等效質量 105
3-6 摩托車直綫行駛方程及其推導 109
3-6.1 用牛頓法推導行駛方程 111
3-6.2 用功率方程推導行駛方程 116
3-7 摩托車行駛的驅動-附著條件 121
3-7.1 摩托車的抓地力 123
3-8 摩托車行駛功率方程 124
3-9 摩托車的動力性指標 124
3-9.1 摩托車最高車速的計算 124
3-9.2 加速性能 131
3-9.3 最大爬坡度 138
3-10 摩托車變速器傳動比 139
3-11 摩托車二次傳動比 141
第四章 摩托車的製動性
4-1 概論 143
4-2 製動力 144
4-3 摩托車製動時的受力分析 146
4-3.1 摩托車直綫行駛的製動方程 146
4-3.2 製動時地麵正嚮反力的變化 148
4.3.3 最佳製動力 150
4-4 摩托車的前翻 151
4-5 滑動率對製動的影響 153
4-6 摩托車的防鎖定係統 154
4-7 摩托車煞車的使用 158
4-7.1 煞車的技巧 158
4-7.2 前煞車的使用 158
4-7.3 後煞車的使用 158
4-7.4 緊急煞車 159
4-7.5 避免煞車車頭下沉現象的方法 160
第五章 摩托車的懸吊係統與車架
5-1 概論 161
5-2 避震器 162
5-3 避震器之彈簧 164
5-3.1 彈簧係數 164
5-3.2 彈簧種類 165
5-3.3 彈簧對騎乘舒適性與操控性的影響 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 阻尼對騎乘舒適性與操控性的影響 177
5-4.3 阻尼器的分類與特性 177
5-4.4 轉嚮阻尼器 181
5-5 摩托車前懸吊係統 183
5-5.1 伸縮直筒式 183
5-5.2 前領連桿式和後拖曳連桿式懸吊係統 188
5-5.3 彈簧叉 193
5-5.4 葛德叉 195
5-5.5 潛望槓桿式懸吊係統 196
5-5.6 雙槓桿式懸吊係統 198
5-5.7 前懸吊係統的重要參數 199
5-6 摩托車後懸吊係統 200
5-6.1 雙避震器後懸吊係統 201
5-6.2 單避震器後懸吊係統 203
5-6.3 單搖臂式後懸吊係統 204
5-6.4 漸進連桿式後懸吊係統 204
5-6.5 平行桿懸吊係統 209
5-6.6 整體式後懸吊係統 211
5-6.7 後懸吊係統的重要參數 212
5-6.8 反後蹲與讓後蹲現象 213
5-7 避震器的調整 219
5-7.1 彈簧預載 219
5-7.2 迴彈阻尼 223
5-7.3 壓縮阻尼 226
5-7.4 避震器阻尼調整步驟 229
5-8 摩托車車架 230
5-8.1 車架材料與截麵形狀 231
5-8.2 車架的種類 232
第六章 摩托車的振動
6-1 基本概念 237
6-1.1 何謂振動 237
6-1.2 簡諧振動 238
6-1.3 衰減振動 240
6-1.4 輪胎的轉動頻率和摩托車的速度 242
6-1.5 人體對振動的反應 243
6-2 簡化模型 246
6-2.1 傾倒 246
6-2.2 擺振 251
6-2.3 迂迴擺動 255
6-2.4 三自由度模型 258
6-3 平麵振動 261
6-3.1 等效前懸吊彈簧剛度與阻尼係數 261
6-3.2 等效後懸吊彈簧剛度與阻尼係數 263
6-3.3 車身的上下振動和俯仰振動 265
6-3.4 四自由度模型 269
6-4 多自由度振動理論基礎 273
6-4.1 自然頻率和模態嚮量 273
6-4.2 用數值方法求振動的時間響應 283
6-4.3 頻率響應函數 286
6-5 多剛體模型 293
6-5.1 引言 293
6-5.2 多剛體模型 297
6-5.3 直綫行駛情形下的振動模態 298
6-5.4 轉彎行駛情形下的振動模態 301
6-6 時域響應 301
第七章 摩托車的操控性及穩定性
7-1 引言 305
7-2 操控性及穩定性所涉及的內容 309
7-2.1 穩態轉彎行駛試驗 310
7-2.2 U形或J形轉彎行駛試驗 321
7-2.3 障礙滑雪式行駛試驗 323
7-2.4 換道行駛試驗 326
7-2.5 迴避障礙行駛試驗 328
7-3 方嚮穩定性及迴正力矩 329
7.4 陀螺力矩與方嚮穩定性 334
7-4.1 橫擺運動産生的陀螺力矩 335
7.4-2 側偏運動産生的陀螺效應 341
7-4.3 龍頭轉嚮産生的陀螺力矩 342
7-5 低轉倒和高轉倒 344
7-6 逆操舵 346
7-7 影響摩托車操控性的參數 347
附錄 351
參考文獻 357
索引 363
《摩托車動力學》這本書,對於我這種喜歡自己動手搞車的愛好者來說,簡直就是一本“神書”。在颱灣,自己動手改裝和維護摩托車是很常見的,但很多時候,大傢都是“照貓畫虎”,看著網上的教程或者聽彆人說,就跟著做,也不知道為什麼這樣做。比如,關於懸掛的調整,大傢都知道有迴彈和壓縮阻尼,但具體該怎麼調,調多少,纔能達到最佳效果,很多人都一頭霧水。這本書,通過對各種力的分析,對懸掛係統在不同工況下的工作原理的闡述,讓我明白瞭,調整懸掛不僅僅是為瞭舒適性,更是為瞭在高速行駛、激烈操控時,保持輪胎的有效接地,從而獲得更好的抓地力和穩定性。它甚至能讓我理解,為什麼有些看似不起眼的調整,卻能對車輛的操控産生如此大的影響。我曾經嘗試著根據書上的原理,對我的老夥計的懸掛進行瞭一些微調,結果真的驚喜不斷。車子在過彎時的循跡性明顯增強,顛簸路麵上的濾震效果也更好瞭。這種自己動手,並且能夠理解其背後原理的成就感,是任何現成的零件都無法比擬的。這本書,讓我不再是一個簡單的“零件更換者”,而是成瞭一個能夠真正理解和駕馭車輛的“機械師”。
评分老實說,拿到《摩托車動力學》這本書的時候,我其實有點擔心它會不會太過於學術化,裏麵的公式和理論會不會讓我望而卻步。畢竟,我平時騎車,更注重的是那種人車閤一的快感,對於復雜的工程學概念,並不是特彆有接觸。但是,當我翻開第一頁,讀下去之後,我發現我的擔心是多餘的。這本書的作者,在講解那些高深的物理概念時,真的非常用心。他沒有直接丟齣一堆公式,而是通過大量的圖示,生動形象的比喻,以及與實際騎行場景相結閤的例子,把那些原本枯燥的理論變得通俗易懂。比如說,他在解釋輪胎的抓地力時,不僅僅是講到瞭摩擦係數,還通過一個非常形象的比喻,讓我理解瞭輪胎橡膠和路麵之間的微觀作用。還有關於重心轉移,他更是結閤瞭急加速、急刹車和過彎時身體的感受,讓我一下子就明白瞭為什麼在不同的駕駛操作下,車輛的姿態會有所不同。在颱灣,很多年輕人剛開始接觸摩托車,可能就是因為覺得方便、帥氣,但對車輛本身的原理知之甚少。這本書,我覺得就像是給這些年輕人的一份“入門指南”,讓他們在享受摩托車帶來的自由和樂趣的同時,也能建立起對車輛更科學、更理性的認識。它能幫助我們理解,為什麼某些駕駛技巧會有效,為什麼車輛在某些情況下會失控,從而提升我們的騎行安全和自信心。
评分讀完《摩托車動力學》,我感覺自己對摩托車的“感覺”上升到瞭“認知”的層麵。以前騎車,很多時候都是憑直覺,感覺車子“有點不對勁”,但說不上來具體是哪裏。這本書,用瞭很多章節來講解“車身動態穩定性”,包括什麼是“轉嚮不足”、“轉嚮過度”,以及它們是如何産生的。我一下子就明白瞭,我曾經在一次雨天騎行中,在急刹車後感覺車身有種“不受控製的滑動”,那種驚險的感覺,其實就是轉嚮幾何和輪胎抓地力瞬間失衡的結果。書中的分析,讓我能夠更清晰地識彆這些情況,並且在以後的騎行中,更懂得如何避免或者應對。在颱灣,我們常說“人車一體”,這本書,就是幫助我們實現“人車一體”的科學指南。它讓我們不僅僅是“騎”在車上,而是真正理解瞭“如何與車同在”,如何通過對車輛動力學的理解,來更好地控製車輛,與車輛一起達到最佳的運動狀態。這種由“感覺”到“認知”的提升,對我來說,是一種巨大的進步。
评分這本書的齣版,簡直是颱灣摩托車界的一股清流!要知道,我們這邊雖然機車隨處可見,但真正深入探討車輛“動力學”的書籍,市麵上真的是鳳毛麟角。很多時候,大傢討論的都是什麼“爆改”、“刷ECU”、“換排氣管”,這些都是比較錶麵的改裝,對於車輛整體的操控性、穩定性的底層邏輯,其實很多人都一知半解。我印象最深刻的一次,是跟幾個車友去跑山。其中一個車友的仿賽車,在連續高速過彎的時候,總會齣現一種莫名的“擺動”,雖然他技術不錯,但每次經過那個彎道都顯得特彆猶豫。當時我們就猜測可能是懸掛太硬瞭,或者輪胎抓地力不夠,但具體是哪個環節齣瞭問題,怎麼調整,大傢都說不齣個所以然。現在想想,如果當時我們對《摩托車動力學》這本書裏的內容有所瞭解,比如關於輪胎的接地麵積、懸掛係統的阻尼係數、車架的剛性分布等等,可能就能更準確地判斷問題所在,甚至提齣有效的解決方案。這本書,就像是一位經驗豐富的技師,或者是一位循循善誘的老師,用嚴謹的科學語言,把摩托車行駛過程中那些復雜而精妙的物理原理,一一呈現在我們麵前。對於那些想要提升騎行技術,或者對車輛性能有更高追求的颱灣騎士來說,這絕對是一本不容錯過的參考書。它不僅僅是關於“怎麼騎”,更是關於“為什麼這樣騎”。
评分這本書的語言風格,我覺得非常適閤颱灣讀者。雖然是講解專業的動力學知識,但作者並沒有使用過於晦澀難懂的術語,而是盡量用大傢都能理解的中文來闡述。我印象最深刻的是,他在講解“空氣動力學”對摩托車性能的影響時,沒有直接去分析風洞數據,而是通過描述騎行時迎麵而來的風阻,以及不同姿態下風對車輛産生的推力,讓我直觀地感受到空氣動力學的重要性。這種貼近實際體驗的講解方式,是我在其他同類書籍中很少看到的。在颱灣,很多人騎車通勤,尤其是在快速道路上,風阻的影響是真實存在的,這本書能夠幫助大傢理解,為什麼速度越快,風阻越大,以及如何通過調整騎行姿態來減小風阻,節省燃油,提升穩定性。我認為,這本書的價值,不僅僅在於它深入的理論知識,更在於它能夠將這些理論知識,轉化為我們 everyday life (日常生活) 中的實際應用,讓我們在享受摩托車帶來的便利和樂趣的同時,也能更深刻地理解它背後的科學原理。
评分我一直覺得,颱灣的機車改裝文化非常活躍,但很多時候,這種活躍是建立在“經驗主義”上的,缺乏科學的理論指導。比如,很多車友在改裝懸掛時,會盲目地追求“硬朗”,覺得越硬越好,但其實,過度僵硬的懸掛,反而會影響輪胎的接地麵積,降低抓地力,甚至導緻車身跳動。這本書,對“輪胎抓地力”的講解,讓我深刻理解瞭,抓地力不僅僅是靠輪胎花紋和橡膠配方,更與輪胎的接地壓力、變形程度息息相關。而這些,又受到懸掛係統、車身重量分布等多種因素的影響。有瞭這本書的指導,我相信很多颱灣的車友,在進行改裝時,會更加理性,更加有針對性,不再是盲目地追求“看起來很酷”的效果,而是真正地去優化車輛的性能,提升騎行的樂趣和安全性。《摩托車動力學》這本書,就像是一個“糾偏器”,能夠幫助大傢從經驗主義的誤區中走齣來,進入一個更科學、更專業的改裝和維護領域。
评分這本書的齣現,對颱灣的摩托車教育和培訓體係,我覺得會産生積極的影響。我們知道,很多摩托車學校或者駕訓班,主要側重於教導學員如何安全地通過考試,如何掌握基本的駕駛技巧,但對於車輛本身的動力學原理,卻很少涉及。這就導緻瞭很多學員在拿到駕照後,對於摩托車的操控,依舊是一知半解。舉個例子,書中關於“轉嚮幾何”的講解,就讓我明白瞭為什麼不同類型的摩托車,在轉嚮時的錶現會如此不同。比如,為什麼街車比仿賽車在低速巷戰時更靈活,而仿賽車在高速過彎時更穩定。如果這些知識能夠被納入到摩托車的教學體係中,我相信我們颱灣的騎行人群,整體的技術水平和安全意識,都會得到一個質的飛躍。我尤其希望,這本書能夠被推廣到更廣泛的摩托車愛好者群體中,讓大傢都能有機會接觸到這些專業的知識。它不是那種一次性閱讀的書籍,更像是一本可以反復查閱的“工具書”,在每一次遇到操控上的疑問時,都能從中找到答案,找到改進的方嚮。
评分哇,看到《摩托車動力學》這本書的封麵,瞬間就勾起瞭我好多年的迴憶。我記得當年剛拿到駕照的時候,對摩托車那種原始的、直接的操控感簡直是著迷。那時候,對車輛的瞭解,除瞭會騎之外,就僅限於換擋、刹車這些基本操作瞭。很多時候,車子一點點不順暢,或者過彎時總覺得哪裏不對勁,但又說不上來,就隻能靠感覺去調整。讀這本書,我第一個念頭就是, endlich (終於) 有一本中文書,能把我這些模糊的感覺給係統化、理論化。颱灣的機車文化真的很盛行,大街小巷都能看到各式各樣的機車,從通勤的速剋達到追求速度的仿賽,再到越野的探險車,簡直是琳琅滿目。但是,真正理解這些車為什麼會這樣設計,它們在行駛時,輪胎、懸掛、發動機,甚至是騎手的身體姿態,是如何協同作用,影響操控的,卻不是那麼容易就能找到答案的。我總是覺得,我們颱灣的機車愛好者,很多時候都停留在“會騎”的層麵,對於更深層次的“懂騎”還有很大的提升空間。這本書的齣現,對我來說,就像是打開瞭一扇新的大門,讓我看到瞭摩托車背後的科學原理,不再是憑空想象,而是有根有據。尤其是對於那些喜歡改裝、追求性能的騎士來說,這本書簡直就是一本寶典,能夠幫助他們更科學地進行調校,避免走彎路,甚至能激發他們對車輛設計産生更深的興趣。我一直相信,瞭解得越多,騎行就越安全,也越能享受到騎行的樂趣。這本書的內容,即使隻是略微涉獵,也能讓人在每一次騎行中,多一份理解,少一份盲目。
评分我一直認為,颱灣的機車文化,需要更多像《摩托車動力學》這樣的深度內容來支撐。我們有最熱情的騎行人群,有最豐富的機車類型,但往往在技術和理論層麵的探討,卻顯得有些不足。很多車友,在享受速度與激情的同時,對車輛的物理原理缺乏深入的理解,這在很大程度上限製瞭他們對騎行極限的突破,也增加瞭潛在的風險。這本書,就像是一座橋梁,連接瞭我們日常的騎行體驗和背後的科學原理。我讀到其中關於“車身傾角”和“離心力”的章節時,真的豁然開朗。以前過彎,很多時候都是憑經驗感覺,不知道什麼時候該傾多少,為什麼會産生離心力,以及如何通過身體的配閤來抵消它。這本書,用清晰的圖解和嚴謹的數學模型,讓我明白瞭其中的奧秘。當我理解瞭這些,再去做過彎的動作時,感覺就不一樣瞭。不再是盲目地去“甩”車,而是有意識地去控製身體和車身的配閤,去感受輪胎與地麵的摩擦,去體會車輛的動態平衡。這種理解的提升,不僅僅是騎行技巧的進步,更是對安全性的巨大保障。我可以說,這本書,讓我在每次騎行時,都多瞭一份“心裏有數”的從容。
评分這本書的價值,對我這種老一輩的摩托車愛好者來說,更是難以言喻。我記得我年輕的時候,那時候颱灣的機車技術遠沒有現在這麼發達,很多東西都是靠經驗積纍,靠口耳相傳。比如,怎麼調整懸掛,纔能讓車子在濕滑路麵上更穩定,很多時候都是憑感覺,甚至聽彆人的“秘訣”。那時候,也沒有什麼專業書籍會去深入講解這些。我曾經有一輛車,每次過減速帶的時候,車尾都會有一種難以控製的“彈跳感”,特彆影響舒適性,也讓人不安心。當時問瞭好多技師,都隻是說是“避震器老化”,讓我換新的。但書上關於阻尼、彈簧預載的講解,讓我明白瞭,也許不是簡單地換個避震器就能解決問題,而是需要根據車輛的重量、路況,甚至是我的騎行習慣,去進行更精細的調整。這本書,就像是在我腦海裏建立起瞭一個關於摩托車動力學的知識體係,把過去那些零散的、憑感覺積纍的經驗,都串聯瞭起來。讓我更能理解,為什麼同樣是過減速帶,有的車會平穩駛過,有的車就會“顛簸”。這種理論上的突破,對我來說,不僅僅是知識的增長,更是對騎行樂趣的一種升華。我能夠更自信地去感知車輛的變化,也更能理解技師的操作,甚至能和他們進行更有建設性的交流。
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