1.1　历史回顾

车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科，最早关于车辆行驶振动分析的理论研究可追溯到1900年。事实上，车辆动力学是在20世纪初随着车辆性能要求特别是行驶速度的提高而逐步形成并被世人所承认的。当时，汽车工业界的主要注意力放在新结构的应用和发明上，以便设计出速度更快、乘坐更舒适、使用更可靠的车辆。从图1-1所示的典型轿车最高车速可以看出，这一时期机动车的行驶速度上升很快。

图1-1　早期典型轿车的最高车速

到20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题开始有一些初步了解，并开始出现有关转向和悬架方面的文章。英国的F.W.Lanchester是最先撰写车辆动力学论文的工程师之一。在一篇1908年的论文中，他注意到如果作用在驾驶员手上的离心力使得转向角变大，则带有拖车的汽车在转向时出现“过多转向”。在30年代，Lanchester、美国的M.Olley和法国的G.Broulhiet开始研究独立悬架，分析转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响，并且注意到转向轮摆振现象。当时，追求独立悬架设计的部分动机是试图克服与前桥设计相关的周期性摆振，虽然今天看来前桥转向系统的设计实际上直接影响着行驶动力学和操纵动力学两个方面。

然而，正如L.Segel在1990年所描述的那样，早期对转向特性和摆振问题的理解因缺乏轮胎力学知识而受到限制。Olley对这一时期的汽车工程界状况这样回忆：“那时，为了让汽车行驶得平稳些，已经零星出现了一些尝试性的方法，但实际上却几乎没有什么作用。坐在后排的人就像压舱物一样守在后轮的后上方。转向经常不稳定，而前桥连同前轮制动器发生摆振几乎成为必然。虽然工程师们将所有的单个部件都制作得精制完好，但用它们组装成整车时却很少能得到令人满意的性能。”

1931年，建成了一台作为测试装置的轮胎测功机，用来测试充气轮胎的机械性能。直到那时，Lanchester、Olley、Riechert以及Schunk、Rocard和Segel等工程师们才给出汽车转向性能的力学解释，也只有在Gough等人为轮胎特性提供较为全面的认识之后，Olley、Milliken、Segel和Whitcomb等人才可能在50年代对操纵稳定性进行定性的处理分析。

在30年代末之后的20年中，车辆动力学进展甚微。进入50年代，可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域（即侧向加速度约小于0.3g）理论体系。到50年代中期，一套较为完整的关于操纵和转向的基础理论体系得以形成，其标志是1956年发生的一个“历史性事件”，W.F.Milliken将它称作车辆动力学发展过程中的一个分水岭，并在他的书中对此事件作了详细记载。当时，机械工程师学会（I.Mech.E）在伦敦组织了一个会议，主题是关于汽车稳定性和控制及轮胎性能的研究。直到今天，人们都还认为，从车辆动力学角度来看这次会议的论文极有创意，而且至今仍然被广泛引用和参考。

在1993年关于车辆舒适性和操纵稳定性的机械工程师学会会议上，Segel发表了重要演讲，它可能是迄今为止关于车辆动力学发展的最好的综述。Segel本人在1950～1990年间对车辆动力学的研究做出了重大贡献。那篇文章中他以自己深刻的理解回顾了这门学科的发展，并将本门学科的早期成就划分为3个阶段，见表1-1。

表1-1　根据Segel提出的阶段划分对车辆动力学早期成就的总结

50年代之后的几十年，汽车制造商们意识到行驶平顺性和操纵稳定性在车辆产品竞争中的重要作用，因而车辆动力学得以迅速发展。在试验方面，车辆行驶振动分析仪、路面测量、转向信号传感装置、移线、J转向等试验方法与测试技术日趋完善。人们对非线性操纵响应的理解也愈加深入，从而使操纵动力学的研究逐渐向大侧向加速度、非线性作用域分析的方向发展。

汽车工业经过100多年的发展已经取得了长足的进步，而车辆动力学在经过80多年的发展之后在理论和实践中都取得了很大成就。今天，功能强大的计算机软件可求解多至几百个自由度的复杂车辆模型。另外从研究手段上来看，不仅有纯软件仿真，还有分析结果更加准确可信的硬件在环仿真。但同时也应看到，不管理论研究和仿真分析发展到怎样的一个高度，事实上没有一个汽车制造商会完全用理论分析和研究取代自己详尽的车辆开发过程。在实际新车型的设计开发中，主要仍依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍，说明了车辆开发离不开实际测试和主观评价。另外，不同国家和地区的用户对行驶平顺性和操纵稳定性之间的协调关系有着不同的观点，这从另外一个侧面反映了主观评价的重要性。同时也应看到，和以前任何时候相比，车辆动力学在车辆设计和开发中都起着更为重要的作用。