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可编辑修改精选全文完整版车辆系统动力学车辆系统动力学是一门涉及汽车系统的动力性研究的学科，旨在分析和模拟汽车的动力性能。
它是由应用力学和流体力学原理来研究动态特性，从而为汽车开发工程人员提供关键性信息和支持，以实现车辆系统的有效运行。
车辆系统动力学的研究分为两个主要方面:静动力学和结构动力学。
静动力学是研究汽车静力学和动力学系统，以及它们之间的相互作用。
静动力学的研究内容包括汽车的刚性构件的静力学计算，汽车转矩和加速度的动态测定，车辆悬架系统的构造、测量和控制，动力性能的行驶特性测定，以及汽车的操纵和漂移特性的研究。
结构动力学包括研究汽车结构，如悬架、底盘和发动机，以及这些系统的动态特性测定。
车辆系统动力学的研究可以分为三个主要领域：实验动力学、分析动力学和仿真动力学。
实验动力学主要负责试验机械结构以及机械系统的动力特性测定。
它可以分析出机械系统的动力特性，以及机械系统和动力学分析模型之间的关系。
分析动力学是通过数学分析的方法，计算和分析汽车的动力特性。
仿真动力学则使用计算机模拟技术，模拟汽车在不同行驶条件下的性能，并进行动力学和控制分析。
车辆系统动力学是一个复杂的研究领域，需要广泛的原理、理论和技术来支持。
它为车辆开发工程人员提供关键的研究信息，以便更好地了解汽车的动力性能，从而更好地解决汽车发动机、悬架和底盘等系统的限制问题，实现更低排放、更安全的汽车运行。
车辆系统动力学的研究目标是提高汽车的动力性能：提高燃油经济性、排放控制效果，降低汽车维护成本，延长汽车使用寿命，减少汽车故障发生率，并提高汽车在不同地形环境下的行驶质量。
未来，随着新技术的发展，车辆系统动力学的研究将不断进步，为汽车的改进和开发提供可靠的技术支持。
从而，车辆系统动力学是一门跨学科领域的非常重要的研究领域，它不仅涉及传统的汽车工程学科，还涉及力学、控制、物理、流体、电子、计算机等学科，是一门复杂而又有应用前景的学科。
因此，车辆系统动力学是汽车研发、维护和诊断的重要基础，也是汽车系统安全、经济、高效运行的关键。
绪篇概论和基础理论本篇首先介绍：1．车辆动力学的发展历史；2．车辆动力学理论对实际车辆设计所作的贡献；3．车辆动力学的研究内容和范围及其未来的发展趋势；4．介绍车辆动力学模型建立的基础理论和方法。
第一章车辆动力学概述§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。
有关车辆行驶振动分析的理论研究，最早可追溯到100年前。
事实上，直到20世纪20年代，人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解；到20世纪30年代，英国的Lanchester（兰切斯特）、美国的Olley（奥利尔）、法国的Broulhiet（勃劳希特）开始了车辆独立悬架的研究，并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。
开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。
同时，人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。
1．首先要肯定Frederick （费雷德里克）W．Lanchester对这门学科的早期发展所做的贡献。
在他所处的时代，尽管缺乏成熟的理论，但作为当时最杰出的工程师，他对车辆设计的见解不但敏锐，而且深刻。
即使在今天，Lanchester的思想仍有一定的借鉴意义。
2．对本学科发展有卓越贡献的人物是Maurice （莫里斯）Olley，他率先系统地提出了操纵动力学分析理论。
3．Olley这样总结了20世纪30年代早期的车辆设计状况：“那时，已经零星出现了一些尝试性的方法，其目的在于提高车辆的行驶性能，但实际上却几乎没有什么作用。
坐在后座的乘客仍然象压载物一般，被施加在后轮后上方的位置。
人们对车辆转向不稳定的表现已习以为常，而装有前制动器的前桥摆振几乎成为了汽车驾驶中的必然现象。
工程师使所有的单个部件都制作得精致完好，但将它们组装成整车时，却很少能得到令人满意的性能。
”就在这个时期，人们对行驶平顺性和操纵稳定性之间的重要协调关系开始有所认识。
但对车辆性能的评价，仍主要凭经验而非数学计算。
1932年，Olley在美国凯迪拉克(Cadillac)公司建立了著名的“K2”试验台(一个具有前、后活动质量的车架)，来研究前后悬架匹配及轴距对前后轮相位差的影响。
车辆系统动力学车辆动力学是在车辆行驶过程中探究车辆运动特性的一门学科，也是车辆系统研究的一个重要组成部分，它关注车辆行驶过程中各个动力学系统中涉及到的物理参数，力学参数和物理特性，以及车辆性能参数和行驶特性。
车辆动力学是一种以力学为基础的，研究车辆行驶过程中的动力特性的学科。
车辆动力学的研究内容主要包括：静态动力学特性，动态动力学特性，变速动力学特性，悬架振动特性，液压控制特性。
静态动力学特性是指车辆停止时的运动特性，它主要研究车辆不发动时的驱动系统构造、系统摩擦、悬架结构的摩擦应力的可利用性，及车辆的静态平衡性能等；动态动力学特性是指车辆发动时的运动特性，它主要研究车辆随时间变化的动力学性能，以及车辆发动时的主要性能指标，如最大加速、最大制动和转弯半径等；变速动力学特性是指车辆使用变速器时的动力学性能，它主要研究车辆随变速器调节参数变化而变化的动态性能，如操纵时的反馈及转向特性等；悬架振动特性是指车辆悬架系统的振动特性，它主要研究车辆行驶时系统的振动参数，如振动加速度和速度，以及悬架系统的不同模式。
液压控制特性是指车辆使用液压悬架系统时的动力学特性，它主要研究车辆行驶时系统的液压支撑力，以及液压悬架系统的不同调节参数。
车辆动力学是一门研究车辆行驶过程中运动特性和动力特性的学科，它将力学，动力学，机械，电子，控制等科学理论应用于车辆研究，发挥着科学研究和车辆设计中的重要作用。
目前，随着汽车技术的发展和安全性能的提高，车辆动力学研究也被越来越多地应用在车辆设计中，它也成为车辆设计中不可缺少的一个复杂的系统科学。
国内外学者利用计算机仿真，理论分析，实验验证，等方法对车辆动力学性能进行研究，为汽车性能的改善和可靠性的提升提供了重要的技术支撑。
以车辆动力学性能为准则，建立合理的汽车设计及调校方法，以达到车辆的最佳性能和最大限度安全等目标，是当今车辆系统性能改善及汽车安全设计的重要途径。
总之，车辆动力学是车辆系统研究的一个重要科学研究领域，它研究车辆行驶过程中的动力学特性，为车辆系统设计及汽车安全性能改善提供了重要的技术支持，也是车辆系统研究中不可缺少的一个复杂系统科学。
《装甲车辆动力系统新技术与创新》课程教学大纲课程代码：020732002课程英文名称：Armored V ehicles Power Source New-technology and Innovation课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0适用专业：装甲车辆工程大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是装甲车辆工程专业的一门专业基础选修课。
在《轮式装甲车辆系统概论》专业基础选修课修完后，通过本课程的学习，使学生深入掌握轮式装甲车辆动力系统先进技术知识及其创新的设计能力。
为学生完成《轮式装甲车辆构造》、《轮式装甲车辆理论》、《轮式装甲车辆设计》等后继专业课程的学习提供更充分的知识。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1. 了解轮式装甲车辆动力技术系统的发展2. 掌握轮式装甲车辆动力系统当前先进的主流技术3. 了解轮式装甲车辆动力技术系统未来发展趋势（三）实施说明教学方法：课堂讲授中要对基本原理、基本工程技术和基本概念进行重点讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析和解决问题的能力；安排小组交流与讨论课，调动学生学习的主观能动性、特别地培养学生的创新能力。
教学手段：教学中采用多媒体教学系统、实物认知实习等多种教学手段，做到理论分析与实际工程结构相结合，增强学生对有关内容的理解，以确保在有限的学时内，全面、高效地完成课程教学任务。
（四）对先修课的要求在学习本课程之前，应修完《工程制图A2》、《理论力学B》、《机械设计A1》及《轮式装甲车辆系统概论》等课程，并达到相关课程的基本要求。
（五）对习题课、实验及创新环节的要求安排一定的习题练习，并以讲解、讨论相结合的方式进行；引导学生对所学内容的基本概念、基本原理和基本方法有更加深入的了解；结合课程的内容和重点、难点，有针对性的布置作业、或有关工程实际的思考题以激发学生的创造性。
（六）课程考核方式1. 考核方式：考查2. 考核目标：重点考核学生对轮式装甲车辆动力系统先进技术的原理方案分析、设计及其创造能力。
汽车动力学教学课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习汽车动力学的基本原理和概念，使学生能够理解并应用牛顿运动定律和动力学方程来分析汽车的运动和受力情况。
通过学习，学生将能够掌握汽车动力学的核心知识，包括加速度、速度、力和功等概念，并能够运用这些知识解决实际问题。
此外，学生还将通过实验和实践活动，培养观察、思考和解决问题的能力，提高科学思维和创新能力。
通过本课程的学习，学生将能够对汽车动力学有更深入的理解，并将其应用于日常生活和未来的学习或工作中。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括汽车动力学的基本原理和概念，以及相关的物理知识。
具体包括牛顿运动定律、动力学方程、加速度、速度、力和功等概念的讲解和应用。
此外，还包括实验和实践活动，如汽车运动轨迹的观察和分析，汽车受力情况的实验等。
教学内容将根据学生的学习情况和理解能力进行适当的调整和安排。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
讲授法主要用于讲解基本原理和概念，使学生能够理解和掌握。
讨论法用于引导学生进行思考和讨论，培养学生的批判性思维和创新能力。
案例分析法用于分析实际问题，使学生能够将理论知识应用于实践。
实验法用于进行实践活动，使学生能够亲身体验和理解汽车动力学的原理和应用。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，将选择和准备适当的教学资源。
包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
教材将作为学生学习的主要资源，提供系统的知识体系和案例分析。
参考书将提供更多的学习资料和实例，帮助学生深入理解和应用知识。
多媒体资料将通过图像、视频等形式，使学生能够更直观地理解和感受汽车动力学的原理和应用。
实验设备将用于进行实践活动，使学生能够亲身体验和理解汽车动力学的原理和应用。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业和考试等几个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。
车辆动力学课程设计一、教学目标本课程旨在帮助学生掌握车辆动力学的基本原理和概念，培养他们分析和解决车辆动力学相关问题的能力。
通过本课程的学习，学生将能够了解车辆的动力学特性，掌握车辆运动规律和受力分析方法，以及运用相关知识解决实际问题。
1.掌握车辆动力学的基本原理和概念；2.了解车辆的运动规律和受力分析方法；3.熟悉车辆动力学中的相关公式和计算方法。
4.能够运用车辆动力学知识分析和解决实际问题；5.具备进行车辆动力学实验的能力；6.掌握车辆动力学相关的计算和分析方法。
情感态度价值观目标：1.培养对车辆动力学的兴趣和好奇心；2.培养学生的团队合作意识和沟通能力；3.培养学生的创新思维和解决问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括车辆动力学的基本原理、车辆的运动规律、受力分析方法以及相关计算和实验。
具体包括以下几个方面：1.车辆动力学的基本原理：介绍车辆动力学的定义、研究对象和内容，理解车辆动力学的特点和重要性。
2.车辆的运动规律：学习车辆的运动方程、速度和加速度的计算方法，掌握车辆的运动特性和变化规律。
3.受力分析方法：分析车辆在不同工况下的受力情况，学习车辆的牵引力、制动力和侧向力的计算方法。
4.相关计算和实验：学习车辆动力学中的相关计算公式，进行实例计算；同时进行车辆动力学实验，观察和分析实验结果。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括以下几种方法：1.讲授法：通过教师的讲解，系统地传授车辆动力学的基本原理和概念，引导学生理解和掌握相关知识。
2.讨论法：学生进行小组讨论，鼓励学生提出问题、分享观点，培养学生的思考能力和团队合作意识。
3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生将理论知识应用到实际问题中，提高学生的问题解决能力。
4.实验法：进行车辆动力学实验，让学生亲身体验和观察车辆的动力学现象，培养学生的实验技能和观察分析能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选择一本合适的车辆动力学教材，作为学生学习的主要参考资料。
车辆系统动力学
1 车辆系统动力学
车辆系统动力学是一门关于车辆系统的动态行为的学科，研究的
对象是具有轮式载具的制动，转向，坡曲，悬挂和其他因素的车辆系统。
它结合了力学，控制技术，计算机，基础交通理论等多种技术，
以便获得可靠的车辆系统动力学分析。
有时，车辆系统动力学也作为汽车动力学或汽车动力学的代表性
学科而被引用，因为它涉及了汽车的空间方向性行为，特别是涉及汽
车在坡道，悬挂，转弯，刹车等特定情况下表现出来的行为，也更多
地涉及牵引力，阻力和悬挂参数研究方面的工作。
研究人员利用数学模型模拟车辆行驶时外界力对车辆运动产生的
影响。
车辆行驶过程中受有多种力的影响，包括重力作用，悬挂受力，地形受力，波动荷载，操作荷载等，根据不同的外界力的组合分析出
车辆行驶时的偏航角，离地高度或悬挂角等振动量度，以减小其对车
辆稳定性的不利影响。
车辆系统动力学的分析计算可以帮助设计出符合对车辆行驶稳定
性有较高要求的汽车，例如减少偏航或调整悬挂设计，提高车辆行驶
稳定性，从而确保乘员、车辆和财产安全。
车辆系统动力学是一门复杂的学科，并且在实际应用中需要考虑
众多因素，及时调整设计技术，以更好地利用实际条件。
只有对车辆
整体运动性能及全面的分析评估，车辆系统动力学才能发挥作用，帮助设计出能够满足实际要求的车辆系统。
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《车辆系统动力学》教学大纲
Primary theories of Vehicle system dynamics
课程编号：
适用专业：铁道机车车辆 课程层次及学位课否：必修课
总学时： 32 学分数：2
执笔者：任尊松 金新灿
一、课程性质和任务
本课程主要面向本科三年级学生开设，其目的是让学生从动力学角度了解、掌握铁道车
辆动力学基本理论和准则。
由于车辆的运行性能主要决定于悬挂装置中诸如弹簧和各种弹簧元件、减振器、弹簧
支承以及各种拉杆、定位装置等的结构型式的选择是否合理，设计参数是否选用恰当；因此，
本课程将围绕采取哪些措施来提高或获得车辆系统优良的动力学性能来讲解。
二、内容简介和学时分配
第一章 概论（2课时）
§1-1 研究内容和目的（20分钟）
§1-2 车辆动力学研究与实践（30分钟）
§1-3 铁路发展趋势（15分钟）
§1-4 我国铁路高速技术发展（20分钟）
§1-5 铁道部技术引进与动车组（15分钟）
重点：铁道车辆动力学研究目的和世界轮轨铁路发展趋势
第二章 世界轮轨高速（2课时）
§2-1 世界轮轨高速铁路（40分钟）
§2-2 高速列车十大关键技术（60分钟）
重点：高速列车的高性能转向架技术、牵引与制动技术、轻量化技术等
难点：自动控制监测与诊断技术
第三章 车辆动力性能与评判标准（2课时）
§3-1 车辆运行安全性及其评估标准（50分钟）
§3-2 车辆运行品质及其评估标准（50分钟）
重点：GB5599-1985中关于脱轨系数、减载率、轮轨横向力等安全性指标和舒适性指标的限
定标准。
难点：脱轨系数、减载率求解公式推导。
第四章 车辆系统动力学结构模型（2课时）
§4-1 车辆系统基本结构（25分钟）
§4-2 车辆系统振动自由度（35分钟）
§4-3 车辆系统数学模型（40分钟）
重点：车辆定距、轴距、车轮名义半径、车轮踏面、轮缘等基本概念和车辆运动自由度定义。
第五章 轮轨踏面设计与接触几何关系（2课时）
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§5-1 轮对结构对车辆系统动力学性能影响（10分钟）
§5-2 车轮踏面认识（20分钟）
§5-3 空间轮轨接触几何关系（40分钟）
§5-4 道岔区轮轨接触几何关系（30分钟）
重点：车辆动力学性能对车轮踏面设计要求。
难点：锥形踏面和磨耗型踏面在轮轨匹配之间的差异。
第六章 轮轨蠕滑与轮轨作用力（2课时）
§6-1 坐标系统及变换关系（40分钟）
1） 四个轮轨坐标系统
2） 设置四个轮轨坐标系统的目的
3） 四个轮轨坐标系统之间的变换关系
§6-2轮轨滚动接触理论（60分钟）
1) 轮轨蠕滑与蠕滑现象；
2) 赫兹接触理论与轮轨蠕滑率定义；
3) 蠕滑系数相关理论（Carter理论、Johnson-Vermeulen理论、Kalker线性理论、Kalker
非线性理论）
4) 轮轨蠕滑力定义与求解方法。
5) 非线性蠕滑力的近似计算
重点：轮轨蠕滑现象与轮轨蠕滑力求解思路
难点：轮轨蠕滑理论
第七章 轴箱定位与中央悬挂（3课时） 本章是本课程的重点内容之一，需要重点讲授，
涉及的内容主要有以下三个方面：
§7-1 轴箱定位型式；
1) 车辆动力学对轴箱定位刚度要求（弹性定位）、定位目的（临界速度、稳定性、曲
线通过以及轮轨磨耗问题）以及制造成本和检修对轴箱定位的要求等；
2) 轴箱悬挂主要部件；
3) 重点介绍目前铁道车辆采用的各种定位型式（干摩擦导柱式、拉板式、橡胶堆式、
转臂式等）以及各自的部件组成、优缺点和应用车型。
§7-2 中央悬挂
1) 重点介绍中央悬挂装置分类以及各自的优缺点；
2) 讲述中央悬挂装置主要部件；
3) 介绍中央悬挂主要的弹簧与减振器及其功能；
4) 比较普通客车、准高速列车和高速列车在轴箱定位（悬挂）和中央悬挂之间的差异，
让学生掌握随着运行速度的提高，列车在轴箱悬挂和中央悬挂方面的变化趋势，并
使其理解高速列车设计中轴箱定位和中央悬挂应采取的合理形式。
§7-3 高速动车组轴箱定位与中央悬挂（涉及铁道部技术引进动车组）
1) 介绍四方高速动车组在轴箱定位和中央悬挂方面的特点；
2) 介绍长客高速动车组在轴箱定位和中央悬挂方面的特点；
3) 介绍青岛BSP高速动车组在轴箱定位和中央悬挂方面的特点；
重点：轴箱定位型式、中央悬挂装置。
难点：普通客车、准高速客车以及高速客车在轴箱定位型式和中央悬挂之间差异。
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第八章 车辆悬挂装置与悬挂力（3课时）
本章是本门课程的另一个重点，主要介绍悬挂装置设计要求、橡胶元件、空气弹簧和减
振器类型，最后简单介绍动力学计算时这些悬挂力如何描述。
§8-1 车辆悬挂装置（45分钟）
1) 以209T转向架为例，介绍转向架垂向力传递顺序
2) 重点讲解悬挂装置种类、作用以及他们对于保证车辆运行的平稳性和安全性具有的
重要意义、悬挂装置设计优选需要考虑的主要因素等。
3) 讲述弹簧装置静挠度确定基本原则、方法和限制条件
§8-2 橡胶元件与空气弹簧（45分钟）
1) 讲述橡胶元件应用目的和状况，橡胶元件优缺点及其特殊性能、设计原则、动静刚
度特性等
2) 讲述空气弹簧的主要功能、铁道车辆采用空气弹簧的优点、空气弹簧刚度决定因素
等内容。
§8-3 减振器（30分钟）
1) 重点讲述减振器元件的作用（作用力总是与运动的方向相反起着阻止振动的作用，
有变机械能为热能的功能，减振性能受减振阻力的方式和数值的影响）
2) 介绍减振器元件的分类（按阻力特性分类和结构分类）
3) 简要介绍液压减振器工作原理、客货车减振器选型原则、以及减振器特性曲线
§8-4 车辆悬挂力（15分钟）
重点：悬挂装置设计优选需要考虑的主要因素、橡胶元件和空气弹簧的优、缺点。
第九章 轨道不平顺（2课时）
本章学习的目的是为了让学生理解，铁道线路存在多种不平顺，这种不平顺在列车运行
时将形成轨道激扰，使得轮轨系统产生振动，从而影响列车运行的安全性和乘坐舒适性。在
车辆设计时必须考虑轨道激扰对列车系统的影响。
§9-1 轨道不平顺形式 （45分钟）
§9-2 轨道随机不平顺描述方式 （25分钟）
§9-3 国内外轨道不平顺功率谱（20分钟）
重点：轨道不平顺形式及描述方式
第十章 车辆运动稳定性与参数优选（2课时）
本章内容主要涉及车辆稳定性概念和悬挂参数对系统动力学性能影响特性。
§10-1 蛇行运动与自激振动
§10-2 自由轮对的蛇行运动
§10-3 系统参数对临界速度的影响
第十一章 货车转向架结构及动力学模型（2课时）
§11-1 货车转向架结构
本节主要介绍转8AG、转8G型、K1 型、转K2、转K6型、转K4 型、转K5 型、转
K3 型等转向架在结构方面共同特点与差异，从动力学角度讲授各型转向架构造与振动原
理。
§11-2 交叉支撑装置
本节重点讲授交叉支撑装置的结构特点、作用以及在车辆运行过程中的受力状态。
§11-3 货车动力学模型建立
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从分析货车主要结构出发，介绍常规货车系统动力学模型建立方法，重点讲授各种弹
簧力、摩擦力、摩擦力矩等力的求解方式。
重点：货车转向架结构及运动原理
难点：货车动力学模型
第十二章 动力学仿真在高速客车转向架设计中的应用（2课时）
§12-1 高速客车转向架设计要求（20分钟）
§12-2 转向架设计中仿真计算种类（50分钟）
§12-3 实际设计中的计算实例（30分钟）
重点：仿真计算种类
第十三章 摆式列车基本（2课时）
§13-1 概述（30分钟）
主要讲述国外目前相对成熟的几种高速摆式列车情况，这些摆式列车主要有瑞典
X2000、法国TGV Atlantique、意大利ETR460 动力分散电动摆式动车组等。
§13-2 摆式列车提速能力（35分钟）
§13-3 摆式动车组关键技术（35分钟）
重点：摆式列车提速能力与关键技术
第十四章 磁悬浮列车（2课时）
§14-1 磁悬浮列车基本概念（20分钟）
§14-2 磁悬浮列车发展概况（20分钟）
§14-3 上海磁悬浮列车（20分钟）
§14-4 磁悬浮列车工作原理（20分钟）
§14-5 磁悬浮列车动力学（20分钟）
1） 轮轨列车动力学模型
2） 磁悬浮列车动力学模型
重点：磁悬浮列车工作原理
三、课程教学安排
本课程采用多媒体方式、以课堂讲授为主。课后有适量作业，其目的是让学生能够从
总体上理解车辆各主要部件和结构对动力学性能的影响特性
四、
课程考核方式
上课出勤占10%，平时作业20%, 期末考试70%。
五、主要参考书
1. 教师自编资料
2. 车辆系统动力学 王福天 中国铁道出版社
3. 车辆-轨道耦合动力学 翟婉明 中国铁道出版社
