汽车动力学与控制

第1 章 汽车动力学与控制概论 1

1.1 本章概述 1

1.2 汽车动力学一般问题简述 1

1.3 汽车动力学发展历程 3

1.4 汽车底盘动力学典型控制技术概述 6

1.4.1 轮胎动力学概述 6

1.4.2 制动动力学概述 7

1.4.3 驱动动力学概述 8

1.4.4 转向动力学概述 11

1.4.5 垂向动力学概述 13

1.5 智能汽车动力学控制发展趋势概述 15

1.5.1 高级驾驶辅助系统概述 16

1.5.2 智能汽车域控制器前景展望 20

1.6 汽车动力学评价与试验方法概述 23

1.6.1 动态性能主观评价方法与试验 23

1.6.2 动态性能客观评价方法与试验 24

1.6.3 智能安全系统评价方法 27

1.6.4 KC 性能与工程化分析方法 28

1.7 本章小结 32

参考文献 32

第2 章 汽车动力学建模与分析 40

2.1 本章概述 40

2.2 轮胎模型 40

2.2.1 轮胎坐标系与主要参数 41

2.2.2 线性化模型 45

2.2.3 半经验模型 46

2.2.4 中高频动态模型 55

2.2.5 模态参数模型 61

2.2.6 轮胎模型示例 62

2.3 驾驶员模型 64

2.3.1 单点预瞄转向操纵模型 66

2.3.2 多点预瞄转向操纵模型 68

2.3.3 多目标综合优化模型 70

2.3.4 预瞄时间自适应模型 70

2.3.5 神经网络转向操纵模型 72

2.3.6 智能驾驶跟驰模型 74

2.4 整车动力学建模 76

2.4.1 广义拉格朗日方程理论 76

2.4.2 单自由度模型 77

2.4.3 二自由度模型 80

2.4.4 三自由度模型 85

2.4.5 七自由度模型 91

2.4.6 十五自由度模型 93

2.4.7 ADAMS 车辆多体动力学建模 103

2.4.8 Carsim 环境下的车辆建模 108

2.4.9 Simulink 环境下的车辆建模 112

2.4.10 Simulink 车辆模型仿真样例 113

2.5 本章小结 117

参考文献 118

第3 章 汽车动力学全局状态观测 121

3.1 本章概述 121

3.2 集成观测架构 121

3.3 轮胎力解算 124

3.3.1 驱动/制动力矩估算 124

3.3.2 轮胎垂向力估算 126

3.3.3 轮胎纵向力观测 128

3.3.4 轮胎横向力观测 129

3.4 整车运动姿态观测 130

3.4.1 参考车速观测 130

3.4.2 车身侧偏角观测 138

3.4.3 车身侧倾角观测 147

3.5 道路信息观测 151

3.5.1 基于轮胎动力学的轮胎-路面附着观测 151

3.5.2 基于转向动力学的整车附着观测 152

3.5.3 道路纵坡估计 156

3.5.4 道路侧坡估计 162

3.6 试验验证 165

3.6.1 试验设备介绍 165

3.6.2 轮胎力估算验证 167

3.6.3 整车运动姿态观测验证 171

3.6.4 道路信息观测验证 173

3.7 本章小结 176

参考文献 176

第4 章 汽车主动安全控制技术 179

4.1 本章概述 179

4.2 制动动力学与制动防抱死控制 179

4.2.1 ABS 基本工作原理与控制目标 179

4.2.2 ABS 液压制动系统工作原理 180

4.2.3 ABS 逻辑门限控制算法 181

4.2.4 试验测试分析 182

4.3 驱动动力学与驱动防滑控制 186

4.3.1 TCS 基本原理与控制目标 186

4.3.2 TCS 调控方式 187

4.3.3 TCS 控制算法 189

4.3.4 试验测试分析 202

4.4 汽车转向助力系统与主动转向控制系统 211

4.4.1 电动助力转向概述 211

4.4.2 电动助力转向控制算法 214

4.4.3 主动转向控制算法 219

4.5 汽车操纵稳定性与防侧翻控制 223

4.5.1 ESC 系统组成和工作原理 223

4.5.2 ESC 控制算法 223

4.5.3 操纵稳定性与防侧翻集成控制算法 236

4.5.4 道路试验分析 244

4.6 垂向动力学与悬架电子控制系统 247

4.6.1 垂向动力学分析 247

4.6.2 主动悬架控制算法 248

4.6.3 仿真试验验证 251

4.7 本章小结 252

参考文献 252

第5 章 高级驾驶员辅助控制技术 256

5.1 本章概述 256

5.2 自动紧急制动系统 256

5.2.1 本节概述 256

5.2.2 系统框架 257

5.2.3 算法逻辑 257

5.3 自适应巡航控制系统 261

5.3.1 本节概述 261

5.3.2 系统框架 262

5.3.3 算法逻辑 262

5.4 车道保持系统 267

5.4.1 本节概述 267

5.4.2 系统框架 267

5.4.3 算法逻辑 267

5.5 主动变道控制系统 276

5.5.1 本节概述 276

5.5.2 系统框架 278

5.5.3 Frenét 坐标系 278

5.5.4 算法逻辑 279

5.6 主动跟踪控制系统 290

5.7 硬件在环仿真测试 290

5.7.1 测试台架 290

5.7.2 测试用例 292

5.7.3 测试结果 293

5.8 本章小结 294

参考文献 294

第6 章 智能车底盘域控与线控 300

6.1 本章概述 300

6.2 智能汽车底盘发展概况 300

6.2.1 早期底盘电子控制系统 300

6.2.2 线控底盘技术 300

6.2.3 底盘集成控制 301

6.3 智能汽车线控底盘 301

6.3.1 线控驱动系统 301

6.3.2 线控转向系统 302

6.3.3 线控制动系统 328

6.3.4 全矢量线控底盘 361

6.4 系统动力学集成与域控制 363

6.4.1 底盘集成控制发展现状 364

6.4.2 底盘域控制器的研究意义 367

6.4.3 底盘域软件架构 367

6.4.4 底盘域控制器硬件架构 370

6.4.5 底盘域信息流架构 371

6.5 本章小结 379

参考文献 379

第7 章 汽车动力学测试技术 383

7.1 本章概述 383

7.2 汽车动力学测试规范 383

7.3 汽车动力学测试用设备与试验条件 384

7.4 汽车动力学测试流程与方法 385

7.4.1 稳态回转试验 386

7.4.2 角阶跃试验 387

7.4.3 双移线试验 388

7.4.4 静态驻车制动性能试验 390

7.4.5 动态空载低附着ABS 试验 391

7.4.6 电子稳定性控制系统性能试验 392

7.5 智能车测试与评价 396

7.5.1 智能车测试必要性与依据 396

7.5.2 智能车测试手段 398

7.5.3 智能车辆功能安全和预期功能安全标准 400

7.5.4 智能车评价方法 401

7.6 汽车开放系统架构联盟 405

7.7 空中下载技术 407

7.8 本章小结 407

附录A 附表 408