汽车系统动力学

本书内容涵盖了汽车系统动力学的基本理论体系，以纵向、横向、垂向汽车系统动力学的建模与理论方法为依托，详细介绍了汽车操纵逆动力学、汽车垂向系统动力学、非充气轮胎动力学、汽车动力学状态和参数估计方法、驾驶员-汽车闭环系统操纵动力学新的评价方法、四轮转向汽车运动稳定性、汽车悬架控制等，同时结合理论知识提供了大量的仿真算例和源程序。读者在阅读本书的过程中不但能够对汽车系统动力学的框架体系有全面的认识，同时对汽车系统动力学的内涵和外延也会有较为深刻的理解。

目录 
前言 
第1章 绪论 1 
1.1 系统与系统动力学 1 
1.2 汽车系统的结构与组成 3 
1.3 汽车系统动力学的研究内容与方法 4 
1.3.1 研究内容 4 
1.3.2 研究方法 5 
1.4 汽车操纵逆动力学的理论和研究方法 9 
1.4.1 操纵逆动力学原理 9 
1.4.2 操纵逆动力学建模与求解 11 
参考文献 14 
复习思考题 15 
第2章 非充气机械弹性安全车轮力学特性 16 
2.1 轮胎的结构 16 
2.1.1 充气轮胎结构 16 
2.1.2 非充气机械弹性安全车轮结构 16 
2.2 非充气机械弹性安全车轮承载方式及工作原理 17 
2.2.1 承载方式 17 
2.2.2 工作原理 17 
2.3 非充气机械弹性安全车轮的滚动机理 18 
2.3.1 驱动力学模型 18 
2.3.2 制动力学模型 20 
2.3.3 滚动阻力模型 21 
2.4 非充气机械弹性安全车轮侧向特性 22 
2.4.1 侧偏特性产生机理 22 
2.4.2 侧向静力学特性 23 
2.4.3 充气与非充气轮胎侧偏特性对比分析 24 
2.5 非充气机械弹性安全车轮侧倾侧偏特性 25 
2.5.1 非充气机械弹性安全车轮侧倾侧偏特性 25 
2.5.2 侧倾角对侧偏特性的影响 26 
2.6 非充气机械弹性安全车轮垂直振动特性 28
2.6.1 模态仿真与试验对比分析 28 
2.6.2 振动传递特性分析 29 
参考文献 35 
复习思考题 36 
第3章 汽车纵向系统动力学 37 
3.1 汽车纵向系统动力学研究综述 37 
3.1.1 汽车纵向系统动力学特性研究的意义 37 
3.1.2 汽车纵向系统动力学特性研究中的基本问题 38 
3.2 汽车纵向动力学 38 
3.2.1 汽车纵向受力分析 38 
3.2.2 汽车纵向动力学方程 39 
3.3 防抱死制动系统 40 
3.3.1 概述 40 
3.3.2 工作原理 40 
3.3.3 ABS 控制系统设计 41 
3.4 自适应巡航控制系统 44 
3.4.1 概述 44 
3.4.2 控制策略 45 
3.4.3 动力学模型及仿真 45 
3.5 车辆稳定性控制系统 53 
3.5.1 概述 53 
3.5.2 基本原理 54 
3.5.3 控制方式 54 
3.5.4 动力学模型及仿真 57 
3.6 基于纵向动力学的路面附着系数估计 62 
3.6.1 slip-slope 路面附着系数估计方法 62 
3.6.2 纵向力估计 62 
3.6.3 滑移率估计 65 
3.6.4 基于 RLS 的 slip-slope 估计 66 
3.6.5 虚拟试验验证 68 
附录 75 
参考文献 81 
复习思考题 83 
第4章 汽车横向系统动力学 84 
4.1 汽车横向系统动力学研究综述 85 
4.1.1 汽车横向系统动力学特性评价方法发展简介 85
4.1.2 闭环横向系统动力学特性研究的意义 87 
4.1.3 汽车横向系统动力学特性研究中的基本问题 88 
4.2 汽车转向系统数学模型 88 
4.3 稳态响应 90 
4.4 瞬态响应 93 
4.5 横摆角速度频率响应特性 97 
4.6 侧风作用时的转向特性 97 
4.7 四轮转向特性 100 
4.7.1 概述 100 
4.7.2 四轮转向运动学特性 100 
4.8 线控转向系统 102 
4.8.1 概述 102 
4.8.2 解耦输出的选择 102 
4.8.3 控制器设计 104 
4.9 独立的全轮驱动力分配控制 105 
4.9.1 传统的四轮驱动系统 105 
4.9.2 基于差速器在左右轮之间分配转矩 106 
4.9.3 全轮转矩主动控制 106 
4.10 轮胎等效侧偏刚度估计 107 
4.10.1 基于加速度变化率的轮胎等效侧偏刚度估计 107 
4.10.2 估计方法的可操作性分析 111 
4.10.3 虚拟试验验证 113 
参考文献 117 
复习思考题 119 
第5章 驾驶员–汽车闭环操纵系统动力学 120 
5.1 基础知识 120 
5.1.1 驾驶员–汽车–道路闭环系统模型基础 120 
5.1.2 演变随机过程 123 
5.1.3 Kronecker 代数基础 124 
5.1.4 二阶矩技术 126 
5.2 驾驶员–汽车–道路闭环操纵系统响应分析方法 127 
5.2.1 已有的精细积分算法 128 
5.2.2 对已有的精细积分算法的推广 129 
5.2.3 数值仿真实例 130 
5.3 汽车主动安全性的评价指标 133 
5.3.1 对已有闭环单项评价指标的补充 133
5.3.2 对已有开环单项评价指标的补充 134 
5.3.3 综合评价指标与加权系数选取 135 
5.3.4 闭环综合评价指标与开环综合评价指标的相关性 136 
5.3.5 数值仿真实例 136 
5.3.6 小结 139 
参考文献 139 
复习思考题 139 
第6章 驾驶员–汽车闭环操纵系统动力学新的评价方法 140 
6.1 具有随机道路输入的驾驶员–汽车闭环系统的操纵性评价 140 
6.1.1 具有随机道路输入的驾驶员–汽车–道路闭环系统模型 140 
6.1.2 有效道路输入的自谱密度 142 
6.1.3 驾驶员–汽车–道路闭环系统响应的时域分析 143 
6.1.4 数值仿真实例 145 
6.1.5 虚拟输入算法 147 
6.1.6 小结 150 
6.2 驾驶员的动态特性对汽车操纵安全性的影响 150 
6.2.1 驾驶员–汽车–道路随机闭环系统模型 151 
6.2.2 随机闭环系统响应分析的一般随机摄动法 153 
6.2.3 驾驶员的动态特性对汽车主动安全性的影响 155 
6.2.4 数值仿真实例 155 
6.2.5 小结 161 
6.3 四轮转向汽车运动稳定性分析 161 
6.3.1 运动稳定性理论 162 
6.3.2 驾驶员–四轮转向汽车闭环系统模型的建立 162 
6.3.3 四轮转向汽车运动稳定性分析 164 
6.3.4 小结 165 
6.4 矩阵摄动法在四轮转向汽车运动稳定性分析中的应用 165 
6.4.1 非对称矩阵特征值问题的矩阵摄动法 165 
6.4.2 汽车参数对运动稳定性的影响 168 
6.4.3 小结 169 
6.5 基于安全极限状态设计的驾驶员–汽车闭环系统操纵性的优化设计 170 
6.5.1 汽车操纵性安全极限状态 170 
6.5.2 基于安全极限状态的人–车闭环系统操纵性优化设计的数学模型 170 
6.5.3 基于安全极限状态的人–车闭环系统操纵性优化设计 171 
6.5.4 处理模糊不确定性约束的模糊数学方法 173 
6.5.5 小结 174
参考文献 175 
复习思考题 175 
第7章 汽车系统动力学中的状态与参数估计 176 
7.1 汽车侧偏角估计 176 
7.1.1 驾驶员–汽车闭环系统模型 176 
7.1.2 基于径向基函数神经网络的汽车侧偏角估计 181 
7.1.3 基于卡尔曼滤波的汽车侧偏角估计 184 
7.1.4 两种侧偏角估计方法比较 185 
7.2 基于 UKF 算法的汽车状态估计 189 
7.2.1 包含噪声的非线性汽车系统 189 
7.2.2 汽车状态估计的 UKF 算法 190 
7.2.3 汽车 UKF 估计方法的试验验证 193 
7.2.4 UKF 与 EKF 在汽车状态估计中的比较 200 
7.3 基于 DEAKF 的汽车状态估计 203 
7.3.1 七自由度非线性汽车动力学模型 203 
7.3.2 双重扩展自适应卡尔曼滤波算法 205 
7.3.3 三种汽车状态估计方法及其虚拟试验验证 208 
7.3.4 实车试验验证 214 
7.4 基于模糊逻辑的汽车状态估计 215 
7.4.1 模糊卡尔曼滤波与 S-AKF 算法用于状态估计 215 
7.4.2 虚拟试验验证 218 
7.5 基于 EKF 和 RLS 的汽车状态和参数并行估计 222 
7.5.1 非线性汽车动力学模型 222 
7.5.2 EKF 和 RLS 并行算法 224 
7.5.3 虚拟试验验证及分析 226 
7.5.4 实车试验验证及分析 228 
参考文献 231 
复习思考题 231 
第8章 汽车操纵逆动力学 232 
8.1 **控制理论及其求解方法 232 
8.1.1 **控制理论 232 
8.1.2 **控制求解方法 233 
8.1.3 序列二次规划算法 240 
8.2 线性汽车角输入识别研究 242 
8.2.1 汽车角输入转向运动模型 242 
8.2.2 仿真结果 244 
8.3 线性汽车力输入识别研究 246 
8.3.1 汽车力输入转向运动模型 246 
8.3.2 仿真结果 247 
8.4 ADAMS/Car 模型建立与试验验证 249 
8.4.1 ADAMS/Car 整车模型建立 249 
8.4.2 闭环控制分析 250 
8.4.3 ADAMS/Car 验证 250 
8.5 小结 251 
参考文献 251 
复习思考题 253 
第9章 汽车垂向系统动力学 254 
9.1 国内外发展现状及趋势 255 
9.2 人体对振动的反应和平顺性评价 256 
9.2.1 人体对振动的反应 256 
9.2.2 平顺性评价 257 
9.3 路面谱 258 
9.4 数学模型 259 
9.4.1 单自由度汽车模型 259 
9.4.2 1/4 汽车模型 260 
9.4.3 四自由度汽车垂直方向模型 261 
9.4.4 考虑驾驶员的五自由度汽车垂直方向模型 263 
9.5 汽车由路面激发的演变随机响应预测 264 
9.5.1 汽车垂向动力学模型 264 
9.5.2 汽车垂向振动的响应 266 
9.5.3 数值仿真实例 268 
9.5.4 小结 269 
9.6 路面不平度的频域逆动力学研究 270 
9.6.1 四自由度汽车路面不平度频域的识别 270 
9.6.2 七自由度汽车路面不平度频域的识别 273 
9.6.3 虚拟试验验证 276 
9.7 路面不平度的时域逆动力学研究 282 
9.7.1 四自由度汽车路面不平度时域的识别 282 
9.7.2 七自由度汽车路面不平度时域的识别 283 
9.7

本书内容涵盖了汽车系统动力学的基本理论体系，以纵向、横向、垂向汽车系统动力学的建模与理论方法为依托，详细介绍了汽车操纵逆动力学、汽车垂向系统动力学、非充气轮胎动力学、汽车动力学状态和参数估计方法、驾驶员-汽车闭环系统操纵动力学新的评价方法、四轮转向汽车运动稳定性、汽车悬架控制等，同时结合理论知识提供了大量的仿真算例和源程序。读者在阅读本书的过程中不但能够对汽车系统动力学的框架体系有全面的认识，同时对汽车系统动力学的内涵和外延也会有较为深刻的理解。