车辆系统动力学手册 第4卷：控制和安全

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第30章车辆纵向和侧向动力学

基础…………………………………………1

30.1引言……………………………………1

30.2车辆纵向行为………………………………1

30.2.1应用和车辆模型特性………………… 1

30.2.2车辆和传动系统模型…………………2

30.2.3行驶阻力………………………………7

30.2.4车辆性能………………………………10

30.2.5反应时间、制动过程和停车………18

30.2.6状态空间描述、逆动力学和

纵向控制基础………………………………19

30.3车辆侧向行为………………………………21

30.3.1车辆模型特点和应用……………………………21

30.3.2线性两轮车辆模型………………………………22

30.3.3两轮车辆非线性模型……………………………38

30.4子系统和车辆-挂车组合…………………………44

30.4.1车轮制动至抱死………………………………44

30.4.2车轮摆振…………………………………………46

30.4.3车辆-挂车组合………………………………47

参考文献………………………………………………51

第31章详细的车辆动力学建模、

仿真与分析……………………………………………52

31.1引言………………………………………………52

31.1.1基于模型的车辆动力学和

底盘开发………………………………………………52

31.1.2车辆动力学和底盘仿真…………………53

31.1.3描述车辆运动的坐标系…………………54

31.1.4车轮运动……………………………………55

31.2路面建模………………………………………56

31.2.1确定性路面不平度………………………56

31.2.2随机路面不平度…………………………57

31.2.3侧向的路面特征…………………………58

31.2.4路面高度轮廓建模………………………60

31.2.5两轮激励的综合分析……………………60

31.3 轮胎模型………………………………………61

31.3.1应用范围和相关要求……………………62

31.3.2路面、轮胎和车辆接口…………………62

31.3.3轮胎模型参数化……………………………62

31.3.4轮胎动力学和低速性能…………………64

31.3.5摩擦行为和建模……………………………65

31.3.6轮胎舒适性行为和建模…………………65

31.3.7未来轮胎建模的挑战……………………67

31.4轴与底盘部件………………………………68

31.4.1底盘悬置和轴承…………………………69

31.4.2弹性运动学调整…………………………71

31.5悬架系统………………………………………73

31.5.1钢板弹簧悬架和悬架特性……………73

31.5.2空气悬架和空气悬架建模……………73

31.5.3减振器和减振器建模…………………74

31.5.4可变减振器系统…………………………75

31.5.5推拉限位器………………………………77

31.5.6主动悬架系统……………………………77

31.6转向系统………………………………………78

31.6.1动力转向系统………………………………79

31.6.2传输特性………………………………………80

31.6.3用于车辆动作分析的转向模型…………81

31.6.4用于轴动力学分析的详细的

转向系统模型…………………………………………82

31.6.5主动转向系统………………………………83

参考文献………………………………………………85

第32章平顺性和接地性………………………………89

32.1舒适和安全准则………………………………89

32.1.1操纵稳定性………………………………90

32.1.2行驶平顺性………………………………91

32.1.3行驶安全性………………………………96

32.2车辆随机激励建模………………………………97

32.2.1随机过程的数学描述………………………………97

32.2.2路面不平度模型………………………………106

32.2.3车辆激励模型………………………………108

32.3随机车辆响应的计算………………………………110

32.3.1数值仿真………………………………111

32.3.2谱密度分析………………………………112

32.3.3协方差分析………………………………115

参考文献………………………………120

第33章车辆水平运动的控制………………………………122

33.1汽车控制系统概述………………………………122

33.1.1汽车的可控性………………………………122

33.1.2轮胎的基本特性………………………………125

33.1.3防抱死制动系统………………………………128

33.1.4牵引力控制系统………………………………136

33.1.5电子稳定控制………………………………141

33.2ESP的特殊功能………………………………173

33.2.1越野车辆………………………………173

33.2.2侧翻缓解………………………………175

33.2.3拖车振动缓解………………………………175

33.2.4电子制动力分配系统………………………………176

33.2.5制动辅助………………………………177

33.3ESP安全概念………………………………179

33.3.1安全系统的要求………………………………180

33.3.2故障避免………………………………181

33.3.3自检、自控和部件检测………………………………182

33.3.4故障检测逻辑………………………………184

33.3.5故障检测后的系统行为………………………………188

33.3.6后备功能………………………………189

33.4部件………………………………189

33.4.1传感器………………………………190

33.4.2执行器………………………………193

33.4.3电控单元………………………………196

33.5展望………………………………197

术语………………………………200

缩略语………………………………206

参考文献………………………………209

目录●●●●●●●●●●车辆系统动力学手册第4卷：控制和安全第34章主动和半主动悬架控制…………213

34.1引言………………………………213

34.2性能指标…………………………215

34.2.1平顺性…………………………215

34.2.2动挠度设计约束……………217

34.2.3轮胎变形约束……………………218

34.2.4综合性能指标………………………………218

34.3被动悬架和半主动悬架………………………………219

34.4外部因素：路面不平度描述………………………………220

34.5用于四分之一车辆模型的优化悬架…………………… 223

34.5.1单自由度模型………………………………223

34.5.2两自由度模型………………………………228

34.6半车模型的优化悬架………………………………240

34.7整车模型的优化悬架………………………………244

34.8相关问题………………………………247

34.8.1半主动悬架………………………………247

34.8.2状态估计和闭环系统稳健性……………………250

34.8.3非线性悬架系统及控制…………………………250

34.8.4实际考虑………………………………253

34.8.5其他方面………………………………254

致谢………………………………………………………………255

本章附录：非线性次优化控制………………………… 255

参考文献………………………………258

第35章集成控制………………………………265

35.1引言………………………………265

35.2车辆底盘控制………………………………266

35.3独立控制的特点………………………………267

35.4集成控制………………………………269

35.4.1ABS/TCS与转向控制的集成……………269

35.4.2前后转向控制的集成………………………………270

35.4.3后轮转向与4WD前/后力矩

分配的集成……………………………………………………270

35.5转向控制与主动悬架RDC的集成……………… 271

35.6转向控制与DYC的集成………………………………273

35.7轮胎力分配优化的集成控制………………………………277

35.8结论………………………………280

致谢………………………………281

参考文献………………………………281

第36章车辆舒适性………………………………283

36.1舒适性………………………………283

36.1.1定义和理论………………………………283

36.1.2舒适性方面………………………………284

36.1.3人机工程学的规则和规律……………284

36.2人体………………………………286

36.2.1人体尺寸………………………………286

36.2.2共振频率………………………………286

36.2.3人体运动系统………………………………288

36.2.4热平衡………………………………289

36.3舒适性评价………………………………290

36.3.1主观评价………………………………290

36.3.2试验方法………………………………290

36.3.3CAE模型………………………………294

36.4结论………………………………296

致谢………………………………296

参考文献………………………………296

第37章汽车操纵稳定性和平顺性

的主客观评价………………………………298

37.1引言………………………………298

37.2主观评价………………………………299

37.2.1直线性………………………………305

37.2.2转向性………………………………307

37.2.3可控性………………………………311

37.2.4稳定性………………………………315

37.2.5舒适性………………………………317

37.3主观试验………………………………317

37.3.1直线行驶………………………………318

37.3.2转向操作………………………………321

37.3.3车道变换操作………………………………323

37.3.4转弯操作………………………………326

37.3.5平顺性操作………………………………334

37.4客观试验………………………………335

37.4.1操稳性试验………………………………335

37.4.2平顺性试验………………………………339

37.5车辆动力学变量………………………………345

37.5.1车辆运动变量………………………………346

37.5.2物理感知变量………………………………350

37.5.3客观测试变量………………………………353

37.6车辆动力学分析………………………………354

37.6.1表示………………………………355

37.6.2分析………………………………359

37.6.3结论………………………………370

致谢………………………………374

参考文献………………………………375

第38章汽车动力学应用中的

驾驶员模型………………………………377

38.1引言………………………………377

38.2聚焦于车辆的应用………………………………378

38.2.1总论………………………………378

38.2.2虚拟试验驾驶员模型………………………………380

38.3聚焦于驾驶员的应用………………………………396

38.3.1理解驾驶员和（个人）驾驶行为………………………………396

38.3.2路径和速度规划，优化驾驶员驾驶行为………………………………402

38.4聚焦于车辆、驾驶员组合的应用………………………………405

38.4.1与驾驶员有关的车辆操纵动力学………………………………405

38.4.2避免事故、主动安全与驾驶员支持系统………………………………407

38.5聚焦于环境/交通的应用………………………………409

38.6结论………………………………414

参考文献………………………………415

第39章车辆侧向自动控制………………………………424

39.1引言………………………………424

39.2车道保持………………………………424

39.2.1背景和文献综述………………………………424

39.2.2传感系统………………………………426

39.2.3先进控制概念………………………………427

39.2.4车道保持辅助………………………………428

39.2.5车辆状态估计………………………………429

39.3精确的侧向操纵………………………………437

39.3.1自动化公交汽车………………………………438

39.3.2辅助停车和自动泊车………………………………439

39.4车道偏离预警和预防………………………………439

39.4.1车道偏离时间计算………………………………440

39.4.2轮胎侧偏刚度估计………………………………442

39.4.3预警和控制算法………………………………442

39.5结论………………………………443

致谢………………………………444

参考文献………………………………444

第40章纵向控制………………………………447

40.1引言………………………………………………………………447

40.2纵向控制系统的基本结构………………………………447

40.3系统设计和评价的研究………………………………449

40.4自适应巡航控制………………………………453

40.4.1采用CCC系统单元的自适应

巡航控制………………………………………………………………453

40.4.2采用加速度控制的ACC………………………………457

40.4.3应用于具有速度执行器的

ACC的统一方法………………………………459

40.4.4具有加速度控制器和无可用加

速度传感器的ACC系统………………………………460

40.4.5ACC相关设计总结………………………………461

40.4.6ACC系统评价………………………………462

40.5驾驶员驾驶的纵向控制性能仿真………………………………464

40.6前方碰撞预警………………………………468

40.7自动公路系统………………………………470

40.8基本概念的最后概述………………………………473

40.9先进主题………………………………474

40.9.1有限条件下驾驶员闭环制动性能………………………………474

40.9.2驾驶员间隔时间控制行为………………………………474

40.9.3滑模控制………………………………475

40.9.4进入弯道时驾驶员的纵向控制行为………………………………475

40.9.5非线性控制………………………………475

40.9.6控制滞后和饱和………………………………475

40.9.7控制延迟………………………………475

40.9.8排和队列的稳定性………………………………475

40.9.9用于纵向控制的人工智能方法………………………………475

参考文献………………………………………………………………476

第41章道路事故分析和重建………………………………479

41.1引言………………………………………………………………479

41.1.1事故分析：谁和为什么………………………………480

41.1.2信息来源………………………………480

41.2事故场景………………………………481

41.3事故阶段的顺序………………………………481

41.3.1碰撞前阶段………………………………482

41.3.2碰撞阶段………………………………485

41.3.3碰撞后阶段………………………………487

41.3.4重建策略………………………………488

41.4事故分析模型………………………………489

41.4.1车辆模型………………………………489

41.4.2轮胎模型………………………………490

41.4.3碰撞模型………………………………493

41.5事故分析的软件工具………………………………498

41.5.1HVE和HVE-2D………………………………498

41.5.2PC Crash………………………………501

41.5.3VCRware………………………………502

41.5.4其他软件………………………………503

41.6事故分析专题………………………………503

41.6.1摩托车事故………………………………504

41.6.2涉及行人的事故………………………………504

参考文献………………………………………………… 505

第42章汽车结构耐撞性和乘员保护…………… 508

42.1引言…………………………………………………508

42.2乘员保护测量……………………………………513

42.2.1不同身体部位的损伤标准…………………513

42.2.2汽车碰撞试验法规………………………………517

42.2.3人体试验装置——假人………………………………521

42.2.4碰撞障碍………………………………523

42.3被动安全结构特性和系统………………………………525

42.3.1车辆结构的耐撞性………………………………525

42.3.2车辆内部保护系统………………………………527

42.4车辆被动安全中的数值方法………………………………528

42.5基于多体动力学的分析工具………………………………530

42.5.1接触检测和接触模型………………………………532

42.5.2结构变形的塑性铰方法………………………………534

42.6正面碰撞车辆模型的发展………………………………536

42.7侧面碰撞保护系统的发展………………………………545

42.8结论和未来发展趋势………………………………554

致谢………………………………………………………………555

参考文献…………………………………………………………556