車輛系統動力學手冊第4卷：控制和安全

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第30章車輛縱向和側向動力學
基礎…………………………………………1
30.1引言……………………………………1
30.2車輛縱向行為………………………………1
30.2.1應用和車輛模型特性………………… 1
30.2.2車輛和傳動系統模型…………………2
30.2.3行駛阻力………………………………7
30.2.4車輛性能………………………………10
30.2.5反應時間、制動過程和停車………18
30.2.6狀態空間描述、逆動力學和
縱向控制基礎………………………………19
30.3車輛側向行為………………………………21
30.3.1車輛模型特點和應用……………………………21
30.3.2線性兩輪車輛模型………………………………22
30.3.3兩輪車輛非線性模型……………………………38
30.4子系統和車輛-掛車組合…………………………44
30.4.1車輪制動至抱死………………………………44
30.4.2車輪擺振…………………………………………46
30.4.3車輛-掛車組合………………………………47
參考文獻………………………………………………51

第31章詳細的車輛動力學建模、仿真與分析……………………52
31.1引言………………………………………………52
31.1.1基於模型的車輛動力學和底盤開發…………………52
31.1.2車輛動力學和底盤仿真…………………53
31.1.3描述車輛運動的坐標系…………………54
31.1.4車輪運動……………………………………55
31.2路面建模………………………………………56
31.2.1確定性路面不平度………………………56
31.2.2隨機路面不平度…………………………57
31.2.3側向的路面特徵…………………………58
31.2.4路面高度輪廓建模………………………60
31.2.5兩輪激勵的綜合分析……………………60
31.3 輪胎模型………………………………………61
31.3.1應用範圍和相關要求……………………62
31.3.2路面、輪胎和車輛接口…………………62
31.3.3輪胎模型參數化……………………………62
31.3.4輪胎動力學和低速性能…………………64
31.3.5摩擦行為和建模……………………………65
31.3.6輪胎舒適性行為和建模…………………65
31.3.7未來輪胎建模的挑戰……………………67
31.4軸與底盤部件………………………………68
31.4.1底盤懸置和軸承…………………………69
31.4.2彈性運動學調整…………………………71
31.5懸架系統………………………………………73
31.5.1鋼板彈簧懸架和懸架特性……………73
31.5.2空氣懸架和空氣懸架建模……………73
31.5.3減振器和減振器建模…………………74
31.5.4可變減振器系統…………………………75
31.5.5推拉限位器………………………………77
31.5.6主動懸架系統……………………………77
31.6轉向系統………………………………………78
31.6.1動力轉向系統………………………………79
31.6.2傳輸特性………………………………………80
31.6.3用於車輛動作分析的轉向模型…………81
31.6.4用於軸動力學分析的詳細的
轉向系統模型…………………………………………82
31.6.5主動轉向系統………………………………83
參考文獻………………………………………………85

第32章平順性和接地性………………………………89
32.1舒適和安全準則………………………………89
32.1.1操縱穩定性………………………………90
32.1.2行駛平順性………………………………91
32.1.3行駛安全性………………………………96
32.2車輛隨機激勵建模………………………………97
32.2.1隨機過程的數學描述………………………………97
32.2.2路面不平度模型………………………………106
32.2.3車輛激勵模型………………………………108
32.3隨機車輛響應的計算………………………………110
32.3.1數值仿真………………………………111
32.3.2譜密度分析………………………………112
32.3.3協方差分析………………………………115
參考文獻………………………………120

第33章車輛水平運動的控制………………………………122
33.1汽車控制系統概述………………………………122
33.1.1汽車的可控性………………………………122
33.1.2輪胎的基本特性………………………………125
33.1.3防抱死制動系統………………………………128
33.1.4牽引力控制系統………………………………136
33.1.5電子穩定控制………………………………141
33.2ESP的特殊功能………………………………173
33.2.1越野車輛………………………………173
33.2.2側翻緩解………………………………175
33.2.3拖車振動緩解………………………………175
33.2.4電子製動力分配系統………………………………176
33.2.5制動輔助………………………………177
33.3ESP安全概念………………………………179
33.3.1安全系統的要求………………………………180
33.3.2故障避免………………………………181
33.3.3自檢、自控和部件檢測………………………………182
33.3.4故障檢測邏輯………………………………184
33.3.5故障檢測後的系統行為………………………………188
33.3.6後備功能………………………………189
33.4部件………………………………189
33.4.1傳感器………………………………190
33.4.2執行器………………………………193
33.4.3電控單元………………………………196
33.5展望………………………………197
術語………………………………200
縮略語………………………………206
參考文獻………………………………209

第34章主動和半主動懸架控制…………213
34.1引言………………………………213
34.2性能指標…………………………215
34.2.1平​​順性…………………………215
34.2.2動撓度設計約束……………217
34.2.3輪胎變形約束……………………218
34.2.4綜合性能指標………………………………218
34.3被動懸架和半主動懸架………………………………219
34.4外部因素：路面不平度描述………………………………220
34.5用於四分之一車輛模型的優化懸架…………………… 223
34.5.1單自由度模型………………………………223
34.5.2兩自由度模型………………………………228
34.6半車模型的優化懸架………………………………240
34.7整車模型的優化懸架………………………………244
34.8相關問題………………………………247
34.8.1半主動懸架………………………………247
34.8.2狀態估計和閉環系統穩健性……………………250
34.8.3非線性懸架系統及控制…………………………250
34.8.4實際考慮………………………………253
34.8.5其他方面………………………………254
致謝………………………………………………………………255
本章附錄：非線性次優化控制………………………… 255
參考文獻………………………………258

第35章集成控制………………………………265
35.1引言………………………………265
35.2車輛底盤控制………………………………266
35.3獨立控制的特點………………………………267
35.4集成控制………………………………269
35.4.1ABS/TCS與轉向控制的集成……………269
35.4.2前後轉向控制的集成………………………………270
35.4.3後輪轉向與4WD前/後力矩分配的集成…………………………270
35.5轉向控制與主動懸架RDC的集成……………… 271
35.6轉向控制與DYC的集成………………………………273
35.7輪胎力分配優化的集成控制………………………………277
35.8結論………………………………280
致謝………………………………281
參考文獻………………………………281

第36章車輛舒適性………………………………283
36.1舒適性………………………………283
36.1.1定義和理論………………………………283
36.1.2舒適性方面………………………………284
36.1.3人機工程學的規則和規律……………284
36.2人體………………………………286
36.2.1人體尺寸………………………………286
36.2.2共振頻率………………………………286
36.2.3人體運動系統………………………………288
36.2.4熱平衡………………………………289
36.3舒適性評價………………………………290
36.3.1主觀評價………………………………290
36.3.2試驗方法………​​………………………290
36.3.3CAE模型………………………………294
36.4結論………………………………296
致謝………………………………296
參考文獻………………………………296

第37章汽車操縱穩定性和平順性的主客觀評價…………………298
37.1引言………………………………298
37.2主觀評價………………………………299
37.2.1直線性………………………………305
37.2.2轉向性………………………………307
37.2.3可控性………………………………311
37.2.4穩定性………………………………315
37.2.5舒適性………………………………317
37.3主觀試驗………………………………317
37.3.1直線行駛………………………………318
37.3.2轉向操作………………………………321
37.3.3車道變換操作………………………………323
37.3.4轉彎操作………………………………326
37.3.5平順性操作………………………………334
37.4客觀試驗………………………………335
37.4.1操穩性試驗………………………………335
37.4.2平順性試驗………………………………339
37.5車輛動力學變量………………………………345
37.5.1車輛運動變量………………………………346
37.5.2物理感知變量………………………………350
37.5.3客觀測試變量………………………………353
37.6車輛動力學分析………………………………354
37.6.1表示………………………………355
37.6.2分析………………………………359
37.6.3結論………………………………370
致謝………………………………374
參考文獻………………………………375

第38章汽車動力學應用中的駕駛員模型……………………377
38.1引言………………………………377
38.2聚焦於車輛的應用………………………………378
38.2.1總論………………………………378
38.2.2虛擬試驗駕駛員模型………………………………380
38.3聚焦於駕駛員的應用………………………………396
38.3.1理解駕駛員和（個人）駕駛行為………………………………396
38.3.2路徑和速度規劃，優化駕駛員駕駛行為………………………………402
38.4聚焦於車輛、駕駛員組合的應用………………………………405
38.4.1與駕駛員有關的車輛操縱動力學………………………………405
38.4.2避免事故、主動安全與駕駛員支持系統………………………………407
38.5聚焦於環境/交通的應用………………………………409
38.6結論………………………………414
參考文獻………………………………415

第39章車輛側向自動控制………………………………424
39.1引言………………………………424
39.2車道保持………………………………424
39.2.1背景和文獻綜述………………………………424
39.2.2傳感系統………………………………426
39.2.3先進控制概念………………………………427
39.2.4車道保持輔助………………………………428
39.2.5車輛狀態估計………………………………429
39.3精確的側向操縱………………………………437
39.3.1自動化公交汽車………………………………438
39.3.2輔助停車和自動泊車………………………………439
39.4車道偏離預警和預防………………………………439
39.4.1車道偏離時間計算………………………………440
39.4.2輪胎側偏剛度估計………………………………442
39.4.3預警和控制算法………………………………442
39.5結論………………………………443
致謝………………………………444
參考文獻………………………………444

第40章縱向控制………………………………447
40.1引言………………………………………………………………447
40.2縱向控制系統的基本結構………………………………447
40.3系統設計和評價的研究………………………………449
40.4自適應巡航控制………………………………453
40.4.1採用CCC系統單元的自適應巡航控制………………453
40.4.2採用加速度控制的ACC………………………………457
40.4.3應用於具有速度執行器的ACC的統一方法………​​………………………459
40.4.4具有加速度控制器和無可用加速度傳感器的ACC系統…………460
40.4.5ACC相關設計總結………………………………461
40.4.6ACC系統評價………………………………462
40.5駕駛員駕駛的縱向控制性能仿真………………………………464
40.6前方碰撞預警………………………………468
40.7自動公路系統………………………………470
40.8基本概念的最後概述………………………………473
40.9先進主題………………………………474
40.9.1有限條件下駕駛員閉環制動性能………………………………474
40.9.2駕駛員間隔時間控制行為………………………………474
40.9.3滑模控制………………………………475
40.9.4進入彎道時駕駛員的縱向控制行為………………………………475
40.9.5非線性控制………………………………475
40.9.6控制滯後和飽和………………………………475
40.9.7控制延遲………………………………475
40.9.8排和隊列的穩定性………………………………475
40.9.9用於縱向控制的人工智能方法………​​………………………475
參考文獻………………………………………………………………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：誰和為什麼………………………………480
41.1.2信息來源………………………………480
41.2事故場景………………………………481
41.3事故階段的順序………………………………481
41.3.1碰撞前階段………………………………482
41.3.2碰撞階段………………………………485
41.3.3碰撞後階段………………………………487
41.3.4重建策略………………………………488
41.4事故分析模型………………………………489
41.4.1車輛模型………………………………489
41.4.2輪胎模型………………………………490
41.4.3碰撞模型………………………………493
41.5事故分析的軟件工具………………………………498
41.5.1HVE和HVE-2D………………………………498
41.5.2PC Crash………………………………501
41.5.3VCRware………………………………502
41.5.4其他軟件………………………………503
41.6事故分析專題………………………………503
41.6.1摩托車事故………………………………504
41.6.2涉及行人的事故………………………………504
參考文獻………………………………………………… 505

第42章汽車結構耐撞性和乘員保護…………… 508
42.1引言…………………………………………………508
42.2乘員保護測量……………………………………513
42.2.1不同身體部位的損傷標準…………………513
42.2.2汽車碰撞試驗法規………………………………517
42.2.3人體試驗裝置——假人………………………………521
42.2.4碰撞障礙………………………………523
42.3被動安全結構特性和系統………………………………525
42.3.1車輛結構的耐撞性………………………………525
42.3.2車輛內部保護系統………………………………527
42.4車輛被動安全中的數值方法………​​………………………528
42.5基於多體動力學的分析工具………………………………530
42.5.1接觸檢測和接觸模型………………………………532
42.5.2結構變形的塑性鉸方法………​​………………………534
42.6正面碰撞車輛模型的發展………………………………536
42.7側面碰撞保護系統的發展………………………………545
42.8結論和未來發展趨勢………………………………554
致謝………………………………………………………………555
參考文獻…………………………………………………………556