車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)手冊(cè) 第4卷：控制和安全

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撰寫者

第30章車輛縱向和側(cè)向動(dòng)力學(xué)

基礎(chǔ)…………………………………………1

30.1引言……………………………………1

30.2車輛縱向行為………………………………1

30.2.1應(yīng)用和車輛模型特性………………… 1

30.2.2車輛和傳動(dòng)系統(tǒng)模型…………………2

30.2.3行駛阻力………………………………7

30.2.4車輛性能………………………………10

30.2.5反應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)過程和停車………18

30.2.6狀態(tài)空間描述、逆動(dòng)力學(xué)和

縱向控制基礎(chǔ)………………………………19

30.3車輛側(cè)向行為………………………………21

30.3.1車輛模型特點(diǎn)和應(yīng)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(tǒng)和車輛-掛車組合…………………………44

30.4.1車輪制動(dòng)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(xiàn)………………………………………………51

第31章詳細(xì)的車輛動(dòng)力學(xué)建模、

仿真與分析……………………………………………52

31.1引言………………………………………………52

31.1.1基于模型的車輛動(dòng)力學(xué)和

底盤開發(fā)………………………………………………52

31.1.2車輛動(dòng)力學(xué)和底盤仿真…………………53

31.1.3描述車輛運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系…………………54

31.1.4車輪運(yùn)動(dòng)……………………………………55

31.2路面建?！?6

31.2.1確定性路面不平度………………………56

31.2.2隨機(jī)路面不平度…………………………57

31.2.3側(cè)向的路面特征…………………………58

31.2.4路面高度輪廓建?！?0

31.2.5兩輪激勵(lì)的綜合分析……………………60

31.3 輪胎模型………………………………………61

31.3.1應(yīng)用范圍和相關(guān)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(shù)化……………………………62

31.3.4輪胎動(dòng)力學(xué)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?！?5

31.3.7未來輪胎建模的挑戰(zhàn)……………………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(yùn)動(dòng)學(xué)調(diào)整…………………………71

31.5懸架系統(tǒng)………………………………………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?！?3

31.5.3減振器和減振器建模…………………74

31.5.4可變減振器系統(tǒng)…………………………75

31.5.5推拉限位器………………………………77

31.5.6主動(dòng)懸架系統(tǒng)……………………………77

31.6轉(zhuǎn)向系統(tǒng)………………………………………78

31.6.1動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)………………………………79

31.6.2傳輸特性………………………………………80

31.6.3用于車輛動(dòng)作分析的轉(zhuǎn)向模型…………81

31.6.4用于軸動(dòng)力學(xué)分析的詳細(xì)的

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型…………………………………………82

31.6.5主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)………………………………83

參考文獻(xiàn)………………………………………………85

第32章平順性和接地性………………………………89

32.1舒適和安全準(zhǔn)則………………………………89

32.1.1操縱穩(wěn)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(jī)激勵(lì)建?！?7

32.2.1隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)描述………………………………97

32.2.2路面不平度模型………………………………106

32.2.3車輛激勵(lì)模型………………………………108

32.3隨機(jī)車輛響應(yīng)的計(jì)算………………………………110

32.3.1數(shù)值仿真………………………………111

32.3.2譜密度分析………………………………112

32.3.3協(xié)方差分析………………………………115

參考文獻(xiàn)………………………………120

第33章車輛水平運(yùn)動(dòng)的控制………………………………122

33.1汽車控制系統(tǒng)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(dòng)系統(tǒng)………………………………128

33.1.4牽引力控制系統(tǒng)………………………………136

33.1.5電子穩(wěn)定控制………………………………141

33.2ESP的特殊功能………………………………173

33.2.1越野車輛………………………………173

33.2.2側(cè)翻緩解………………………………175

33.2.3拖車振動(dòng)緩解………………………………175

33.2.4電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)………………………………176

33.2.5制動(dòng)輔助………………………………177

33.3ESP安全概念………………………………179

33.3.1安全系統(tǒng)的要求………………………………180

33.3.2故障避免………………………………181

33.3.3自檢、自控和部件檢測(cè)………………………………182

33.3.4故障檢測(cè)邏輯………………………………184

33.3.5故障檢測(cè)后的系統(tǒng)行為………………………………188

33.3.6后備功能………………………………189

33.4部件………………………………189

33.4.1傳感器………………………………190

33.4.2執(zhí)行器………………………………193

33.4.3電控單元………………………………196

33.5展望………………………………197

術(shù)語………………………………200

縮略語………………………………206

參考文獻(xiàn)………………………………209

目錄●●●●●●●●●●車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)手冊(cè)第4卷：控制和安全第34章主動(dòng)和半主動(dòng)懸架控制…………213

34.1引言………………………………213

34.2性能指標(biāo)…………………………215

34.2.1平順性…………………………215

34.2.2動(dòng)撓度設(shè)計(jì)約束……………217

34.2.3輪胎變形約束……………………218

34.2.4綜合性能指標(biāo)………………………………218

34.3被動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架………………………………219

34.4外部因素：路面不平度描述………………………………220

34.5用于四分之一車輛模型的優(yōu)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(yōu)化懸架………………………………240

34.7整車模型的優(yōu)化懸架………………………………244

34.8相關(guān)問題………………………………247

34.8.1半主動(dòng)懸架………………………………247

34.8.2狀態(tài)估計(jì)和閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)健性……………………250

34.8.3非線性懸架系統(tǒng)及控制…………………………250

34.8.4實(shí)際考慮………………………………253

34.8.5其他方面………………………………254

致謝………………………………………………………………255

本章附錄：非線性次優(yōu)化控制………………………… 255

參考文獻(xiàn)………………………………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(dú)立控制的特點(diǎn)………………………………267

35.4集成控制………………………………269

35.4.1ABS/TCS與轉(zhuǎn)向控制的集成……………269

35.4.2前后轉(zhuǎn)向控制的集成………………………………270

35.4.3后輪轉(zhuǎn)向與4WD前/后力矩

分配的集成……………………………………………………270

35.5轉(zhuǎn)向控制與主動(dòng)懸架RDC的集成……………… 271

35.6轉(zhuǎn)向控制與DYC的集成………………………………273

35.7輪胎力分配優(yōu)化的集成控制………………………………277

35.8結(jié)論………………………………280

致謝………………………………281

參考文獻(xiàn)………………………………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(jī)工程學(xué)的規(guī)則和規(guī)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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)………………………………288

36.2.4熱平衡………………………………289

36.3舒適性評(píng)價(jià)………………………………290

36.3.1主觀評(píng)價(jià)………………………………290

36.3.2試驗(yàn)方法………………………………290

36.3.3CAE模型………………………………294

36.4結(jié)論………………………………296

致謝………………………………296

參考文獻(xiàn)………………………………296

第37章汽車操縱穩(wěn)定性和平順性

的主客觀評(píng)價(jià)………………………………298

37.1引言………………………………298

37.2主觀評(píng)價(jià)………………………………299

37.2.1直線性………………………………305

37.2.2轉(zhuǎn)向性………………………………307

37.2.3可控性………………………………311

37.2.4穩(wěn)定性………………………………315

37.2.5舒適性………………………………317

37.3主觀試驗(yàn)………………………………317

37.3.1直線行駛………………………………318

37.3.2轉(zhuǎn)向操作………………………………321

37.3.3車道變換操作………………………………323

37.3.4轉(zhuǎn)彎操作………………………………326

37.3.5平順性操作………………………………334

37.4客觀試驗(yàn)………………………………335

37.4.1操穩(wěn)性試驗(yàn)………………………………335

37.4.2平順性試驗(yàn)………………………………339

37.5車輛動(dòng)力學(xué)變量………………………………345

37.5.1車輛運(yùn)動(dòng)變量………………………………346

37.5.2物理感知變量………………………………350

37.5.3客觀測(cè)試變量………………………………353

37.6車輛動(dòng)力學(xué)分析………………………………354

37.6.1表示………………………………355

37.6.2分析………………………………359

37.6.3結(jié)論………………………………370

致謝………………………………374

參考文獻(xiàn)………………………………375

第38章汽車動(dòng)力學(xué)應(yīng)用中的

駕駛員模型………………………………377

38.1引言………………………………377

38.2聚焦于車輛的應(yīng)用………………………………378

38.2.1總論………………………………378

38.2.2虛擬試驗(yàn)駕駛員模型………………………………380

38.3聚焦于駕駛員的應(yīng)用………………………………396

38.3.1理解駕駛員和（個(gè)人）駕駛行為………………………………396

38.3.2路徑和速度規(guī)劃，優(yōu)化駕駛員駕駛行為………………………………402

38.4聚焦于車輛、駕駛員組合的應(yīng)用………………………………405

38.4.1與駕駛員有關(guān)的車輛操縱動(dòng)力學(xué)………………………………405

38.4.2避免事故、主動(dòng)安全與駕駛員支持系統(tǒng)………………………………407

38.5聚焦于環(huán)境/交通的應(yīng)用………………………………409

38.6結(jié)論………………………………414

參考文獻(xiàn)………………………………415

第39章車輛側(cè)向自動(dòng)控制………………………………424

39.1引言………………………………424

39.2車道保持………………………………424

39.2.1背景和文獻(xiàn)綜述………………………………424

39.2.2傳感系統(tǒng)………………………………426

39.2.3先進(jìn)控制概念………………………………427

39.2.4車道保持輔助………………………………428

39.2.5車輛狀態(tài)估計(jì)………………………………429

39.3精確的側(cè)向操縱………………………………437

39.3.1自動(dòng)化公交汽車………………………………438

39.3.2輔助停車和自動(dòng)泊車………………………………439

39.4車道偏離預(yù)警和預(yù)防………………………………439

39.4.1車道偏離時(shí)間計(jì)算………………………………440

39.4.2輪胎側(cè)偏剛度估計(jì)………………………………442

39.4.3預(yù)警和控制算法………………………………442

39.5結(jié)論………………………………443

致謝………………………………444

參考文獻(xiàn)………………………………444

第40章縱向控制………………………………447

40.1引言………………………………………………………………447

40.2縱向控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)………………………………447

40.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的研究………………………………449

40.4自適應(yīng)巡航控制………………………………453

40.4.1采用CCC系統(tǒng)單元的自適應(yīng)

巡航控制………………………………………………………………453

40.4.2采用加速度控制的ACC………………………………457

40.4.3應(yīng)用于具有速度執(zhí)行器的

ACC的統(tǒng)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(tǒng)………………………………460

40.4.5ACC相關(guān)設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………461

40.4.6ACC系統(tǒng)評(píng)價(jià)………………………………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(yù)警………………………………468

40.7自動(dòng)公路系統(tǒng)………………………………470

40.8基本概念的最后概述………………………………473

40.9先進(jìn)主題………………………………474

40.9.1有限條件下駕駛員閉環(huán)制動(dòng)性能………………………………474

40.9.2駕駛員間隔時(shí)間控制行為………………………………474

40.9.3滑?？刂啤?75

40.9.4進(jìn)入彎道時(shí)駕駛員的縱向控制行為………………………………475

40.9.5非線性控制………………………………475

40.9.6控制滯后和飽和………………………………475

40.9.7控制延遲………………………………475

40.9.8排和隊(duì)列的穩(wěn)定性………………………………475

40.9.9用于縱向控制的人工智能方法………………………………475

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………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：誰和為什么………………………………480

41.1.2信息來源………………………………480

41.2事故場(chǎng)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碰撞后階段………………………………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(xiàn)………………………………………………… 505

第42章汽車結(jié)構(gòu)耐撞性和乘員保護(hù)…………… 508

42.1引言…………………………………………………508

42.2乘員保護(hù)測(cè)量……………………………………513

42.2.1不同身體部位的損傷標(biāo)準(zhǔn)…………………513

42.2.2汽車碰撞試驗(yàn)法規(guī)………………………………517

42.2.3人體試驗(yàn)裝置——假人………………………………521

42.2.4碰撞障礙………………………………523

42.3被動(dòng)安全結(jié)構(gòu)特性和系統(tǒng)………………………………525

42.3.1車輛結(jié)構(gòu)的耐撞性………………………………525

42.3.2車輛內(nèi)部保護(hù)系統(tǒng)………………………………527

42.4車輛被動(dòng)安全中的數(shù)值方法………………………………528

42.5基于多體動(dòng)力學(xué)的分析工具………………………………530

42.5.1接觸檢測(cè)和接觸模型………………………………532

42.5.2結(jié)構(gòu)變形的塑性鉸方法………………………………534

42.6正面碰撞車輛模型的發(fā)展………………………………536

42.7側(cè)面碰撞保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展………………………………545

42.8結(jié)論和未來發(fā)展趨勢(shì)………………………………554

致謝………………………………………………………………555

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………556