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第1章 汽车系统动力学基础 1

1.1 汽车系统动力学方程建立的传统方法 1

1.1.1 牛顿力学理论 2

1.1.2 分析力学理论 2

1.2 多刚体系统动力学建模方法简介 3

1.2.1 诞生与发展 3

1.2.2 多刚体系统动力学理论与方法 4

1.2.3 多刚体系统动力学方法在汽车系统建模中的应用实例 7

1.3 多柔体系统动力学建模方法简介 10

1.4 汽车系统动力学控制 12

参考文献 13

第2章 轮胎动力学 15

2.1 轮胎基本概念和模型 15

2.1.1 术语和概念 15

2.1.2 轮胎模型 16

2.2 轮胎纵向力学特性 18

2.2.1 轮胎滚动阻力 19

2.2.2 道路阻力 20

2.2.3 轮胎侧偏阻力 21

2.2.4 总的轮胎滚动阻力 22

2.2.5 滚动阻力系数 22

2.3 轮胎垂向力学特性 24

2.4 轮胎侧向力学特性 26

2.5 轮胎联合工况下的力学特性 27

参考文献 29

第3章 汽车纵向动力学及控制 30

3.1 汽车纵向动力学 30

3.1.1 汽车纵向受力分析 30

3.1.2 汽车纵向动力学方程 31

3.2 行驶阻力 32

3.2.1 空气阻力 32

3.2.2 坡道阻力 33

3.2.3 惯性阻力 33

3.3 防抱死制动系统 34

3.3.1 ABS简介 34

3.3.2 ABS基本结构及工作原理 34

3.3.3 ABS控制系统设计 36

3.4 驱动防滑控制 41

3.4.1 简介 41

3.4.2 驱动防滑控制方式 42

3.4.3 驱动防滑控制策略 43

3.4.4 驱动防滑控制系统动力学模型及仿真 45

3.5 汽车稳定性控制 46

3.5.1 VSC基本原理 47

3.5.2 VSC结构 48

3.5.3 改善汽车稳定性的几种控制方法 51

3.5.4 控制变量的选取 52

3.5.5 控制系统的结构 55

3.5.6 动力学模型 56

3.5.7 控制变量目标值设定 58

3.5.8 附加横摆力矩计算与决策 59

参考文献 64

附录 65

第4章 汽车垂向动力学及控制 66

4.1 汽车垂向动力学模型 66

4.1.1 概述 66

4.1.2 半车模型 66

4.2 路面输入模型 68

4.2.1 频域模型 69

4.2.2 时域模型 70

4.3 半主动悬架系统的设计 71

4.3.1 半主动悬架动力学模型 72

4.3.2 半主动悬架系统的集成优化设计 73

4.3.3 集成优化方法的实现 74

4.3.4 遗传算法的实现 76

4.3.5 LQG控制器的设计 77

4.3.6 仿真计算及结果分析 77

4.4 半主动悬架的时滞问题及其控制 80

4.4.1 时滞产生的原因及其影响 80

4.4.2 磁流变半主动悬架的时滞变结构控制 82

4.4.3 仿真计算及结果分析 87

4.4.4 试验验证 91

4.5 主动悬架系统的设计 93

4.5.1 主动悬架系统动力学模型 93

4.5.2 控制方案设计 94

4.5.3 多目标H2 / H∞混合控制 96

4.5.4 仿真研究 97

4.6 主动悬架控制器的降阶研究 102

4.6.1 7自由度整车模型 102

4.6.2 控制器设计 104

4.6.3 控制器降阶 105

4.6.4 仿真研究 108

参考文献 112

第5章 汽车侧向动力学及控制 114

5.1 汽车侧向动力学方程 114

5.2 操纵稳定性分析 116

5.2.1 稳态响应（稳态转向特性） 116

5.2.2 瞬态响应 118

5.2.3 横摆角速度频率响应特性 121

5.3 操纵稳定性评价 122

5.3.1 主观评价内容 122

5.3.2 试验评价内容 122

5.4 四轮转向系统及控制 123

5.4.1 四轮转向汽车控制目标 123

5.4.2 四轮转向汽车控制系统设计 124

5.4.3 四轮转向汽车多体动力学建模 128

5.4.4 仿真结果与分析 129

5.5 电动助力转向系统及控制 131

5.5.1 EPS模型 131

5.5.2 转向小齿轮的转向力矩模型 132

5.5.3 路面附着系数估计算法 136

5.5.4 控制策略设计 137

5.5.5 仿真计算及结果分析 140

5.5.6 硬件在环试验 141

5.6 自动车道保持系统 142

5.6.1 控制系统结构设计 143

5.6.2 期望横摆角速度生成 143

5.6.3 期望横摆角速度跟踪控制 145

5.6.4 控制算法仿真 147

5.6.5 试验验证 148

参考文献 152

第6章 系统耦合机理分析及整车动力学模型 154

6.1 概述 154

6.2 汽车底盘耦合机理分析 154

6.2.1 轮胎力的耦合 155

6.2.2 动态载荷分布的耦合 156

6.2.3 运动关系的耦合 157

6.2.4 结构参数与控制参数的耦合 157

6.3 面向集成控制的整车非线性耦合动力学模型 158

6.3.1 整车模型的建立 158

6.3.2 仿真模型 162

6.3.3 整车行驶平顺性仿真分析 164

6.3.4 整车操纵稳定性仿真分析 167

参考文献 169

第7章 集中式集成控制 171

7.1 集成控制的基本原理 171

7.2 汽车稳定控制系统的集成控制 173

7.2.1 质心侧偏角控制 173

7.2.2 路面参数识别 184

7.3 主动悬架和稳定控制集成系统的解耦控制 191

7.3.1 汽车模型 191

7.3.2 2自由度参考模型 193

7.3.3 侧向力模型 193

7.3.4 集成系统控制模型 193

7.3.5 解耦控制系统设计 194

7.3.6 集成系统相对阶计算 194

7.3.7 输入输出解耦控制器设计 196

7.3.8 干扰解耦控制器设计 197

7.3.9 闭环控制器设计 197

7.3.10 ASS控制器设计 198

7.3.11 VSC控制器设计 198

7.3.12 仿真计算及结果分析 199

7.3.13 硬件在环试验 204

7.4 电动助力转向与主动悬架系统在外界干扰作用下的H∞控制 206

7.4.1 整车动力学模型 206

7.4.2 EPS系统的数学模型 207

7.4.3 整车控制系统 208

7.4.4 仿真计算及结果分析 209

7.5 电动助力转向与主动悬架集成系统的预测控制 212

7.5.1 预测控制系统设计方案 212

7.5.2 约束条件 213

7.5.3 仿真计算与分析 214

7.6 电动助力转向与主动悬架系统的自适应集成控制 215

7.6.1 多变量系统的参数估计 216

7.6.2 多变量广义最小方差控制器设计 216

7.6.3 多变量自适应集成控制器的设计 217

7.6.4 仿真计算与结果分析 217

7.7 电动助力转向与主动悬架系统的解耦集成控制 218

7.7.1 解耦控制器的设计 218

7.7.2 仿真分析 220

7.8 汽车稳定性控制作用补偿的电动助力转向系统回正控制 223

7.8.1 VSC系统对EPS系统的影响分析 223

7.8.2 控制系统的设计 223

7.8.3 合力动态分配 224

7.8.4 回正力矩控制器设计 226

7.8.5 仿真计算 228

7.9 应用神经网络逆系统方法的多个子系统集成的解耦控制 230

7.9.1 控制系统模型 230

7.9.2 基于神经网络逆系统方法的解耦控制系统设计 232

7.9.3 仿真计算与结果分析 236

参考文献 239

第8章 分层式协调控制 241

8.1 分层式协调控制的基本原理 241

8.2 主动悬架和主动前轮转向系统的分层式协调控制 242

8.2.1 转向系统模型 243

8.2.2 控制器设计 244

8.2.3 仿真计算及结果分析 247

8.3 应用多刚体动力学模型的主动悬架和电动助力转向的分层式协调控制 249

8.3.1 系统建模 249

8.3.2 控制器设计 252

8.3.3 仿真计算与结果分析 254

8.4 主动悬架与防抱死制动系统的分层式协调控制 256

8.4.1 上层协调控制器决策指标的确定 256

8.4.2 上层协调控制器设计 257

8.4.3 仿真计算与结果分析 258

8.5 电动助力转向与防抱死制动系统的分层式协调控制 260

8.5.1 EPS与ABS协调控制的必要性 261

8.5.2 上层协调控制器决策指标的确定 261

8.5.3 上层协调控制器设计 262

8.5.4 仿真结果及分析 263

8.6 主动悬架与稳定性控制系统的分层式协调控制 264

8.6.1 系统模型的建立 264

8.6.2 分层协调控制器的设计 264

8.6.3 系统仿真 267

8.7 直接横摆力矩控制和四轮转向系统的分层式协调控制 270

8.7.1 概述 270

8.7.2 DYC和4WS的协调控制 271

8.7.3 仿真计算与结果分析 275

8.8 多个子系统集成的分层式协调控制 277

8.8.1 概述 277

8.8.2 控制器的设计 279

8.8.3 仿真与试验 283

8.9 采用博弈论和功能分配方法的多系统协调控制 287

8.9.1 底盘控制系统结构 287

8.9.2 悬架子系统控制器设计 287

8.9.3 转向子系统控制器设计 289

8.9.4 制动子系统控制器设计 289

8.9.5 上层协调控制器的设计 290

8.9.6 仿真计算与结果分析 292

参考文献 294

第9章 展望 295

参考文献 300