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第1章 系统与仿真方法1

1.1 系统描述1

1.1.1 系统的含义1

1.1.2 系统的共性1

1.2 系统的属性与研究3

1.2.1 自然系统与工程系统3

1.2.2 真实系统与模型系统3

1.2.3 相关研究4

1.3 系统模型的特征4

1.3.1 系统模型的输入-输出特征5

1.3.2 系统模型的状态特征5

1.4 系统模型的类型6

1.4.1 静态系统6

1.4.2 动态系统7

1.4.3 控制系统8

1.4.4 离散系统10

1.4.5 事件驱动系统13

1.5 系统的建模方法14

1.5.1 机理建模法15

1.5.2 实验建模法15

1.5.3 统计分析法17

1.5.4 机理-实验混合建模法18

1.5.5 离散系统建模法20

1.5.6 连续-离散混合建模法21

1.6 系统模型的适用范围21

1.6.1 由简化模型产生的适用范围21

1.6.2 由实验或统计数据产生的适用范围22

1.7 系统仿真22

1.7.1 系统仿真的分类22

1.7.2 仿真实验24

1.7.3 系统仿真结构图25

1.8 仿真的校核、验证和认可26

1.9 仿真软件27

1.9.1 仿真程序27

1.9.2 仿真工具28

1.9.3 一体化仿真环境28

1.10 思考题29

参考文献29

第2章 连续系统的建模与仿真30

2.1 连续系统的建模30

2.1.1 自治系统31

2.1.2 输入信号模型32

2.2 连续系统的数值求解34

2.2.1 初值问题求解34

2.2.2 欧拉法35

2.2.3 龙格-库塔法37

2.3 基于传递函数的建模40

2.3.1 传递函数40

2.3.2 传递函数结构图42

2.3.3 连续系统典型传递函数43

2.4 建模与仿真工具（MATLAB/Simulink）46

2.4.1 MATLAB46

2.4.2 Simulink50

2.5 思考题58

参考文献58

第3章 离散系统的建模与仿真59

3.1 离散系统59

3.1.1 离散事件系统的组成59

3.1.2 离散事件系统的仿真方法60

3.1.3 离散事件系统仿真的一般步骤60

3.2 随机变量60

3.2.1 随机信号的采集及模型61

3.2.2 随机数的产生64

3.2.3 随机变量的生成64

3.3 随机过程70

3.3.1 随机过程的概念70

3.3.2 随机过程的产生71

3.4 排队模型73

3.4.1 排队系统73

3.4.2 单通道服务排队系统74

3.4.3 多通道服务排队系统76

3.4.4 多类顾客排队系统80

3.4.5 Jackson排队网络80

3.4.6 排队系统仿真81

3.5 思考题83

参考文献83

第4章 车辆与交通环境系统84

4.1 交通系统的构成及特征84

4.1.1 交通系统的构成84

4.1.2 交通系统的特征85

4.2 车辆与交通环境的构成86

4.3 车辆系统86

4.3.1 车辆开环系统87

4.3.2 车辆闭环系统88

4.4 “人-车-路-环”控制系统89

4.5 机动车交通流系统91

4.5.1 路网系统的描述92

4.5.2 车流系统的描述93

4.6 非机动车流系统94

4.6.1 自行车流系统94

4.6.2 电动自行车流系统96

4.7 行人系统96

4.7.1 行人的特征及分类97

4.7.2 行人交通的基本特征99

4.8 道路景观系统100

4.9 车辆与交通系统的仿真101

4.10 思考题102

参考文献103

第5章 车辆系统的建模与仿真104

5.1 车辆系统与模型104

5.2 车身模型105

5.2.1 三自由度车身模型106

5.2.2 六自由度车身模型107

5.3 发动机模型109

5.3.1 机理模型109

5.3.2 台架实验模型110

5.4 传动系模型110

5.4.1 手动变速器模型111

5.4.2 自动变速器模型111

5.5 转向系模型112

5.5.1 变速比模型113

5.5.2 动态模型113

5.6 制动系模型113

5.6.1 固定制动力分配模型114

5.6.2 比例阀制动力分配模型115

5.7 轮胎模型116

5.7.1 轮胎纵向力模型116

5.7.2 轮胎侧向力模型118

5.7.3 联合工况下的轮胎力模型120

5.8 悬架系模型121

5.8.1 悬架作用于车身的垂直载荷121

5.8.2 悬架作用于车身的力矩121

5.8.3 独立悬架作用于车身的载荷122

5.9 车辆行驶阻力模型123

5.10 车辆动力学仿真124

5.10.1 车辆纵向动力学仿真124

5.10.2 车辆横向动力学仿真128

5.10.3 车辆垂向动力学仿真129

5.10.4 车辆整车动力学仿真131

5.11 思考题133

参考文献133

第6章 车辆控制系统的建模与仿真134

6.1 车辆控制与智能系统134

6.2 车辆防抱死制动控制系统136

6.2.1 ABS的基本结构及控制原理137

6.2.2 ABS仿真模型139

6.2.3 ABS的仿真及应用142

6.3 车辆电子稳定控制系统143

6.3.1 ESP的基本结构及控制原理143

6.3.2 ESP仿真模型145

6.3.3 ESP的仿真及应用148

6.4 车辆自适应巡航控制系统149

6.4.1 车辆定速巡航控制150

6.4.2 车辆跟随控制151

6.4.3 ACC系统的仿真及应用152

6.5 硬件在环控制系统153

6.6 “人-车-路”控制系统154

6.6.1 驾驶任务155

6.6.2 驾驶人控制模型155

6.6.3 驾驶人转向控制模型156

6.6.4 驾驶人控制模型的发展159

6.6.5 “人-车-路”仿真系统的扩展159

6.7 思考题160

参考文献160

第7章 交通流系统的建模与仿真161

7.1 道路交通系统及仿真161

7.1.1 道路交通系统161

7.1.2 交通流仿真161

7.1.3 交通流仿真优势163

7.2 交通流建模相关理论164

7.2.1 交通流理论164

7.2.2 交通流特性166

7.2.3 交通流模型分类169

7.2.4 交通流建模的基本要素175

7.3 交通流的建模与仿真176

7.3.1 交通流建模方法176

7.3.2 交通生成模型181

7.3.3 自由行驶模型183

7.3.4 跟驰模型184

7.3.5 车道变换模型与超车模型190

7.3.6 交通排队模型195

7.4 行人的建模与仿真197

7.4.1 元胞自动机模型198

7.4.2 元胞自动机的构成198

7.4.3 引力模型200

7.4.4 社会力模型200

7.5 思考题203

参考文献203

第8章 道路交通环境三维虚拟仿真205

8.1 概述205

8.2 三维视景的建模基础理论205

8.2.1 计算机图形学理论在三维视景建模中的应用205

8.2.2 三维图形接口——常见三维图形API211

8.2.3 虚拟现实技术214

8.2.4 三维实体的基本建模方法215

8.3 交通静态视景建模方法217

8.3.1 交通视景分类217

8.3.2 道路视景的三维建模方法217

8.3.3 三维地形模型构建方法221

8.3.4 交通设施等实体建模方法228

8.3.5 交通视景状态建模方法229

8.4 交通动态视景建模方法230

8.4.1 典型交通情境的提炼230

8.4.2 动态交通事件设计理论基础231

8.4.3 动态交通事件触发条件232

8.4.4 交通情境动态生成基本方法233

8.4.5 基于脚本语言的交通情境建模234

8.5 思考题235

参考文献236

第9章 “人-车-路-环”驾驶模拟系统237

9.1 概述237

9.1.1 驾驶模拟器的发展237

9.1.2 驾驶模拟器的分类240

9.1.3 驾驶模拟器的组成242

9.2 驾驶舱系统243

9.2.1 数据采集系统243

9.2.2 信号处理244

9.2.3 驾驶舱运动控制系统245

9.2.4 数据采集与检测平台246

9.3 车辆动力学模型247

9.3.1 车辆动力学模型的构成247

9.3.2 车辆模型与其他系统的关系250

9.3.3 模拟器对车辆模型的要求250

9.3.4 车辆动力学仿真平台251

9.4 驾驶模拟器视景系统253

9.4.1 视景虚拟图像的生成253

9.4.2 实验场景的编辑256

9.4.3 实验场景的快速建模257

9.4.4 虚拟图像显示系统259

9.4.5 虚拟图像显示系统的标定262

9.5 交通动态环境的建模264

9.5.1 交通情景编辑264

9.5.2 外部交通流的导入266

9.6 驾驶模拟器仿真实验方法268

9.6.1 驾驶仿真心理学实验的特征269

9.6.2 驾驶模拟器仿真实验设计272

9.6.3 辅助仪器的使用273

9.6.4 驾驶模拟器仿真实验的有效性274

9.6.5 驾驶模拟器的晕车现象275

9.7 驾驶模拟系统的发展276

9.8 思考题277

参考文献277

第10章 驾驶模拟系统的应用279

10.1 车辆动力学仿真实验279

10.1.1 实验背景和目的279

10.1.2 仿真实验方法280

10.1.3 实验数据的处理与分析281

10.2 车辆控制系统仿真实验282

10.2.1 实验背景和目的282

10.2 2仿真实验方法282

10.2.3 实验数据的处理与分析283

10.3 道路线形评价仿真实验285

10.3.1 实验背景和目的285

10.3.2 仿真实验方法286

10.3.3 实验数据的处理与分析287

10.4 道路安全设施仿真评价289

10.4.1 实验背景和目的289

10.4.2 仿真实验方法290

10.4.3 实验数据的处理与分析292

10.5 交通诱导系统评价实验294

10.5.1 实验背景和目的294

10.5.2 仿真实验方法294

10.5.3 实验数据的处理与分析296

10.6 驾驶人注意容量测试实验298

10.6.1 实验背景和目的298

10.6.2 仿真实验方法298

10.6.3 实验数据的处理与分析302

10.7 驾驶人注意力需求测试实验303

10.7.1 实验背景和目的303

10.7.2 仿真实验方法304

10.7.3 实验数据的处理与分析306

10.8 思考题308

参考文献308