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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