內容簡介
本叢書對車輛系統動力學建模、分析與最佳化,車輛概念和空氣動力學,充氣輪胎和車輪-道路/越野,車輛子系統建模,車輛動力學和主動安全,人機相互作用,智慧型車輛系統,以及車輛事故重建被動安全進行了全面描述。
本叢書由來自23所大學與9家知名企業的50餘位專家共同編寫,以科學界與工業界的視角對知識結構進行了平衡,代表了目前車輛系統動力學技術發展的水平,適合汽車工程師與汽車專業師生閱讀使用。
圖書目錄
2.2運動學………………………………………14
2.2.1車輛運動學坐標系……………………14
2.2.2慣性坐標系的剛體
運動學……………16
2.2.3移動坐標系的剛體
運動學……………21
2.2.4剛體系統運動學…………………………22
2.3動力學…………………………………………24
2.3.1慣性性質……………………………………24
2.3.2Newton-Euler方程…………………… 25
2.3.3d′Alember和Joudran原理………… 26
2.3.4能量考慮和Lagrange方程……………28
2.4運動方程………………………………………30
2.5多體系統體系……………………………… 32
2.5.1非遞歸體系…………………………………33
2.5.2遞歸體系……………………………………36
參考文獻……………………………………………39
第3章仿真算法和軟體工具……………………41
3.1引言………………………………………………41
3.2基本仿真算法…………………………………42
3.2.1靜態分析…………………………………… 42
3.2.2線性化……………………………………… 43
3.2.3時間積分…………………………………… 44
3.3通用模型方程的結構……………………… 46
3.3.1柔性多體系統………………………………46
3.3.2內部狀態變數………………………………46
3.3.3時間事件…………………………………… 47
3.3.4運動學閉環…………………………………47
3.3.5先進的DAE模型………………………… 49
3.3.6小結………………………………………… 50
3.4車輛系統動力學的DAE時間
積分…………………………………………………51
3.4.1基於ODE方法的DAE
時間積分………………………………………… 52
3.4.2指標減縮和投影…………………………53
3.4.3GEAR-Gupta-Leimkuhler
體系…………………………………………………56
3.4.4先進的DAE模型…………………………57
3.4.5小結…………………………………………58
3.5多物理問題的仿真算法和工具……… 58
3.5.1多體系統仿真工具的擴展……………58
3.5.2通用的仿真工具和
建模語言…………………………………………60
3.5.3模擬器耦合………………………………60
3.5.4小結…………………………………………63
致謝……………………………………………… 63
參考文獻………………………………………… 63
第4章採用有限元的非線性
固體力學………………………………………… 66
4.1引言…………………………………………… 66
4.2線性問題………………………………………66
4.3非線性問題……………………………………68
4.3.1解策略………………………………………69
4.3.2解法…………………………………………71
4.4連續體力學………………………………… 71
4.4.1平衡的強和弱形式………………………72
4.4.2變形梯度……………………………………73
4.4.3變形張量……………………………………74
4.4.4應變率………………………………………75
4.4.5應變度量……………………………………78
4.4.6應力度量……………………………………80
4.5虛功方程的非線性表示………………… 81
4.5.1TL方法……………………………………… 82
4.5.2UL方法………………………………………83
4.6本構關係………………………………………85
4.6.1線性彈性行為…………………………… 86
4.6.2非線性彈性行為…………………………87
4.6.3非彈性行為……………………………… 88
4.6.4大應變彈塑性…………………………… 95
4.7有限元解法…………………………………100
4.7.1平衡方程的有限元
線性化…………………………………………… 102
4.7.2固體單元的矩陣方程………………… 103
4.8特殊問題…………………………………… 105
4.8.1非線性斷裂力學…………………………105
4.8.2接觸力學……………………………………107
4.9結論……………………………………………109
參考文獻………………………………………… 110
第5章非線性車輛動力學…………………… 112
5.1引言…………………………………………… 112
5.2車輛動力學問題的描述………………… 114
5.3具有常參數的非線性自治動態
系統的幾何………………………………………115
5.3.1一些定義………………………………… 115
5.3.2穩定性概念………………………………116
5.3.3平衡解…………………………………… 119
5.4參數依賴系統和分岔……………………126
5.5中心流形減少定理……………………… 129
5.6隨機動力學和噪聲的影響………………129
5.7非光滑系統………………………………… 133
5.8車輛動態系統的數值分析………………137
5.8.1光滑問題的數值解………………………137
5.8.2不連續性的數值解………………………140
5.8.3數值計算車輛動態問題穩定
分支的一種方法…………………………………145
5.9車輛系統動力學指南………………………147
致謝………………………………………………… 148
參考文獻……………………………………………148
第6章控制與識別…………………………………151
6.1狀態模型…………………………………………151
6.1.1引言…………………………………………… 151
6.1.2線性動態系統的狀態表示……………… 151
6.1.3狀態空間系統變換…………………………154
6.1.4傳遞函式矩陣…………………………………155
6.1.5LTI系統穩定性……………………………… 156
6.1.6可控性和可觀測性…………………………156
6.2狀態反饋控制設計……………………………158
6.2.1基於極點配置的狀態反饋………………158
6.2.2採用觀測器的狀態估計………………… 163
6.3最優控制…………………………………………167
6.3.1Riccati方程……………………………………167
6.3.2T→∞的Riccati方程…………………………168
6.3.3Q-R選擇…………………………………………169
6.4識別-試驗建模………………………………… 173
6.4.1引言………………………………………………173
6.4.2基礎(現實、系統和模型)………………… 174
6.4.3模型驗證…………………………………………175
6.4.4離散時間信號和系統基礎……………………175
6.4.5機率和隨機學基礎………………………………176
6.5識別方法………………………………………………180
6.5.1輸入信號和持續激勵……………………………180
6.5.2非參數建模…………………………………………180
6.5.3參數模型……………………………………………181
6.5.4黑箱與灰箱模型………………………………… 188
6.5.5非線性建模…………………………………………188
6.5.6逐步識別過程………………………………………190
6.6非線性控制設計………………………………………192
6.6.1線性化…………………………………………………193
6.6.2反饋線性化……………………………………………194
6.6.3魯棒控制………………………………………………198
6.7狀態估計再審視………………………………………200
6.7.1Kalman濾波器………………………………………200
6.7.2滑模觀測器……………………………………………205
參考文獻………………………………………………………207
第7章執行器和感測器………………………………………209
7.1引言……………………………………………………………209
7.2車輛動力學和控制………………………………………209
7.2.1控制分類…………………………………………………209
7.2.2懸架控制…………………………………………………210
7.2.3轉向控制…………………………………………………210
7.2.4驅動控制…………………………………………………211
7.2.5車輛動力學控制中的
感測器和執行器………………………………………………212
7.3執行器建模…………………………………………………213
7.3.1電動機分類………………………………………………213
7.3.2DC電動機………………………………………………213
7.3.3AC電動機………………………………………………214
7.3.4步進電動機………………………………………………215
7.3.5旋轉到橫向運動的轉換……………………………215
7.3.6液壓執行器………………………………………………216
7.4執行器的套用………………………………………………218
7.4.1振動控制…………………………………………………218
7.4.2轉向控制…………………………………………………219
7.4.3前轉向角主動控制系統……………………………220
7.5用於汽車控制的感測器……………………………223
7.5.1感測器………………………………………………223
7.5.2用於檢測車輛自身的感測器……………………223
7.5.3用於檢測車輛環境的感測器……………………225
致謝……………………………………………………………226
參考文獻……………………………………………………226
第8章地面車輛系統最佳化………………………………228
8.1引言………………………………………………228
8.2基礎………………………………………………229
8.2.1最佳化問題的描述…………………………………229
8.2.2求解方法……………………………………………231
8.2.3基於可靠性的設計最佳化………………………235
8.2.4Pareto最佳化集的分析…………………………236
8.2.5用於工程設計最佳化的商業軟體…………… 236
8.3道路車輛和子系統的最佳化設計……………… 238
8.3.1車輛系統動態行為…………………………… 238
8.3.2動力傳動設計……………………………………238
8.3.3內燃機設計………………………………………239
8.3.4安全和行駛平順性……………………………239
8.3.5車輛系統設計和輕量化結構………………240
8.3.6車輛電子控制的集成…………………………241
8.4車輛動態行為的最佳化……………………………242
8.5結論………………………………………………245
參考文獻………………………………………………245
第9章汽車部件的疲勞和結構耐久性……………251
9.1結構耐久性…………………………………………252
9.1.1影響參數………………………………………………254
9.1.2循環數據………………………………………………256
9.1.3部件設計/評價………………………………………260
9.1.4耐久載荷………………………………………………265
9.2載荷數據和應力數據獲取…………………………271
9.2.1載荷數據獲取………………………………………………271
9.2.2應力數據獲取………………………………………………273
9.3用於評價和測試的載荷
導出與生成…………………………………………………………274
9.3.1疲勞壽命基礎和影響……………………………………275
9.3.2測試外推………………………………………………………279
9.3.3載荷時間序列的縮短………………………………………280
9.3.4載荷數據合成………………………………………………281
9.3.5標準載荷序列CARLOS TC…………………………… 285
9.4通過實驗室道路模擬的加速
壽命測試……………………………………………………………289
9.4.1道路試驗和道路模擬……………………………………289
9.4.2被測試系統的定義………………………………………290
9.4.3載荷檔案的開發……………………………………………291
9.4.4試驗結果評價………………………………………………292
參考文獻……………………………………………………………293
第10章車輛中機電裝置的可靠性
評價…………………………………………………………………297
10.1引言……………………………………………………………297
10.2可靠性的一般方面………………………………………………297
10.2.1定量可靠性………………………………………………298
10.2.2定性方法——失效模式和
影響分析………………………………………………303
10.3早期開發階段的可靠性評價……………………………304
10.3.1開發過程和V模型………………………………………305
10.3.2機電系統早期開發階段的
可靠性方法…………………………………………………………305
10.4主動降噪系統的數值靈敏度
分析和可靠性研究………………………………………………309
10.4.1性能評價………………………………………………310
10.4.2靈敏度分析………………………………………………311
10.4.3影響可靠性的因素………………………………………………311
10.4.4壽命估計………………………………………………314
10.5結論………………………………………………314