Vehicle Dynamics and Control

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出版者:Springer Verlag
作者:Rajamani, Rajesh
出品人:
页数:504
译者:
出版时间:2005-10
价格:$ 157.07
装帧:HRD
isbn号码:9780387263960
丛书系列:
图书标签:
  • 工程
  • Vehicle Dynamics
  • Control Systems
  • Automotive Engineering
  • Mechanical Engineering
  • Transportation Engineering
  • Modeling
  • Simulation
  • Stability
  • Handling
  • Ride Comfort
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具体描述

This is the first ever book that provides a comprehensive coverage of automotive control systems. The presentation of dynamic models in the text is also unique. The dynamic models are tractable while retaining the level of richness that is necessary for control system design. Much of the mateiral in the book is not available in any other text.

《车辆动力学与控制》 本书深入探讨了车辆在运动过程中所表现出的复杂行为,以及如何通过精确的控制策略来优化和提升其性能。我们将从基础的车辆运动学出发,逐步深入到动力学原理,为您勾勒出一幅详尽的车辆运动图景。 第一部分:车辆运动学基础 本部分将聚焦于描述车辆运动的几何和运动学特性,而暂不考虑引起这些运动的力。 1.1 车辆几何与坐标系: 我们将首先建立一套标准的车辆坐标系,包括车体坐标系、大地坐标系等,并清晰定义车辆的关键几何参数,如轴距、轮距、质心位置等。理解这些参数是进行后续分析的基石。 1.2 车辆运动状态描述: 车辆的运动状态可以通过一系列参数来描述,包括位置(横坐标、纵坐标、航向角)和速度(纵向速度、横向速度、偏航角速度)。我们将详细阐述这些参数的定义及其相互关系。 1.3 轮胎的几何滑移: 轮胎是车辆与地面接触的唯一媒介,其滑移特性对车辆的整体动力学行为至关重要。我们将介绍轮胎的几何滑移概念,即轮胎在滚动过程中,与地面接触点的相对运动。 1.4 稳态转向特性(Steady-State Steering Characteristics): 在恒定转向角和恒定速度下,车辆表现出的运动状态被称为稳态转向。我们将分析车辆在稳态转向时的表现,例如转向不足(Understeer)和转向过度(Oversteer)现象,并探讨影响这些现象的关键因素,如轮胎侧偏刚度、悬架几何等。 1.5 稳态回转半径(Steady-State Turning Radius): 稳态回转半径是描述车辆在稳定转弯时的轨迹半径。我们将推导其计算公式,并分析其与车辆参数和行驶速度的关系。 1.6 瞬态响应(Transient Response): 车辆在受到突然的输入(如急打方向或制动)时的响应是瞬态响应。我们将初步介绍车辆在快速变化输入下的行为模式,为后续的动力学分析奠定基础。 第二部分:车辆动力学原理 本部分将引入力学原理,分析引起车辆运动的各种力,并建立车辆的动力学模型。 2.1 车辆质量分布与惯性: 车辆的质量分布及其惯性对车辆的运动响应有着深远影响。我们将讨论车辆的质心、转动惯量等参数,以及它们在车辆动力学中的作用。 2.2 轮胎力模型: 轮胎力是车辆动力学分析的核心。我们将详细介绍描述轮胎在纵向和侧向方向上产生力的各种模型,包括Pacejka模型等经典模型,以及这些模型如何反映轮胎的载荷、滑移率和外倾角等因素。 2.3 悬架系统动力学: 悬架系统连接车身与车轮,对车辆的平顺性、操控性和稳定性起着至关重要的作用。我们将分析悬架系统的基本组成、运动学特性,并引入其动力学模型,考虑弹簧、阻尼器的作用。 2.4 车辆悬架模型: 2.4.1 麦克弗逊悬架: 作为一种常见的独立悬架,我们将深入分析麦克弗逊悬架的结构、几何特性及其对车辆运动的影响。 2.4.2 双叉臂悬架: 另一种广泛应用的独立悬架,我们将探讨双叉臂悬架的优势和特点,以及其在不同应用场景下的表现。 2.4.3 多连杆悬架: 复杂的悬架系统,我们将分析多连杆悬架的组成及其如何通过巧妙的连杆设计来优化车轮的运动轨迹。 2.4.4 扭梁非独立悬架: 相对简单的非独立悬架,我们将介绍其结构特点和在成本与性能之间的权衡。 2.5 车辆动力学模型: 基于以上基础,我们将构建不同复杂度的车辆动力学模型。 2.5.1 龙格-库塔法(Runge-Kutta Method): 这是一种常用的数值积分方法,用于求解微分方程,我们将介绍如何利用龙格-库塔法来模拟车辆的动态行为。 2.5.2 线性车辆模型: 在小扰动下,车辆动力学系统可以近似为线性系统。我们将建立并分析线性车辆模型,以简化对车辆稳定性的研究。 2.5.3 仿真实车模型: 对于更复杂的非线性行为,我们将介绍如何构建更加逼真的车辆仿真模型,以捕捉更广泛的行驶工况。 2.6 车辆的稳定性分析(Vehicle Stability Analysis): 车辆的稳定性是安全行驶的前提。我们将深入研究车辆在不同工况下的稳定性,包括固有稳定性(如纵向稳定性、横向稳定性)和可控性。 2.7 车辆操纵性分析(Vehicle Handling Analysis): 车辆操纵性是指驾驶员通过方向盘、油门和制动踏板等输入,对车辆运动状态进行精确控制的能力。我们将分析影响车辆操纵性的关键因素,如响应速度、转向精度、抗侧倾能力等。 第三部分:车辆控制理论与应用 本部分将引入控制理论,探讨如何设计控制策略来改善车辆的动力学性能,并实现各种先进的车辆功能。 3.1 控制理论基础: 我们将回顾一些基础的控制理论概念,如反馈控制、前馈控制、PID控制等,为后续的车辆控制算法铺平道路。 3.2 电子稳定程序(Electronic Stability Program, ESP): ESP是当前汽车安全领域最重要的主动安全系统之一。我们将详细介绍ESP的工作原理,包括其如何监测车辆的运动状态,以及如何通过制动干预来纠正车辆的失控行为。 3.3 牵引力控制系统(Traction Control System, TCS): TCS旨在防止车辆在加速过程中车轮打滑,提高加速性能和行驶稳定性。我们将分析TCS的工作原理和控制策略。 3.4 防抱死制动系统(Anti-lock Braking System, ABS): ABS能够防止车轮在制动过程中抱死,从而保持车辆的转向能力并缩短制动距离。我们将深入讲解ABS的控制算法及其对制动性能的影响。 3.5 主动转向系统(Active Steering Systems): 主动转向系统可以通过电子方式调整转向比或直接控制转向角度,以提升车辆的操控性和稳定性。我们将探讨不同类型的主动转向系统的设计理念和控制方法。 3.6 自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC): ACC系统能够根据前方车辆的速度和距离自动调整本车的速度,以维持安全车距。我们将分析ACC系统的传感器、决策逻辑和控制算法。 3.7 车辆动力学控制器的设计: 除了上述提到的具体系统,我们还将讨论通用的车辆动力学控制器设计方法,包括模型预测控制(MPC)、鲁棒控制等,以及如何将这些先进的控制理论应用于实际的车辆控制问题。 通过对以上内容的系统学习,读者将能够深刻理解车辆的运动本质,掌握分析和评估车辆性能的方法,并对如何设计和实现先进的车辆控制系统有一个全面的认识。本书适合汽车工程、机械工程、自动化等相关专业的学生、研究人员以及汽车行业的工程师阅读。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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坦白讲,这本书的阅读体验是充满挑战,但也极其充实的。它绝不是那种可以轻松“扫”一遍的书籍,更像是一场需要投入大量精力和耐心的智力攀登。作者在推导过程中使用的数学工具非常扎实,涉及到大量微分方程和线性代数,这对于那些想深入理解控制算法的读者来说是福音,但对于只求了解概念的初学者可能需要反复咀嚼。我花了相当长的时间来消化关于“非线性动力学模型”的那几章,作者没有回避任何数学上的严谨性,直接将最原始、最底层的方程摆在了我们面前。这一点我非常欣赏,因为它迫使我不能仅仅满足于调用现成的库函数,而是必须理解这些函数背后是如何运作的。更值得一提的是,书中对于“抬高地面反馈”的讨论,提供了许多关于传感器选择和信号处理的实用建议,这在许多同类书籍中常常被一笔带过。虽然过程有些艰涩,但每当攻克一个难点,那种豁然开朗的感觉,是其他轻松读物无法给予的。这本书,是献给那些真正想“搞明白”车辆的硬核爱好者的。

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这本书的独特之处在于它极其强调“系统集成”的视角,而非仅仅停留在单一子系统的分析。我印象最深的是关于主动悬架控制策略的那一章节。作者并没有孤立地讨论减震器的调校,而是将其置于整个车辆的姿态控制框架下进行考量——如何通过实时调整悬架的刚度和阻尼,去优化抓地力分配,从而在不损害乘坐舒适性的前提下提升极限操控表现。这种跨学科的整合能力,是许多纯粹的理论书籍所欠缺的。书中对“滑模控制”和“LQR”在车辆侧倾和俯仰控制中的应用对比分析尤为精彩,它不仅给出了数学模型,还细致地分析了每种方法在计算资源消耗和鲁棒性上的权衡。我尝试将书中的某些控制框图应用到我自己的仿真项目中,发现作者的参数设定和系统假设非常贴近实际工况,这极大地提高了我的建模效率。这本书更像是一本高级工程师的“工具箱”,里面装载的不是简单的螺丝刀,而是精密的数控机床。

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这本书的排版和索引设计体现了编者对用户体验的深刻理解。通常一本厚重的技术专著,查找特定公式或定义是一件令人头疼的事情,但这本书的页边距处理得非常好,关键术语和公式都有清晰的标注和编号,方便引用和交叉参考。我特别喜欢书中附带的“典型参数数据集”附录,这在理论研究中是极其宝贵的资源。作者没有仅仅停留在理论推导,而是提供了数个不同类型车辆(从乘用车到卡车)的关键几何尺寸和质量分布参数,这使得我们可以立即将书中学习到的控制算法投入到仿真验证中,而不需要花费数周时间去手动收集或估计这些基础数据。这极大地缩短了从“阅读”到“实践”的距离。这本书的价值不仅在于它教授了知识,更在于它提供了一个可以直接投入使用的、经过验证的起点,这份用心,绝对值得称赞。

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我必须指出,这本书的语言风格带着一种强烈的“工程务实主义”色彩。作者的行文极其简洁,几乎没有多余的修饰词汇,所有内容都直奔主题,直指问题的核心。这使得阅读速度可以很快,但前提是你必须对前置知识有扎实的储备。对于我这样有一定行业经验的读者来说,这种高效的表达方式是极大的加分项,它节省了我大量时间去过滤不必要的背景介绍。然而,我也注意到,对于完全没有车辆工程背景的新手来说,开篇可能会略显陡峭。例如,在介绍“平移和旋转运动耦合”时,作者假定读者已经熟悉欧拉角和四元数的转换关系,并直接进入了复杂的耦合方程求解。如果能增加一个更详尽的数学预备章节,相信这本书的受众面会更广。但总而言之,它成功地在学术的深度和工程的实用性之间找到了一个非常微妙的平衡点,它不屑于提供肤浅的概述,只专注于提供可验证、可实现的解决方案。

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这本书的封面设计颇具匠心,那种深沉的蓝色调,配上银灰色的字体,立刻营造出一种严谨而专业的氛围。我刚翻开目录,就被那种清晰的逻辑结构所吸引。作者显然对车辆运动学的复杂性有着深刻的理解,从基础的轮胎模型、悬架几何,到高级的车辆稳定性分析,每一个章节的过渡都显得自然而然。我特别欣赏作者在阐述理论时,总是能结合实际的工程应用案例。比如,在讲解侧向力传递时,他不仅仅停留在数学公式的推导,而是会深入分析不同路面摩擦系数对车辆极限操控的影响,这对于我们这些想把理论转化为实践的工程师来说,无疑是极大的帮助。书中插图的质量也非常高,那些三维的力学模型图,清晰地展示了复杂的受力分析过程,让我这种习惯于视觉学习的读者能更快地抓住核心要点。总的来说,它更像是一位经验丰富的老教授,循循善诱地带领我们走进车辆动力学这座宏伟的殿堂,而不是一本冷冰冰的教科书。读完前几章,我已经感觉自己对车辆的“脾气秉性”有了更深一层的洞察。

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还是不错的,有些启发。有关“行驶动力学、车辆跟随系统、悬架设计”。

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还是不错的,有些启发。有关“行驶动力学、车辆跟随系统、悬架设计”。

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还是不错的,有些启发。有关“行驶动力学、车辆跟随系统、悬架设计”。

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还是不错的,有些启发。有关“行驶动力学、车辆跟随系统、悬架设计”。

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还是不错的,有些启发。有关“行驶动力学、车辆跟随系统、悬架设计”。

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