車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)手冊(cè) 第1卷：基礎(chǔ)理論和方法

2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)………………………………………14

2.2.1車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系……………………14

2.2.2慣性坐標(biāo)系的剛體

運(yùn)動(dòng)學(xué)……………16

2.2.3移動(dòng)坐標(biāo)系的剛體

運(yùn)動(dòng)學(xué)……………21

2.2.4剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)…………………………22

2.3動(dòng)力學(xué)…………………………………………24

2.3.1慣性性質(zhì)……………………………………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(yùn)動(dòng)方程………………………………………30

2.5多體系統(tǒng)體系………………………………  32

2.5.1非遞歸體系…………………………………33

2.5.2遞歸體系……………………………………36

參考文獻(xiàn)……………………………………………39

第3章仿真算法和軟件工具……………………41

3.1引言………………………………………………41

3.2基本仿真算法…………………………………42

3.2.1靜態(tài)分析…………………………………… 42

3.2.2線性化………………………………………  43

3.2.3時(shí)間積分…………………………………… 44

3.3通用模型方程的結(jié)構(gòu)……………………… 46

3.3.1柔性多體系統(tǒng)………………………………46

3.3.2內(nèi)部狀態(tài)變量………………………………46

3.3.3時(shí)間事件…………………………………… 47

3.3.4運(yùn)動(dòng)學(xué)閉環(huán)…………………………………47

3.3.5先進(jìn)的DAE模型………………………… 49

3.3.6小結(jié)………………………………………… 50

3.4車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的DAE時(shí)間

積分…………………………………………………51

3.4.1基于ODE方法的DAE

時(shí)間積分………………………………………… 52

3.4.2指標(biāo)減縮和投影…………………………53

3.4.3GEAR-Gupta-Leimkuhler

體系…………………………………………………56

3.4.4先進(jìn)的DAE模型…………………………57

3.4.5小結(jié)…………………………………………58

3.5多物理問(wèn)題的仿真算法和工具……… 58

3.5.1多體系統(tǒng)仿真工具的擴(kuò)展……………58

3.5.2通用的仿真工具和

建模語(yǔ)言…………………………………………60

3.5.3模擬器耦合………………………………60

3.5.4小結(jié)…………………………………………63

致謝………………………………………………  63

參考文獻(xiàn)………………………………………… 63

第4章采用有限元的非線性

固體力學(xué)………………………………………… 66

4.1引言…………………………………………… 66

4.2線性問(wèn)題………………………………………66

4.3非線性問(wèn)題……………………………………68

4.3.1解策略………………………………………69

4.3.2解法…………………………………………71

4.4連續(xù)體力學(xué)………………………………… 71

4.4.1平衡的強(qiáng)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(yīng)變率………………………………………75

4.4.5應(yīng)變度量……………………………………78

4.4.6應(yīng)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(gòu)關(guān)系………………………………………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(yīng)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(wèn)題…………………………………… 105

4.8.1非線性斷裂力學(xué)…………………………105

4.8.2接觸力學(xué)……………………………………107

4.9結(jié)論……………………………………………109

參考文獻(xiàn)………………………………………… 110

第5章非線性車輛動(dòng)力學(xué)…………………… 112

5.1引言…………………………………………… 112

5.2車輛動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的描述………………… 114

5.3具有常參數(shù)的非線性自治動(dòng)態(tài)

系統(tǒng)的幾何………………………………………115

5.3.1一些定義………………………………… 115

5.3.2穩(wěn)定性概念………………………………116

5.3.3平衡解…………………………………… 119

5.4參數(shù)依賴系統(tǒng)和分岔……………………126

5.5中心流形減少定理……………………… 129

5.6隨機(jī)動(dòng)力學(xué)和噪聲的影響………………129

5.7非光滑系統(tǒng)………………………………… 133

5.8車輛動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)值分析………………137

5.8.1光滑問(wèn)題的數(shù)值解………………………137

5.8.2不連續(xù)性的數(shù)值解………………………140

5.8.3數(shù)值計(jì)算車輛動(dòng)態(tài)問(wèn)題穩(wěn)定

分支的一種方法…………………………………145

5.9車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)指南………………………147

致謝………………………………………………… 148

參考文獻(xiàn)……………………………………………148

第6章控制與識(shí)別…………………………………151

6.1狀態(tài)模型…………………………………………151

6.1.1引言…………………………………………… 151

6.1.2線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)表示……………… 151

6.1.3狀態(tài)空間系統(tǒng)變換…………………………154

6.1.4傳遞函數(shù)矩陣…………………………………155

6.1.5LTI系統(tǒng)穩(wěn)定性……………………………… 156

6.1.6可控性和可觀測(cè)性…………………………156

6.2狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì)……………………………158

6.2.1基于極點(diǎn)配置的狀態(tài)反饋………………158

6.2.2采用觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)………………… 163

6.3最優(yōu)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(shí)別-試驗(yàn)建模………………………………… 173

6.4.1引言………………………………………………173

6.4.2基礎(chǔ)(現(xiàn)實(shí)、系統(tǒng)和模型)………………… 174

6.4.3模型驗(yàn)證…………………………………………175

6.4.4離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)基礎(chǔ)……………………175

6.4.5概率和隨機(jī)學(xué)基礎(chǔ)………………………………176

6.5識(shí)別方法………………………………………………180

6.5.1輸入信號(hào)和持續(xù)激勵(lì)……………………………180

6.5.2非參數(shù)建模…………………………………………180

6.5.3參數(shù)模型……………………………………………181

6.5.4黑箱與灰箱模型………………………………… 188

6.5.5非線性建?！?88

6.5.6逐步識(shí)別過(guò)程………………………………………190

6.6非線性控制設(shè)計(jì)………………………………………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(tài)估計(jì)再審視………………………………………200

6.7.1Kalman濾波器………………………………………200

6.7.2滑模觀測(cè)器……………………………………………205

參考文獻(xiàn)………………………………………………………207

第7章執(zhí)行器和傳感器………………………………………209

7.1引言……………………………………………………………209

7.2車輛動(dòng)力學(xué)和控制………………………………………209

7.2.1控制分類…………………………………………………209

7.2.2懸架控制…………………………………………………210

7.2.3轉(zhuǎn)向控制…………………………………………………210

7.2.4驅(qū)動(dòng)控制…………………………………………………211

7.2.5車輛動(dòng)力學(xué)控制中的

傳感器和執(zhí)行器………………………………………………212

7.3執(zhí)行器建?！?13

7.3.1電動(dòng)機(jī)分類………………………………………………213

7.3.2DC電動(dòng)機(jī)………………………………………………213

7.3.3AC電動(dòng)機(jī)………………………………………………214

7.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)………………………………………………215

7.3.5旋轉(zhuǎn)到橫向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換……………………………215

7.3.6液壓執(zhí)行器………………………………………………216

7.4執(zhí)行器的應(yīng)用………………………………………………218

7.4.1振動(dòng)控制…………………………………………………218

7.4.2轉(zhuǎn)向控制…………………………………………………219

7.4.3前轉(zhuǎn)向角主動(dòng)控制系統(tǒng)……………………………220

7.5用于汽車控制的傳感器……………………………223

7.5.1傳感器………………………………………………223

7.5.2用于檢測(cè)車輛自身的傳感器……………………223

7.5.3用于檢測(cè)車輛環(huán)境的傳感器……………………225

致謝……………………………………………………………226

參考文獻(xiàn)……………………………………………………226

第8章地面車輛系統(tǒng)優(yōu)化………………………………228

8.1引言………………………………………………228

8.2基礎(chǔ)………………………………………………229

8.2.1優(yōu)化問(wèn)題的描述…………………………………229

8.2.2求解方法……………………………………………231

8.2.3基于可靠性的設(shè)計(jì)優(yōu)化………………………235

8.2.4Pareto優(yōu)化集的分析…………………………236

8.2.5用于工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的商業(yè)軟件…………… 236

8.3道路車輛和子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)……………… 238

8.3.1車輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為…………………………… 238

8.3.2動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………238

8.3.3內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)………………………………………239

8.3.4安全和行駛平順性……………………………239

8.3.5車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)和輕量化結(jié)構(gòu)………………240

8.3.6車輛電子控制的集成…………………………241

8.4車輛動(dòng)態(tài)行為的優(yōu)化……………………………242

8.5結(jié)論………………………………………………245

參考文獻(xiàn)………………………………………………245

第9章汽車部件的疲勞和結(jié)構(gòu)耐久性……………251

9.1結(jié)構(gòu)耐久性…………………………………………252

9.1.1影響參數(shù)………………………………………………254

9.1.2循環(huán)數(shù)據(jù)………………………………………………256

9.1.3部件設(shè)計(jì)/評(píng)價(jià)………………………………………260

9.1.4耐久載荷………………………………………………265

9.2載荷數(shù)據(jù)和應(yīng)力數(shù)據(jù)獲取…………………………271

9.2.1載荷數(shù)據(jù)獲取………………………………………………271

9.2.2應(yīng)力數(shù)據(jù)獲取………………………………………………273

9.3用于評(píng)價(jià)和測(cè)試的載荷

導(dǎo)出與生成…………………………………………………………274

9.3.1疲勞壽命基礎(chǔ)和影響……………………………………275

9.3.2測(cè)試外推………………………………………………………279

9.3.3載荷時(shí)間序列的縮短………………………………………280

9.3.4載荷數(shù)據(jù)合成………………………………………………281

9.3.5標(biāo)準(zhǔn)載荷序列CARLOS TC…………………………… 285

9.4通過(guò)實(shí)驗(yàn)室道路模擬的加速

壽命測(cè)試……………………………………………………………289

9.4.1道路試驗(yàn)和道路模擬……………………………………289

9.4.2被測(cè)試系統(tǒng)的定義………………………………………290

9.4.3載荷文件的開(kāi)發(fā)……………………………………………291

9.4.4試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)………………………………………………292

參考文獻(xiàn)……………………………………………………………293

第10章車輛中機(jī)電裝置的可靠性

評(píng)價(jià)…………………………………………………………………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(kāi)發(fā)階段的可靠性評(píng)價(jià)……………………………304

10.3.1開(kāi)發(fā)過(guò)程和V模型………………………………………305

10.3.2機(jī)電系統(tǒng)早期開(kāi)發(fā)階段的

可靠性方法…………………………………………………………305

10.4主動(dòng)降噪系統(tǒng)的數(shù)值靈敏度

分析和可靠性研究………………………………………………309

10.4.1性能評(píng)價(jià)………………………………………………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(jì)………………………………………………314

10.5結(jié)論………………………………………………314