隨著電動汽車和智能駕駛技術的快速發(fā)展,市場對智能底盤的技術水平和性能要求不斷提高。本書順應智能底盤技術快速發(fā)展的需求,系統(tǒng)介紹了底盤技術的發(fā)展、智能底盤的內涵定義、核心智能執(zhí)行系統(tǒng)(智能電驅動系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、智能轉向系統(tǒng)、智能懸架系統(tǒng))的結構及原理、智能底盤的運動控制技術、智能底盤的冗余及容錯控制技術等基礎知識和關鍵技術前沿,并結合關鍵技術的仿真實踐將理論和工程實踐結合,進一步提升讀者對智能底盤關鍵技術的理解和應用。本書可作為車輛工程、智能汽車等相關專業(yè)的教材,也可供電動汽車及底盤零部件技術領域的工程師、研究人員等參考閱讀。
1.《汽車智能底盤原理及技術》緊扣電動汽車與智能駕駛發(fā)展脈搏,聚焦智能底盤這一汽車核心關鍵領域,全面展現(xiàn)最新研究成果與技術前沿,為汽車工程領域專業(yè)人士及愛好者提供深度知識盛宴。
2.《汽車智能底盤原理及技術》由清華大學張俊智教授領銜,匯聚多所高校、科研院所與知名企業(yè)精英團隊聯(lián)合編制,強大的作者陣容保障內容的權威性、專業(yè)性與先進性,融合學界理論深度與業(yè)界實踐經(jīng)驗。
3.《汽車智能底盤原理及技術》遵循 “循序漸進” 原則精心編排內容,從智能底盤的技術發(fā)展脈絡出發(fā),深入剖析關鍵智能執(zhí)行系統(tǒng)原理結構,再到運動控制、冗余容錯控制技術,最后結合仿真實踐,助力讀者系統(tǒng)且深入地理解與應用智能底盤技術。
隨著電動汽車和智能駕駛技術的快速發(fā)展,市場對智能底盤的技術水平和性能要求不斷提高。智能底盤作為汽車行駛的關鍵組成部分,其智能化、集成化水平直接決定了汽車的整體性能。本書總結了智能底盤技術領域的最新研究成果,全面系統(tǒng)地介紹了智能底盤關鍵執(zhí)行系統(tǒng)原理及結構、智能底盤運動控制技術、智能底盤冗余及容錯控制技術,力求所述內容具有較強的先進性、系統(tǒng)性。
本書在內容設計上“循序漸進”地呈現(xiàn)了智能底盤的關鍵核心技術。本書首先從智能底盤的技術發(fā)展來講解其新的定義和內涵,進一步講解了智能底盤的關鍵智能執(zhí)行系統(tǒng)—智能電驅動系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、智能轉向系統(tǒng)、智能懸架系統(tǒng)的工作原理及典型結構;然后從基于關鍵智能執(zhí)行系統(tǒng)的底盤運動控制開始進一步講解智能底盤縱橫垂協(xié)同控制技術和智能底盤級及子系統(tǒng)級的冗余設計及容錯控制技術;最后結合關鍵技術的仿真實踐將理論和工程實踐結合,進一步提升讀者對智能底盤新技術的理解和應用。
本書由清華大學車輛與運載學院張俊智教授牽頭,聯(lián)合多所高校、科研院所以及多家國內知名的整車企業(yè)及零部件企業(yè)共同編制完成。其中,清華大學張俊智教授、比亞迪汽車工業(yè)有限公司汽車工程研究院副院長凌和平任主編,中國科學院大學及中國科學院電工研究所王麗芳研究員、吳艷副研究員、北京理工大學陳瀟凱副教授、清華大學何承坤助理研究員任副主編。參加編寫的還有清華大學、比亞迪汽車工業(yè)有限公司、中國科學院電工研究所、北京理工大學、一汽解放汽車有限公司、一汽紅旗汽車有限公司、蜂巢智能轉向系統(tǒng)(江蘇)有限公司、蕪湖伯特利汽車安全系統(tǒng)股份有限公司、北京經(jīng)緯恒潤科技股份有限公司、上海保隆汽車科技股份有限公司、浙江孔輝汽車科技有限公司、南陽淅減汽車減振器有限公司、北京華智匯技術有限公司的相關科研人員。
懇請讀者對本書的內容和章節(jié)安排等提出寶貴意見,并對書中存在的錯誤及不當之處提出批評和修改建議,以便本書再版修訂時參考。
編 者
張俊智,清華大學車輛與運載學院教授,在國內率先開展車用能量回饋式制動系統(tǒng)、混合動力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)高精度動態(tài)負載模擬測試方面的研究工作,近年來共主持國家重點研發(fā)計劃、國家863、國家自然科學基金項目等項目10余項,發(fā)表SCI/EI論文150余篇,授權國家發(fā)明專利70余項,電動汽車制動能量回收方面的研究成果獲國家科學技術進步獎二等獎(排名1)、中國汽車工業(yè)科技發(fā)明一等獎(排名1)和北京市科學技術一等獎(排名1),混合動力方面的研究成果獲國家科技進步二等獎(排名3)、國家科技發(fā)明二等獎(排名4)和中國汽車工業(yè)技術進步一等獎(排名1)。
序
前言
第1章 概述 1
1.1 汽車底盤技術的發(fā)展 2
1.1.1 驅動系統(tǒng)的發(fā)展 2
1.1.2 制動系統(tǒng)的發(fā)展 5
1.1.3 轉向系統(tǒng)的發(fā)展 10
1.1.4 懸架系統(tǒng)的發(fā)展 14
1.1.5 底盤的發(fā)展趨勢 18
1.2 智能底盤的定義及屬性 21
1.2.1 智能底盤的定義與結構組成 21
1.2.2 智能底盤的屬性 22
本章習題 22
第2章 智能電驅動系統(tǒng) 25
2.1 智能電驅動系統(tǒng)基本結構與工作原理 26
2.1.1 智能電驅動系統(tǒng)基本結構 26
2.1.2 電機控制原理 33
2.2 集中式驅動系統(tǒng) 39
2.2.1 單電機驅動系統(tǒng) 40
2.2.2 多電機驅動系統(tǒng) 42
2.3 分布式驅動系統(tǒng) 45
2.3.1 輪邊電機驅動系統(tǒng) 45
2.3.2 輪轂電機驅動系統(tǒng) 49
本章習題 53
拓展閱讀 54
第3章 線控制動系統(tǒng) 56
3.1 線控制動系統(tǒng)工作原理 56
3.2 線控液壓制動系統(tǒng) 58
3.2.1 蓄能器式線控液壓系統(tǒng) 58
3.2.2 電動助力主缸式線控液壓系統(tǒng) 61
3.3 線控氣壓制動系統(tǒng) 66
3.3.1 線控氣壓制動系統(tǒng)結構及工作原理 66
3.3.2 線控氣壓制動系統(tǒng)架構 68
3.4 線控電子機械式制動系統(tǒng) 72
3.4.1 電子機械式制動系統(tǒng)構型 72
3.4.2 電子機械式制動系統(tǒng)工作原理 74
3.4.3 線控電子機械式制動系統(tǒng)的未來挑戰(zhàn) 77
3.5 機電復合式線控制動系統(tǒng) 77
本章習題 78
拓展閱讀 80
第4章 智能轉向系統(tǒng) 82
4.1 智能轉向系統(tǒng)基本結構 83
4.1.1 智能轉向系統(tǒng)的組成 83
4.1.2 智能轉向系統(tǒng)的構型及工作原理 87
4.2 電液助力轉向系統(tǒng) 89
4.2.1 電液助力轉向系統(tǒng)基本結構 89
4.2.2 電液助力轉向系統(tǒng)工作原理 90
4.2.3 電液助力轉向系統(tǒng)分類 92
4.2.4 電液助力轉向系統(tǒng)特點 94
4.3 電動助力轉向系統(tǒng) 95
4.3.1 轉向柱助力式電動助力轉向系統(tǒng) 95
4.3.2 小齒輪助力式電動助力轉向系統(tǒng) 96
4.3.3 齒條助力式電動助力轉向系統(tǒng) 97
4.4 線控轉向系統(tǒng) 98
4.4.1 線控轉向系統(tǒng)的組成 99
4.4.2 線控轉向系統(tǒng)的工作原理 100
4.4.3 線控轉向系統(tǒng)的關鍵技術 100
4.4.4 線控轉向系統(tǒng)的特點 102
本章習題 103
第5章 智能懸架系統(tǒng) 105
5.1 智能懸架系統(tǒng)基本結構與工作原理 106
5.1.1 智能懸架系統(tǒng)基本結構 106
5.1.2 智能懸架系統(tǒng)工作原理 111
5.1.3 懸架系統(tǒng)性能評價 115
5.2 半主動懸架系統(tǒng) 116
5.2.1 變阻尼懸架系統(tǒng) 116
5.2.2 變剛度空氣懸架系統(tǒng) 122
5.2.3 半主動式側傾控制系統(tǒng) 125
5.3 主動懸架系統(tǒng) 127
5.3.1 液壓式主動懸架系統(tǒng) 127
5.3.2 電磁式主動懸架系統(tǒng) 129
5.3.3 油氣式主動懸架系統(tǒng) 131
5.3.4 主動式側傾控制系統(tǒng) 132
本章習題 135
第6章 智能底盤運動控制技術 138
6.1 輪胎及車輛模型 139
6.1.1 輪胎模型 139
6.1.2 多自由度車輛動力學模型 150
6.2 智能底盤駕駛工況感知 160
6.2.1 駕駛意圖識別 160
6.2.2 路面狀態(tài)觀測 168
6.2.3 底盤關鍵狀態(tài)觀測 172
6.3 底盤縱向運動控制 174
6.3.1 電機驅動轉矩控制 174
6.3.2 電機回饋力矩控制 179
6.3.3 速度跟蹤控制 181
6.4 底盤橫向運動控制 190
6.4.1 軌跡跟蹤控制 190
6.4.2 主動轉向控制 195
6.5 底盤垂向運動控制 199
6.5.1 懸架系統(tǒng)控制模型 200
6.5.2 半主動懸架典型控制算法 202
6.5.3 主動懸架典型控制算法 209
6.6 底盤縱橫垂協(xié)同控制 211
6.6.1 多系統(tǒng)協(xié)同控制架構 211
6.6.2 多系統(tǒng)協(xié)同控制 213
本章習題 218
第7章 智能底盤冗余及容錯技術 220
7.1 冗余及容錯控制技術 221
7.1.1 冗余技術 221
7.1.2 容錯控制技術 221
7.2 驅動系統(tǒng)冗余設計及容錯控制 226
7.2.1 驅動系統(tǒng)冗余設計 226
7.2.2 驅動系統(tǒng)容錯控制 228
7.3 制動系統(tǒng)冗余設計及容錯控制 229
7.3.1 線控制動系統(tǒng)冗余設計 229
7.3.2 線控制動系統(tǒng)冗余架構及容錯控制 230
7.4 轉向系統(tǒng)冗余設計及容錯控制 235
7.4.1 轉向系統(tǒng)冗余設計 235
7.4.2 轉向系統(tǒng)容錯控制 240
7.5 懸架系統(tǒng)冗余設計及容錯控制 243
7.5.1 懸架系統(tǒng)硬件冗余設計 243
7.5.2 懸架系統(tǒng)容錯控制策略 246
7.6 跨系統(tǒng)冗余設計及容錯控制 251
7.6.1 驅動系統(tǒng)冗余轉向控制 252
7.6.2 驅制動冗余轉向控制 252
7.6.3 轉向故障下的差動轉向容錯控制 253
本章習題 261
第8章 智能底盤技術仿真實踐 264
8.1 底盤仿真軟件介紹 265
8.2 實踐1—分布式電機轉矩控制仿真 267
8.2.1 電機驅動轉矩控制仿真 267
8.2.2 電機回饋轉矩控制仿真 275
8.3 實踐2—懸架天棚控制仿真 280
8.3.1 仿真工況定義 281
8.3.2 仿真模型構建 282
8.3.3 仿真結果與分析 289
8.4 實踐3—轉向故障下的差動制動控制仿真 291
8.4.1 Simulink/Carsim聯(lián)合仿真 291
8.4.2 仿真實驗結果 299
本章習題 303
參考文獻 304