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页数:260

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出版时间:2010-4

价格:60.00元

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isbn号码:9787114083044

丛书系列:

图书标签:

• 车辆电子
• 电磁器件
• 力学
• 汽车工程
• 振动
• 噪声
• 可靠性
• 电磁兼容
• 有限元分析
• 结构力学

动力系统优化与控制：面向未来交通的智能策略 图书简介 本书聚焦于现代交通与车辆工程领域的前沿课题——动力系统优化与控制，旨在为工程师、研究人员及高年级学生提供一套全面、深入且具备高度实践指导意义的理论与技术框架。随着全球对可持续发展、能源效率和交通安全性的日益关注，传统的刚性、线控系统正加速向高度集成、自适应和智能化的方向演进。本书正是立足于这一转型期，系统性地探讨如何利用先进的控制理论、计算方法和系统建模技术，实现车辆动力性能、能源消耗和运行稳定性的多目标协同优化。 本书内容围绕“建模-分析-设计-优化”的核心流程展开，覆盖了从基础理论到复杂系统集成的多个关键层次。 第一部分：先进动力系统建模与参数化 本部分是全书的理论基石，详细阐述了构建精确、可计算的动力系统模型的必要性和方法论。 1.1 跨域物理建模（Multi-Domain Physics-Based Modeling） 我们摒弃了孤立的部件级建模，转而强调将机械、热力学、电磁（非特指器件本身，而是面向执行器和传感器的电磁效应纳入系统级考量）以及流体动力学集成于统一的框架内。重点解析基于拉格朗日和哈密顿原理的系统动力学推导，特别关注如何将非线性效应（如轮胎与路面之间的粘滑摩擦模型、变速箱内部的啮合特性）准确地嵌入到状态空间方程组中。 1.2 能源传输与存储单元的动态特性 详细分析了现代混合动力和纯电动车辆中的核心能源系统。对于内燃机部分，关注瞬态工况下的燃烧效率与排放建模；对于电池系统，深入探讨电化学模型（如等效电路模型与基于输运现象的模型）如何与热管理系统耦合，以预测电池的荷电状态（SoC）和健康状态（SoH），及其对瞬时功率输出的影响。 1.3 车辆运动学与动力学的高保真仿真 本书提供了精确的七自由度或更高阶的车辆刚体运动模型，并引入了柔性车身和悬架系统的耦合分析，以应对高动态工况下的车辆姿态控制需求。特别关注了转向系统和制动系统的延迟、非线性特性对车辆整体响应的影响。 第二部分：智能控制理论与算法应用 本部分将理论模型转化为实际可执行的控制策略，涵盖了从经典控制到现代智能控制的广谱技术。 2.1 基于观测器的状态估计与软测量 鉴于许多关键状态变量（如驱动轮侧滑角、路面附着系数、内部温度梯度）难以直接精确测量，本书详细介绍了卡尔曼滤波（KF）、扩展卡尔曼滤波（EKF）及无迹卡尔曼滤波（UKF）在融合多源异构传感器数据（如IMU、GPS、轮速计）中的应用，实现高频、低噪声的状态估计，为后续的反馈控制提供可靠依据。 2.2 鲁棒控制与最优控制 深入讲解了H-无穷（$mathcal{H}_infty$）控制理论在应对模型不确定性和外部扰动（如阵风、路面不平顺性）时的应用，以确保车辆在极端条件下的稳定性。同时，着重剖析了模型预测控制（MPC）的原理与实现。MPC如何利用系统的动态模型和约束条件，在线求解最优控制序列，是实现高效能、高安全驾驶辅助系统的核心技术。 2.3 自适应与学习型控制策略 探讨了强化学习（RL）和自适应动态规划（ADP）在复杂、未知环境下的动力系统控制中的潜力。重点在于如何设计奖励函数和状态空间，使控制器能够自主学习最优的换挡逻辑、能量回收策略或牵引力分配方案，以适应驾驶员的风格和路况的动态变化。 第三部分：多目标系统集成与协同优化 现代车辆是一个高度集成的“系统之系统”，本部分关注如何将不同子系统（动力、底盘、能源）的控制目标进行有效地集成和权衡。 3.1 驾驶辅助与车辆稳定性的协同控制 详细阐述了横向（转向/侧滑控制）与纵向（速度/牵引力控制）控制之间的解耦与耦合策略。重点分析在紧急避险工况下，如何通过扭矩矢量分配和精确制动干预，实现稳定性和轨迹跟踪性能的平衡。 3.2 能量管理系统的优化调度 针对混合动力和燃料电池车辆，本书提出了多层次的能量管理策略。从宏观的全球最优（Global Optimization）策略（通常通过离线查找表或动态规划获得）到微观的实时ECU执行层的MPC或瞬时最优控制，系统地展示了如何最小化燃料消耗或最大化续航里程，同时确保驾驶员的动力需求得到满足。 3.3 硬件在环（HIL）与软件在环（SIL）仿真验证 强调了在部署到实际ECU之前，先进控制算法必须经过严格的虚拟验证。本书提供了针对动力系统控制开发的标准仿真流程和指标体系，确保所设计的优化策略具备高可靠性和快速响应能力。 结论 本书力图成为一本兼具理论深度和工程实操性的参考书，引导读者掌握从物理机理理解到复杂系统智能控制的完整知识链条，以推动下一代高效、安全、智能的车辆动力系统发展。

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