本書基于車輛與交通環(huán)境一體化的思想，根據(jù)車輛、交通、環(huán)境的系統(tǒng)特征，從車輛機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)到交通、景觀系統(tǒng)，再到“人-車-路-環(huán)”駕駛模擬系統(tǒng)，介紹了各類系統(tǒng)的建模與仿真方法。主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)仿真的基本特征與方法、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的建模與仿真方法、車輛與控制系統(tǒng)仿真、交通流仿真及“人-車-路-環(huán)”駕駛系統(tǒng)仿真，最后介紹駕駛模擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用案例。《BR》 建模是仿真的重要手段，更是研究問(wèn)題的一種基本方法。本書注重系統(tǒng)的本質(zhì)特征，本著理論聯(lián)系實(shí)際、少而精的原則，力求系統(tǒng)、簡(jiǎn)明地介紹各類系統(tǒng)的建模和仿真方法。為了便于讀者理解，書中每一章均配有若干實(shí)例，并在每一章結(jié)尾處提供思考題。
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目錄
第1章 系統(tǒng)與仿真方法 1
1.1 系統(tǒng)描述 1
1.1.1 系統(tǒng)的含義 1
1.1.2 系統(tǒng)的共性 1
1.2 系統(tǒng)的屬性與研究 3
1.2.1 自然系統(tǒng)與工程系統(tǒng) 3
1.2.2 真實(shí)系統(tǒng)與模型系統(tǒng) 3
1.2.3 相關(guān)研究 4
1.3 系統(tǒng)模型的特征 4
1.3.1 系統(tǒng)模型的輸入-輸出特征 5
1.3.2 系統(tǒng)模型的狀態(tài)特征 5
1.4 系統(tǒng)模型的類型 6
1.4.1 靜態(tài)系統(tǒng) 6
1.4.2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 7
1.4.3 控制系統(tǒng) 8
1.4.4 離散系統(tǒng) 10
1.4.5 事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 13
1.5 系統(tǒng)的建模方法 14
1.5.1 機(jī)理建模法 15
1.5.2 實(shí)驗(yàn)建模法 15
1.5.3 統(tǒng)計(jì)分析法 17
1.5.4 機(jī)理-實(shí)驗(yàn)混合建模法 18
1.5.5 離散系統(tǒng)建模法 20
1.5.6 連續(xù)-離散混合建模法 21
1.6 系統(tǒng)模型的適用范圍 21
1.6.1 由簡(jiǎn)化模型產(chǎn)生的適用范圍 21
1.6.2 由實(shí)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的適用范圍 22
1.7 系統(tǒng)仿真 22
1.7.1 系統(tǒng)仿真的分類 22
1.7.2 仿真實(shí)驗(yàn) 24
1.7.3 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 25
1.8 仿真的校核、驗(yàn)證和認(rèn)可 26
1.9 仿真軟件 27
1.9.1 仿真程序 27
1.9.2 仿真工具 28
1.9.3 一體化仿真環(huán)境 28
1.10 思考題 29
參考文獻(xiàn) 29
第2章 連續(xù)系統(tǒng)的建模與仿真 30
2.1 連續(xù)系統(tǒng)的建模 30
2.1.1 自治系統(tǒng) 31
2.1.2 輸入信號(hào)模型 32
2.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值求解 34
2.2.1 初值問(wèn)題求解 34
2.2.2 歐拉法 35
2.2.3 龍格-庫(kù)塔法 37
2.3 基于傳遞函數(shù)的建模 40
2.3.1 傳遞函數(shù) 40
2.3.2 傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖 42
2.3.3 連續(xù)系統(tǒng)典型傳遞函數(shù) 43
2.4 建模與仿真工具(MATLAB/Simulink) 46
2.4.1 MATLAB 46
2.4.2 Simulink 50
2.5 思考題 58
參考文獻(xiàn) 58
第3章 離散系統(tǒng)的建模與仿真 59
3.1 離散系統(tǒng) 59
3.1.1 離散事件系統(tǒng)的組成 59
3.1.2 離散事件系統(tǒng)的仿真方法 60
3.1.3 離散事件系統(tǒng)仿真的一般步驟 60
3.2 隨機(jī)變量 60
3.2.1 隨機(jī)信號(hào)的采集及模型 61
3.2.2 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 64
3.2.3 隨機(jī)變量的生成 64
3.3 隨機(jī)過(guò)程 70
3.3.1 隨機(jī)過(guò)程的概念 70
3.3.2 隨機(jī)過(guò)程的產(chǎn)生 71
3.4 排隊(duì)模型 73
3.4.1 排隊(duì)系統(tǒng) 73
3.4.2 單通道服務(wù)排隊(duì)系統(tǒng) 74
3.4.3 多通道服務(wù)排隊(duì)系統(tǒng) 76
3.4.4 多類顧客排隊(duì)系統(tǒng) 80
3.4.5 Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò) 80
3.4.6 排隊(duì)系統(tǒng)仿真 81
3.5 思考題 83
參考文獻(xiàn) 83
第4章 車輛與交通環(huán)境系統(tǒng) 84
4.1 交通系統(tǒng)的構(gòu)成及特征 84
4.1.1 交通系統(tǒng)的構(gòu)成 84
4.1.2 交通系統(tǒng)的特征 85
4.2 車輛與交通環(huán)境的構(gòu)成 86
4.3 車輛系統(tǒng) 86
4.3.1 車輛開環(huán)系統(tǒng) 87
4.3.2 車輛閉環(huán)系統(tǒng) 88
4.4 “人-車-路-環(huán)”控制系統(tǒng) 89
4.5 機(jī)動(dòng)車交通流系統(tǒng) 91
4.5.1 路網(wǎng)系統(tǒng)的描述 92
4.5.2 車流系統(tǒng)的描述 93
4.6 非機(jī)動(dòng)車流系統(tǒng) 94
4.6.1 自行車流系統(tǒng) 94
4.6.2 電動(dòng)自行車流系統(tǒng) 96
4.7 行人系統(tǒng) 96
4.7.1 行人的特征及分類 97
4.7.2 行人交通的基本特征 99
4.8 道路景觀系統(tǒng) 100
4.9 車輛與交通系統(tǒng)的仿真 101
4.10 思考題 102
參考文獻(xiàn) 103
第5章 車輛系統(tǒng)的建模與仿真 104
5.1 車輛系統(tǒng)與模型 104
5.2 車身模型 105
5.2.1 三自由度車身模型 106
5.2.2 六自由度車身模型 107
5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)模型 109
5.3.1 機(jī)理模型 109
5.3.2 臺(tái)架實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?110
5.4 傳動(dòng)系模型 110
5.4.1 手動(dòng)變速器模型 111
5.4.2 自動(dòng)變速器模型 111
5.5 轉(zhuǎn)向系模型 112
5.5.1 變速比模型 113
5.5.2 動(dòng)態(tài)模型 113
5.6 制動(dòng)系模型 113
5.6.1 固定制動(dòng)力分配模型 114
5.6.2 比例閥制動(dòng)力分配模型 115
5.7 輪胎模型 116
5.7.1 輪胎縱向力模型 116
5.7.2 輪胎側(cè)向力模型 118
5.7.3 聯(lián)合工況下的輪胎力模型 120
5.8 懸架系模型 121
5.8.1 懸架作用于車身的垂直載荷 121
5.8.2 懸架作用于車身的力矩 121
5.8.3 獨(dú)立懸架作用于車身的載荷 122
5.9 車輛行駛阻力模型 123
5.10 車輛動(dòng)力學(xué)仿真 124
5.10.1 車輛縱向動(dòng)力學(xué)仿真 124
5.10.2 車輛橫向動(dòng)力學(xué)仿真 128
5.10.3 車輛垂向動(dòng)力學(xué)仿真 129
5.10.4 車輛整車動(dòng)力學(xué)仿真 131
5.11 思考題 133
參考文獻(xiàn) 133
第6章 車輛控制系統(tǒng)的建模與仿真 134
6.1 車輛控制與智能系統(tǒng) 134
6.2 車輛防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng) 136
6.2.1 ABS的基本結(jié)構(gòu)及控制原理 137
6.2.2 ABS仿真模型 139
6.2.3 ABS的仿真及應(yīng)用 142
6.3 車輛電子穩(wěn)定控制系統(tǒng) 143
6.3.1 ESP的基本結(jié)構(gòu)及控制原理 143
6.3.2 ESP仿真模型 145
6.3.3 ESP的仿真及應(yīng)用 148
6.4 車輛自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng) 149
6.4.1 車輛定速巡航控制 150
6.4.2 車輛跟隨控制 151
6.4.3 ACC系統(tǒng)的仿真及應(yīng)用 152
6.5 硬件在環(huán)控制系統(tǒng) 153
6.6 “人-車-路”控制系統(tǒng) 154
6.6.1 駕駛?cè)蝿?wù) 155
6.6.2 駕駛?cè)丝刂颇Ｐ?155
6.6.3 駕駛?cè)宿D(zhuǎn)向控制模型 156
6.6.4 駕駛?cè)丝刂颇Ｐ偷陌l(fā)展 159
6.6.5 “人-車-路”仿真系統(tǒng)的擴(kuò)展 159
6.7 思考題 160
參考文獻(xiàn) 160
第7章 交通流系統(tǒng)的建模與仿真 161
7.1 道路交通系統(tǒng)及仿真 161
7.1.1 道路交通系統(tǒng) 161
7.1.2 交通流仿真 161
7.1.3 交通流仿真優(yōu)勢(shì) 163
7.2 交通流建模相關(guān)理論 164
7.2.1 交通流理論 164
7.2.2 交通流特性 166
7.2.3 交通流模型分類 169
7.2.4 交通流建模的基本要素 175
7.3 交通流的建模與仿真 176
7.3.1 交通流建模方法 176
7.3.2 交通生成模型 181
7.3.3 自由行駛模型 183
7.3.4 跟馳模型 184
7.3.5 車道變換模型與超車模型 190
7.3.6 交通排隊(duì)模型 195
7.4 行人的建模與仿真 197
7.4.1 元胞自動(dòng)機(jī)模型 198
7.4.2 元胞自動(dòng)機(jī)的構(gòu)成 198
7.4.3 引力模型 200
7.4.4 社會(huì)力模型 200
7.5 思考題 203
參考文獻(xiàn) 203
第8章 道路交通環(huán)境三維虛擬仿真 205
8.1 概述 205
8.2 三維視景的建�；A(chǔ)理論 205
8.2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論在三維視景建模中的應(yīng)用 205
8.2.2 三維圖形接口——常見三維圖形API 211
8.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 214
8.2.4 三維實(shí)體的基本建模方法 215
8.3 交通靜態(tài)視景建模方法 217
8.3.1 交通視景分類 217
8.3.2 道路視景的三維建模方法 217
8.3.3 三維地形模型構(gòu)建方法 221
8.3.4 交通設(shè)施等實(shí)體建模方法 228
8.3.5 交通視景狀態(tài)建模方法 229
8.4 交通動(dòng)態(tài)視景建模方法 230
8.4.1 典型交通情境的提煉 230
8.4.2 動(dòng)態(tài)交通事件設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 231
8.4.3 動(dòng)態(tài)交通事件觸發(fā)條件 232
8.4.4 交通情境動(dòng)態(tài)生成基本方法 233
8.4.5 基于腳本語(yǔ)言的交通情境建模 234
8.5 思考題 235
參考文獻(xiàn) 236
第9章 “人-車-路-環(huán)”駕駛模擬系統(tǒng) 237
9.1 概述 237
9.1.1 駕駛模擬器的發(fā)展 237
9.1.2 駕駛模擬器的分類 240
9.1.3 駕駛模擬器的組成 242
9.2 駕駛艙系統(tǒng) 243
9.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 243
9.2.2 信號(hào)處理 244
9.2.3 駕駛艙運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 245
9.2.4 數(shù)據(jù)采集與檢測(cè)平臺(tái) 246
9.3 車輛動(dòng)力學(xué)模型 247
9.3.1 車輛動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)成 247
9.3.2 車輛模型與其他系統(tǒng)的關(guān)系 250
9.3.3 模擬器對(duì)車輛模型的要求 250
9.3.4 車輛動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái) 251
9.4 駕駛模擬器視景系統(tǒng) 253
9.4.1 視景虛擬圖像的生成 253
9.4.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的編輯 256
9.4.3 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的快速建模 257
9.4.4 虛擬圖像顯示系統(tǒng) 259
9.4.5 虛擬圖像顯示系統(tǒng)的標(biāo)定 262
9.5 交通動(dòng)態(tài)環(huán)境的建模 264
9.5.1 交通情景編輯 264
9.5.2 外部交通流的導(dǎo)入 266
9.6 駕駛模擬器仿真實(shí)驗(yàn)方法 268
9.6.1 駕駛仿真心理學(xué)實(shí)驗(yàn)的特征 269
9.6.2 駕駛模擬器仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 272
9.6.3 輔助儀器的使用 273
9.6.4 駕駛模擬器仿真實(shí)驗(yàn)的有效性 274
9.6.5 駕駛模擬器的暈車現(xiàn)象 275
9.7 駕駛模擬系統(tǒng)的發(fā)展 276
9.8 思考題 277
參考文獻(xiàn) 277
第10章 駕駛模擬系統(tǒng)的應(yīng)用 279
10.1 車輛動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn) 279
10.1.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 279
10.1.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 280
10.1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 281
10.2 車輛控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 282
10.2.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 282
10.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 282
10.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 283
10.3 道路線形評(píng)價(jià)仿真實(shí)驗(yàn) 285
10.3.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 285
10.3.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 286
10.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 287
10.4 道路安全設(shè)施仿真評(píng)價(jià) 289
10.4.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 289
10.4.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 290
10.4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 292
10.5 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 294
10.5.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 294
10.5.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 294
10.5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 296
10.6 駕駛?cè)俗⒁馊萘繙y(cè)試實(shí)驗(yàn) 298
10.6.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 298
10.6.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 298
10.6.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 302
10.7 駕駛?cè)俗⒁饬π枨鬁y(cè)試實(shí)驗(yàn) 303
10.7.1 實(shí)驗(yàn)背景和目的 303
10.7.2 仿真實(shí)驗(yàn)方法 304
10.7.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 306
10.8 思考題 308
參考文獻(xiàn) 308
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