本书基于车辆与交通环境一体化的思想，根据车辆、交通、环境的系统特征，从车辆机械系统、控制系统到交通、景观系统，再到“人-车-路-环”驾驶模拟系统，介绍了各类系统的建模与仿真方法。主要内容包括：系统仿真的基本特征与方法、连续系统和离散系统的建模与仿真方法、车辆与控制系统仿真、交通流仿真及“人-车-路-环”驾驶系统仿真，最后介绍驾驶模拟实验应用案例。《BR》 建模是仿真的重要手段，更是研究问题的一种基本方法。本书注重系统的本质特征，本着理论联系实际、少而精的原则，力求系统、简明地介绍各类系统的建模和仿真方法。为了便于读者理解，书中每一章均配有若干实例，并在每一章结尾处提供思考题。
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目录
第1章 系统与仿真方法 1
1.1 系统描述 1
1.1.1 系统的含义 1
1.1.2 系统的共性 1
1.2 系统的属性与研究 3
1.2.1 自然系统与工程系统 3
1.2.2 真实系统与模型系统 3
1.2.3 相关研究 4
1.3 系统模型的特征 4
1.3.1 系统模型的输入-输出特征 5
1.3.2 系统模型的状态特征 5
1.4 系统模型的类型 6
1.4.1 静态系统 6
1.4.2 动态系统 7
1.4.3 控制系统 8
1.4.4 离散系统 10
1.4.5 事件驱动系统 13
1.5 系统的建模方法 14
1.5.1 机理建模法 15
1.5.2 实验建模法 15
1.5.3 统计分析法 17
1.5.4 机理-实验混合建模法 18
1.5.5 离散系统建模法 20
1.5.6 连续-离散混合建模法 21
1.6 系统模型的适用范围 21
1.6.1 由简化模型产生的适用范围 21
1.6.2 由实验或统计数据产生的适用范围 22
1.7 系统仿真 22
1.7.1 系统仿真的分类 22
1.7.2 仿真实验 24
1.7.3 系统仿真结构图 25
1.8 仿真的校核、验证和认可 26
1.9 仿真软件 27
1.9.1 仿真程序 27
1.9.2 仿真工具 28
1.9.3 一体化仿真环境 28
1.10 思考题 29
参考文献 29
第2章 连续系统的建模与仿真 30
2.1 连续系统的建模 30
2.1.1 自治系统 31
2.1.2 输入信号模型 32
2.2 连续系统的数值求解 34
2.2.1 初值问题求解 34
2.2.2 欧拉法 35
2.2.3 龙格-库塔法 37
2.3 基于传递函数的建模 40
2.3.1 传递函数 40
2.3.2 传递函数结构图 42
2.3.3 连续系统典型传递函数 43
2.4 建模与仿真工具(MATLAB/Simulink) 46
2.4.1 MATLAB 46
2.4.2 Simulink 50
2.5 思考题 58
参考文献 58
第3章 离散系统的建模与仿真 59
3.1 离散系统 59
3.1.1 离散事件系统的组成 59
3.1.2 离散事件系统的仿真方法 60
3.1.3 离散事件系统仿真的一般步骤 60
3.2 随机变量 60
3.2.1 随机信号的采集及模型 61
3.2.2 随机数的产生 64
3.2.3 随机变量的生成 64
3.3 随机过程 70
3.3.1 随机过程的概念 70
3.3.2 随机过程的产生 71
3.4 排队模型 73
3.4.1 排队系统 73
3.4.2 单通道服务排队系统 74
3.4.3 多通道服务排队系统 76
3.4.4 多类顾客排队系统 80
3.4.5 Jackson排队网络 80
3.4.6 排队系统仿真 81
3.5 思考题 83
参考文献 83
第4章 车辆与交通环境系统 84
4.1 交通系统的构成及特征 84
4.1.1 交通系统的构成 84
4.1.2 交通系统的特征 85
4.2 车辆与交通环境的构成 86
4.3 车辆系统 86
4.3.1 车辆开环系统 87
4.3.2 车辆闭环系统 88
4.4 “人-车-路-环”控制系统 89
4.5 机动车交通流系统 91
4.5.1 路网系统的描述 92
4.5.2 车流系统的描述 93
4.6 非机动车流系统 94
4.6.1 自行车流系统 94
4.6.2 电动自行车流系统 96
4.7 行人系统 96
4.7.1 行人的特征及分类 97
4.7.2 行人交通的基本特征 99
4.8 道路景观系统 100
4.9 车辆与交通系统的仿真 101
4.10 思考题 102
参考文献 103
第5章 车辆系统的建模与仿真 104
5.1 车辆系统与模型 104
5.2 车身模型 105
5.2.1 三自由度车身模型 106
5.2.2 六自由度车身模型 107
5.3 发动机模型 109
5.3.1 机理模型 109
5.3.2 台架实验模型 110
5.4 传动系模型 110
5.4.1 手动变速器模型 111
5.4.2 自动变速器模型 111
5.5 转向系模型 112
5.5.1 变速比模型 113
5.5.2 动态模型 113
5.6 制动系模型 113
5.6.1 固定制动力分配模型 114
5.6.2 比例阀制动力分配模型 115
5.7 轮胎模型 116
5.7.1 轮胎纵向力模型 116
5.7.2 轮胎侧向力模型 118
5.7.3 联合工况下的轮胎力模型 120
5.8 悬架系模型 121
5.8.1 悬架作用于车身的垂直载荷 121
5.8.2 悬架作用于车身的力矩 121
5.8.3 独立悬架作用于车身的载荷 122
5.9 车辆行驶阻力模型 123
5.10 车辆动力学仿真 124
5.10.1 车辆纵向动力学仿真 124
5.10.2 车辆横向动力学仿真 128
5.10.3 车辆垂向动力学仿真 129
5.10.4 车辆整车动力学仿真 131
5.11 思考题 133
参考文献 133
第6章 车辆控制系统的建模与仿真 134
6.1 车辆控制与智能系统 134
6.2 车辆防抱死制动控制系统 136
6.2.1 ABS的基本结构及控制原理 137
6.2.2 ABS仿真模型 139
6.2.3 ABS的仿真及应用 142
6.3 车辆电子稳定控制系统 143
6.3.1 ESP的基本结构及控制原理 143
6.3.2 ESP仿真模型 145
6.3.3 ESP的仿真及应用 148
6.4 车辆自适应巡航控制系统 149
6.4.1 车辆定速巡航控制 150
6.4.2 车辆跟随控制 151
6.4.3 ACC系统的仿真及应用 152
6.5 硬件在环控制系统 153
6.6 “人-车-路”控制系统 154
6.6.1 驾驶任务 155
6.6.2 驾驶人控制模型 155
6.6.3 驾驶人转向控制模型 156
6.6.4 驾驶人控制模型的发展 159
6.6.5 “人-车-路”仿真系统的扩展 159
6.7 思考题 160
参考文献 160
第7章 交通流系统的建模与仿真 161
7.1 道路交通系统及仿真 161
7.1.1 道路交通系统 161
7.1.2 交通流仿真 161
7.1.3 交通流仿真优势 163
7.2 交通流建模相关理论 164
7.2.1 交通流理论 164
7.2.2 交通流特性 166
7.2.3 交通流模型分类 169
7.2.4 交通流建模的基本要素 175
7.3 交通流的建模与仿真 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 自由行驶模型 183
7.3.4 跟驰模型 184
7.3.5 车道变换模型与超车模型 190
7.3.6 交通排队模型 195
7.4 行人的建模与仿真 197
7.4.1 元胞自动机模型 198
7.4.2 元胞自动机的构成 198
7.4.3 引力模型 200
7.4.4 社会力模型 200
7.5 思考题 203
参考文献 203
第8章 道路交通环境三维虚拟仿真 205
8.1 概述 205
8.2 三维视景的建模基础理论 205
8.2.1 计算机图形学理论在三维视景建模中的应用 205
8.2.2 三维图形接口——常见三维图形API 211
8.2.3 虚拟现实技术 214
8.2.4 三维实体的基本建模方法 215
8.3 交通静态视景建模方法 217
8.3.1 交通视景分类 217
8.3.2 道路视景的三维建模方法 217
8.3.3 三维地形模型构建方法 221
8.3.4 交通设施等实体建模方法 228
8.3.5 交通视景状态建模方法 229
8.4 交通动态视景建模方法 230
8.4.1 典型交通情境的提炼 230
8.4.2 动态交通事件设计理论基础 231
8.4.3 动态交通事件触发条件 232
8.4.4 交通情境动态生成基本方法 233
8.4.5 基于脚本语言的交通情境建模 234
8.5 思考题 235
参考文献 236
第9章 “人-车-路-环”驾驶模拟系统 237
9.1 概述 237
9.1.1 驾驶模拟器的发展 237
9.1.2 驾驶模拟器的分类 240
9.1.3 驾驶模拟器的组成 242
9.2 驾驶舱系统 243
9.2.1 数据采集系统 243
9.2.2 信号处理 244
9.2.3 驾驶舱运动控制系统 245
9.2.4 数据采集与检测平台 246
9.3 车辆动力学模型 247
9.3.1 车辆动力学模型的构成 247
9.3.2 车辆模型与其他系统的关系 250
9.3.3 模拟器对车辆模型的要求 250
9.3.4 车辆动力学仿真平台 251
9.4 驾驶模拟器视景系统 253
9.4.1 视景虚拟图像的生成 253
9.4.2 实验场景的编辑 256
9.4.3 实验场景的快速建模 257
9.4.4 虚拟图像显示系统 259
9.4.5 虚拟图像显示系统的标定 262
9.5 交通动态环境的建模 264
9.5.1 交通情景编辑 264
9.5.2 外部交通流的导入 266
9.6 驾驶模拟器仿真实验方法 268
9.6.1 驾驶仿真心理学实验的特征 269
9.6.2 驾驶模拟器仿真实验设计 272
9.6.3 辅助仪器的使用 273
9.6.4 驾驶模拟器仿真实验的有效性 274
9.6.5 驾驶模拟器的晕车现象 275
9.7 驾驶模拟系统的发展 276
9.8 思考题 277
参考文献 277
第10章 驾驶模拟系统的应用 279
10.1 车辆动力学仿真实验 279
10.1.1 实验背景和目的 279
10.1.2 仿真实验方法 280
10.1.3 实验数据的处理与分析 281
10.2 车辆控制系统仿真实验 282
10.2.1 实验背景和目的 282
10.2.2 仿真实验方法 282
10.2.3 实验数据的处理与分析 283
10.3 道路线形评价仿真实验 285
10.3.1 实验背景和目的 285
10.3.2 仿真实验方法 286
10.3.3 实验数据的处理与分析 287
10.4 道路安全设施仿真评价 289
10.4.1 实验背景和目的 289
10.4.2 仿真实验方法 290
10.4.3 实验数据的处理与分析 292
10.5 交通诱导系统评价实验 294
10.5.1 实验背景和目的 294
10.5.2 仿真实验方法 294
10.5.3 实验数据的处理与分析 296
10.6 驾驶人注意容量测试实验 298
10.6.1 实验背景和目的 298
10.6.2 仿真实验方法 298
10.6.3 实验数据的处理与分析 302
10.7 驾驶人注意力需求测试实验 303
10.7.1 实验背景和目的 303
10.7.2 仿真实验方法 304
10.7.3 实验数据的处理与分析 306
10.8 思考题 308
参考文献 308
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