汽车动力学与控制_教学大纲

发布者：王佳伟发布时间：2023-07-10浏览次数：20

汽车动力学与控制课程教学大纲

一、课程基本信息

课程编号： AS33118

课程名称： 汽车动力学与控制

英文名称：Vehicle Dynamics and Control

课程学时：32讲课学时：24     实验学时：8       上机学时：        习题学时：

课程学分：2

开课单位：航天学院控制科学与工程系

授课对象：自动化、检测制导与控制技术专业本科生

开课学期：4秋

先修课程：自动控制原理、现代控制理论

二、课程目标

《汽车动力学与控制》是自动化大类专业的一门专业选修课，课程旨在让学生了解汽车动力学及其控制方面的研究状况，学习运用动力学、运动学知识建立汽车模型和仿真分析汽车动态特性的方法，掌握汽车系统动力学分析与建模、以及控制器设计和应用的基本思路，以此培养学生解决科学、工程问题的能力，为其今后从事相关领域的工程设计工作打下良好的理论、技术和实验基础。

此课程的主要任务：

课程目标 1.了解和掌握汽车动力学基本特点和描述方法，具备动力学模型建模、简化、分析的能力，了解汽车动力学分析与控制领域的研究热点和发展趋势。

课程目标 2.了解和掌握汽车运动控制系统基本原理和主要结构，掌握控制器开发基本思路和系统分析综合方法，培养分析和解决工程实践问题的创新意识和创新设计能力。

课程目标 3. 了解和掌握汽车动力学模型的实现方法和基本框架，掌握控制器建模与仿真调试方法，通过实验课程培养学生应用先进开发工具进行工程设计的能力。

三、课程目标与毕业要求对应关系

毕业要求

毕业要求具体描述

课程目标

 1、知识应用

2、问题分析

 1-1 能运用数学和自然科学对自动化系统进行机理建模或实验建模

2-1 能应用数学和自然科学基本原理，对自动化领域的复杂工程问题进行建模，并能检验模型的合理性

课程目标1

 1、知识应用

3、方案设计/开发

 1-3 能运用工程基础和专业知识对自动化系统工程问题的解决方案进行技术实现和性能检验

3-4能够结合具体工程对象及环境，对自动化系统的设计方案进行比较、改进和优化，在设计环节中体现创新意识

课程目标2

 4、研究

5、工具使用

 4-3 能够分析与解释实验或仿真结果，并为系统设计方案的改进及优化提供合理有效的建议

5-4 能够利用仿真、模拟工具对复杂系统的设计方案进行评价，或对系统运行结果进行预测

课程目标3

四、课程目标与课程内容对应关系

序号

教学内容

教学要求

学时

教学方式

对应课程

目标

1

一、概述：

  1. 汽车系统动力学概述

  2. 典型汽车控制系统介绍

  1. 了解本课程研究对象、内容

  2. 了解汽车主要控制系统

2

讲授

课程目标1

2

二、汽车纵向动力学与控制

  1. 汽车纵向动力学（包括动力性、驱动力和行驶阻力、附着条件、行驶方程）

  2. 汽车定速巡航控制（包括系统基本原理、控制器设计、汽车模型建模与仿真）

  1. 掌握各种行驶阻力特征、汽车附着条件、行驶方程

  2. 掌握定速巡航控制器设计方法

  3. 理解定速巡航控制器实际应用中面临的主要问题

4

讲授

课程目标1

课程目标2

3

实验1：定速巡航控制

  1. 结合车身纵向动力学搭建汽车系统模型

  2. 车速巡航控制器实现，建立车速控制闭环系统

  3. 通过仿真对比分析说明控制器的功能和效果

  1. 掌握汽车模型simulink建模与仿真方法

  2. 掌握控制器设计与验证方法

  3. 理解使用方法的局限性和改进方向

2

实验

课程目标3

4

三、轮胎动力学与控制

  1. 轮胎动力学（包括运动描述、摩擦特性描述，及二者关系）

  2. 防抱死制动系统（包括系统基本原理，PID控制器设计，技术难点）

  3. 轮胎动力学建模与仿真（几种典型轮胎模型建模与对比，防抱死系统仿真）

  1. 掌握纵向力与滑动率的关系

  2. 掌握防抱死控制器基本原理和设计方法

  3. 理解防抱死控制器实际应用中面临的主要问题

6

讲授

课程目标1

课程目标2

5

实验课2：防抱死制动控制

  1. 结合车身纵向动力学和轮胎模型搭建汽车系统模型

  2. 防抱死控制器实现，构建闭环系统

  3. 通过仿真对比分析说明控制器功能与效果

  1. 掌握汽车模型simulink建模与仿真方法

  2. 掌握仿真软件的使用、控制器设计与实现方法

  3. 理解使用方法的局限性和改进方向

2

实验

课程目标3

6

四、汽车操纵动力学与控制

  1. 轮胎侧向动力学（包括轮胎侧向动力学、线性二自由度汽车模型）

  2. 横摆稳定控制（包括基本原理、基于状态反馈极点配置的控制器设计方法，技术难点）

  3. 侧向动力学建模（汽车模型仿真，横摆稳控制仿真）

  1. 理解汽车操纵动力学

  2. 掌握基于差动制动的横摆稳定控制方法

  3. 理解各方法实际应用中面临的主要问题

6

讲授

课程目标1

课程目标2

7

实验课3：横摆稳定控制

  1. 建立汽车侧向动力学模型

  2. 横摆稳定控制器实现，构建闭环系统

  3. 通过仿真对比分析说明控制器功能与结果

  1. 掌握汽车模型simulink建模与仿真方法

  2. 掌握控制器设计与实现方法

  3. 理解使用方法的局限性和改进方向

2

实验

课程目标3

8

四：汽车行驶动力学与控制

  1. 汽车垂向动力学（包括悬架模型、路面不平度与路面模型）

  2. 主动悬架控制（包括基本原理，基于最优控制的控制器设计方法）

  1. 理解汽车垂向动力学

  2. 掌握主动悬架控制原理

  3. 理解方法实际应用中面临的主要问题

4

讲授

课程目标1

课程目标2

9

实验课4：主动悬架控制

  1. 建立汽车悬架系统模型

  2. 主动悬架控制器实现，构建闭环系统

  3. 通过仿真对比分析说明控制器功能与结果

  1. 掌握汽车模型simulink建模与仿真方法

  2. 掌握控制器设计与实现方法

  3. 理解使用方法的局限性和改进方向

2

实验

课程目标3

10

报告展示

  1. 以PPT口头报告形式，由组员共同完成

  2. 抽签决定每组考核内容

  3. 考核学生的掌握程度和展示能力

2

考核

课程目标1

五、课程教学方法

 1、课堂授课

 1）采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。如提问学生感兴趣的汽车性能、买车首选的因素（动力性等）、制动时车轮抱死是否有危险等。

 2）采用多媒体教学与板书相结合，教学课件、视频等多种辅助方式，增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，同时加深学生的理解。如汽车制动过程的视频、汽车操纵稳定性实验视频等。

 3）采用案例教学方式，通过一些实际问题的分析使学生达到理论与工程实践相结合，学会应用力学等知识进行复杂系统动力学建模与仿真，进而培养学生分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。如结合学生感兴趣的小车引出汽车的特殊性等。

 4）采用互动式教学，课内讨论和课外答疑相结合，增加师生之间的面对面交流机会，并结合实际工程经验，设计一些好题目和形式，在开拓学生思维的同时，激发他们的创新意识。

 2、实验教学

实验教学是课程的重要组成部分之一，目的是通过实践环节培养学生们运用所学知识和现代工具解决实际工程问题的能力。实验课程的设置与课堂授课内容相对应，共设置了4次实验课，分别对应课堂主要讲授的汽车基本纵向动力学、轮胎动力学、操纵动力学和行驶动力学部分的控制器与仿真，将学生按照3~5人一组进行分组，培养学生的沟通和团队协作能力，并提交实验报告。

六、课程考核方法

考核环节

所占分值

考核与评价细则

对应课程目标

平时测试

40

随堂小测试，考核授课主要知识点，每次10分，4次合计40分；

课程目标1

实验操作

40

课上完成控制器设计和仿真实验，根据仿真内容和结果打分，每次10分，4次合计40分；

课程目标2

实验报告

20

课后提交实验报告，根据控制器设计思路和对仿真结果的分析总结打分，每次5分，4次合计20分；

课程目标3

七、主要教材与参考书

    1. 崔胜民. 汽车系统动力学与仿真. 北京大学出版社, 2014.

    2. 喻凡, 林逸. 汽车系统动力学. 机械工业出版社, 2012.

    3. 余志生. 汽车理论. 机械工业出版社, 2009.

    4. 潘公宇，陈龙，江浩斌，杨晓峰. 汽车系统动力学基础及其控制技术. 清华大学出版社. 2017.

    5. 丁能根，许骏. 汽车动力学及底盘主动控制. 化学工业出版社. 2017.



大纲撰写人：井后华                                       大纲审核人：