本書是介紹智能車輛的動(dòng)力學(xué)及其控制的教材,主要內(nèi)容包括:智能駕駛車輛關(guān)鍵技術(shù)概述,智能駕駛車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模,現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)與仿真分析,優(yōu)化方法基礎(chǔ)與仿真分析,環(huán)境感知,決策與規(guī)劃,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制,線控底盤,智能車輛測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)等。本書的大量的建模與仿真案例,見作者另外一本教材《智能車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真》。本書可供汽車行業(yè)和大專院校里從事控制系統(tǒng)研究的工程師和專家們參考,也可用作汽車專業(yè)研究生的教材。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)交通出行的需求日益增長(zhǎng),機(jī)動(dòng)車保有量也持續(xù)增加,但是,隨之出現(xiàn)的交通事故與擁堵等問題也給道路交通安全帶來新的挑戰(zhàn)。為了保障交通安全,車輛主動(dòng)安全技術(shù)得到大量商業(yè)化應(yīng)用,例如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、汽車電子穩(wěn)定裝置、自動(dòng)緊急制動(dòng)等,它們能夠在特定的場(chǎng)景中保障行駛安全,隨后,各類高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)得到一定的應(yīng)用。在主動(dòng)安全技術(shù)日臻成熟之際,汽車技術(shù)呈現(xiàn)出從安全輔助駕駛向智能駕駛方向發(fā)展的趨勢(shì)。在此背景下,集成了先進(jìn)傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、控制技術(shù)等的自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于自動(dòng)駕駛車輛的發(fā)展有助于減少交通事故數(shù)量、改善交通擁堵狀況、減少資源的浪費(fèi),同時(shí)可帶動(dòng)各相關(guān)學(xué)科、上下游產(chǎn)業(yè)整體協(xié)同發(fā)展,因此,全世界相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)都競(jìng)相對(duì)智能汽車技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與推廣。
發(fā)展智能汽車現(xiàn)已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略,對(duì)促進(jìn)我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重大的戰(zhàn)略意義。在當(dāng)今全球智能汽車產(chǎn)業(yè)大變革的背景下,智能汽車逐步發(fā)展為全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的行業(yè)制高點(diǎn),在教育領(lǐng)域是涉及汽車、電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)交叉的新工科,而目前智能車輛人才短缺并且培養(yǎng)體系不全,因此,將動(dòng)力學(xué)、控制理論、信息技術(shù)等應(yīng)用于車輛工程的重要性日益突出。在燕山大學(xué)相關(guān)學(xué)院的大力支持下,作者團(tuán)隊(duì)對(duì)智能駕駛微專業(yè)建設(shè)進(jìn)行了積極探索,也對(duì)相關(guān)專業(yè)課程、教材進(jìn)行了同步建設(shè)。
本書由劉叢志、張亞輝共同編寫,具體分工如下: 第1章、第5~8章由劉叢志編寫,第2~4章、第9章由張亞輝編寫。燕山大學(xué)智能運(yùn)載裝備實(shí)驗(yàn)室研究生杜志彬、王倩、孫欽葆、董浩然、方睿祺以及聊城大學(xué)閆寧、吳健、杜二磊、劉玉杰等為部分章節(jié)的編寫工作提供了支持,北京林業(yè)大學(xué)陳綺桐博士也為本書的編寫提供了幫助。本書的姊妹篇《智能車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真》更加突出項(xiàng)目實(shí)踐,也編寫了適量的習(xí)題。本書得益于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)52102444)的支持,在此對(duì)國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助表示感謝。
在本書的編寫過程中,編者參考了大量國內(nèi)外發(fā)表的資料,在此向相關(guān)作者表示感謝,同時(shí)感謝清華大學(xué)出版社的大力支持。
由于編者經(jīng)驗(yàn)不足,水平有限,加之時(shí)間倉促,書中難免存在疏漏之處,懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正,我們將不勝感激并持續(xù)改進(jìn)。
編者
2022年5月
第1章智能駕駛車輛概述
1.1概述
1.2智能駕駛車輛
1.3智能駕駛車輛發(fā)展動(dòng)態(tài)
1.4智能駕駛車輛關(guān)鍵技術(shù)概述
1.5本章小結(jié)
第2章智能駕駛車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模
2.1概述
2.2常用坐標(biāo)系
2.3車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
2.4車輛單自由度模型
2.5復(fù)雜車輛動(dòng)力學(xué)模型
2.6本章小結(jié)
第3章現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)
3.1概述
3.2狀態(tài)空間模型
3.3系統(tǒng)辨識(shí)
3.4卡爾曼濾波算法
3.5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析基礎(chǔ)
3.6滑?刂苹A(chǔ)
3.7H控制基礎(chǔ)
3.8最優(yōu)控制基礎(chǔ)
3.9模型預(yù)測(cè)控制基礎(chǔ)
3.10非線性控制器設(shè)計(jì)
3.11本章小結(jié)
第4章優(yōu)化方法基礎(chǔ)
4.1概述
4.2優(yōu)化問題描述
4.3二次規(guī)劃
4.4序列二次規(guī)劃
4.5本章小結(jié)
第5章環(huán)境感知
5.1概述
5.2環(huán)境感知傳感器
5.3導(dǎo)航定位系統(tǒng)
5.4車輛行駛狀態(tài)估計(jì)
5.5行駛道路曲率估計(jì)
5.6多傳感器融合與多目標(biāo)跟蹤
5.7本章小結(jié)
第6章決策與規(guī)劃
6.1概述
6.2規(guī)劃模型框架
6.3車輛安全速度
6.4行為決策規(guī)劃
6.5車輛軌跡規(guī)劃
6.6車輛速度規(guī)劃
6.7本章小結(jié)
第7章系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制
7.1概述
7.2駕駛員模型
7.3車輛橫向動(dòng)力學(xué)控制
7.4車輛縱向動(dòng)力學(xué)控制
7.5本章小結(jié)
第8章線控底盤
8.1概述
8.2線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
8.3線控制動(dòng)系統(tǒng)
8.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
8.5人機(jī)共駕系統(tǒng)
8.6CAN通信
8.7本章小結(jié)
第9章智能車輛測(cè)試與評(píng)價(jià)
9.1概述
9.2常用測(cè)試方法
9.3試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)
9.4智能車輛綜合試驗(yàn)場(chǎng)
9.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)