电动汽车主动安全驾驶系统

本书内容包括电动汽车主动避撞系统体系结构、汽车系统动力学建模、考虑驾驶员特性和路面状态的纵向安全距离模型、基于约束的再生制动强度连续性的制动力分配策略、四驱电动汽车纵向稳定性研究、车辆状态与车路耦合特征估计、基于车辆边缘转向轨迹的侧向安全距离模型、基于半不确定动力学的直接横摆力矩鲁棒控制、四驱电动汽车稳定性控制力矩分配算法研究、四驱电动汽车侧向稳定性研究。 本书可供从事电动汽车主动安全系统研究的科研人员、相关专业的研究生或高年级本科学生使用。

田彦涛，吉林工业大学，教授，田彦涛教授长期从事复杂系统建模与优化控制、仿生与智能机器人系统控制等学科方向的基础研究与应用研究。“十二五”期间，围绕动态步行机器人运动学机理与控制方法、复杂环境下群体机器人系统协同适应性、电动汽车主动安全系统及智能化技术、新型非共面多旋翼飞行机器人、机器视觉与人脸表情识别等课题开展研究工作。其中，承担的国家自然科学基金项目，在国内首次开发了动态双足步行机器人原型机，并开展了关键技术研究，在运动学机理与控制方面取得突破。在群体机器人与多智能体系统协同适应性、多自主车辆决策与控制、智能汽车主动避撞等方面进行了系统研究（国家自然科学基金项目等）。与中国科学院长春光机所合作承担科学院创新项目新型多翼飞行机器人，突破了新型非共面旋翼飞行机器人关键技术，提高了系统可靠性，增加系统承载能力和续航时间。近五年，承担完成国家自然科学基金和国家重大科技成果转化项目3项、吉林省和 科技项目4项，目前正承担国家重点研发计划项目“电动汽车智能辅助驾驶技术研发及产业化”和国家自然科学基金重点项目“人机共驾型智能汽车的动力学特性及协同控制方法研究”。发表学术论文55篇，其中，收入SCI检索18篇、EI检索35篇，出版专著2部，申请并获得授权国家发明专利15项，科研成果获省部级科技进步三等奖1项。

第1篇 电动汽车主动避撞系统概述 第1 章　绪论　/ 2 　1.1　车辆主动避撞系统研究现状　/ 2 　　　1.1.1　行车信息感知及处理　/ 3 　　　1.1.2　安全距离模型　/ 7 　　　1.1.3　车辆动力学系统模型　/ 9 　　　1.1.4　车辆动力学控制策略　/ 10 　1.2　车辆稳定性研究现状　/ 12 　　　1.2.1　车辆纵向稳定性　/ 12 　　　1.2.2　车辆侧向稳定性　/ 15 　参考文献　/ 18 第2 章　电动汽车主动避撞系统体系结构　/ 21 　2.1　电动汽车硬件体系结构　/ 21 　　　2.1.1　毫米波雷达　/ 21 　　　2.1.2　MEMS 陀螺仪　/ 25 　　　2.1.3　车轮六分力传感器　/ 27 　　　2.1.4　永磁同步电机　/ 29 　2.2　四轮独立驱动轮毂电机电动汽车结构　/ 31 　2.3　车辆主动避撞系统体系结构　/ 32 　　　2.3.1　纵向主动避撞系统　/ 34 　　　2.3.2　侧向主动避撞系统　/ 35 　2.4　制动/转向避撞方式切换策略　/ 36 　2.5　本章小结　/ 39 　参考文献　/ 39 第3 章　汽车系统动力学建模　/ 41 　3.1　车辆纵向运动的一般描述　/ 41 　　　3.1.1　空气阻力　/ 41 　　　3.1.2　滚动阻力　/ 43 　3.2　车辆侧向运动的一般描述　/ 44 　3.3　轮胎纵向力　/ 46 　3.4　车轮动力学模型　/ 50 　　　3.4.1　车轮力矩平衡方程　/ 50 　　　3.4.2　车轮垂直载荷动力学模型　/ 50 　3.5　本章小结　/ 51 　参考文献　/ 51 第2篇 电动汽车纵向主动避撞系统关键技术 第4 章　考虑驾驶员特性和路面状态的纵向安全距离模型　/ 54 　4.1　考虑驾驶员的纵向制动安全距离建模　/ 54 　　　4.1.1　纵向制动安全距离建模　/ 54 　　　4.1.2　三种典型制动过程安全距离分析　/ 56 　　　4.1.3　仿真分析　/ 58 　4.2　基于附着系数和驾驶意图参数的安全距离模型　/ 63 　　　4.2.1　纵向安全距离模型　/ 63 　　　4.2.2　仿真分析　/ 66 　4.3　本章小结　/ 69 　参考文献　/ 69 第5 章　基于约束的再生制动强度连续性的制动力分配策略　/ 71 　5.1　制动控制器设计　/ 72 　　　5.1.1　加速度计算器　/ 72 　　　5.1.2　制动力/牵引力计算器　/ 73 　5.2　制动力/牵引力分配器　/ 74 　　　5.2.1　安全制动范围线性化　/ 74 　　　5.2.2　制动力分配策略　/ 77 　　　5.2.3　牵引力分配策略　/ 80 　5.3　仿真分析　/ 81 　5.4　纵向避撞控制器设计　/ 85 　　　5.4.1　纵向下拉控制器设计　/ 85 　　　5.4.2　纵向上位控制器设计　/ 86 　　　5.4.3　仿真分析　/ 89 　5.5　电动汽车纵向主动避撞系统整车仿真实验　/ 91 　　　5.5.1　实时仿真系统硬件构架　/ 93 　　　5.5.2　整车仿真模型　/ 93 　　　5.5.3　电动汽车纵向主动避撞系统实时仿真实验　/ 94 　5.6　本章小结　/ 98 　参考文献　/ 98 第6 章　四驱电动汽车纵向稳定性研究　/ 100 　6.1　基于LuGre 模型的SMO 观测器设计　/ 101 　　　6.1.1　滑模变结构的基本原理　/ 101 　　　6.1.2　基于LuGre 模型的电动汽车纵向动力学状态方程　/ 102 　　　6.1.3　滑模观测器设计　/ 105 　6.2　四驱电动汽车路面识别与最大电磁力矩估计　/ 107 　　　6.2.1　路面条件参数的估计　/ 108 　　　6.2.2　最大电磁力矩估算　/ 109 　6.3　仿真分析　/ 110 　6.4　本章小结　/ 116 　参考文献　/ 117 第3篇 电动汽车侧向主动避撞系统关键技术 第7 章　车辆状态与车路耦合特征估计　/ 120 　7.1　轮胎侧偏刚度估计　/ 120 　　　7.1.1　轮胎侧向动力学简化　/ 120 　　　7.1.2　递推最小二乘算法设计　/ 121 　　　7.1.3　仿真分析　/ 123 　7.2　车身侧偏角估计　/ 126 　　　7.2.1　轮胎动力学模型　/ 126 　　　7.2.2　轮胎纵向力计算　/ 127 　　　7.2.3　车身侧偏角观测器设计　/ 128 　　　7.2.4　非线性系统状态估计　/ 129 　　　7.2.5　一阶斯梯林插值滤波器　/ 130 　　　7.2.6　仿真分析　/ 131 　7.3　本章小结　/ 134 　参考文献　/ 135 第8 章　基于车辆边缘转向轨迹的侧向安全距离模型　/ 137 　8.1　车辆边缘转向轨迹安全距离模型　/ 137 　　　8.1.1　车辆边缘转向轨迹安全距离模型　/ 137 　　　8.1.2　仿真分析　/ 139 　8.2　车辆换道安全距离模型　/ 140 　　　8.2.1　侧向换道安全距离建模　/ 140 　　　8.2.2　换道中安全性条件分析　/ 142 　　　8.2.3　侧向换道控制策略研究　/ 144 　　　8.2.4　侧向安全距离模型验证　/ 147 　8.3　本章小结　/ 150 　参考文献　/ 150 第9 章　基于半不确定动力学的直接横摆力矩鲁棒控制　/ 152 　9.1　横摆角速率/车身侧偏角计算器　/ 152 　9.2　直接横摆力矩控制器设计　/ 152 　　　9.2.1　车辆侧向半不确定动力学系统建模　/ 153 　　　9.2.2　H ∞ 混合灵敏度问题　/ 156 　9.3　轮胎纵向力分配策略　/ 158 　9.4　仿真分析　/ 158 　9.5　车辆侧向换道控制　/ 160 　　　9.5.1　侧向车辆动力学模型线性化　/ 160 　　　9.5.2　基于前馈补偿的LQR 侧向控制策略研究　/ 162 　　　9.5.3　仿真分析　/ 164 　9.6　电动汽车侧向主动避撞系统仿真实验　/ 167 　9.7　本章小结　/ 173 　参考文献　/ 173 第10 章　四驱电动汽车稳定性控制力矩分配算法研究　/ 175 　10.1　控制分配算法综述　/ 175 　10.2　优化目标选择　/ 177 　10.3　轮胎纵向力分配约束条件　/ 178 　10.4　优化分配算法求解　/ 180 　10.5　轴载比例分配算法　/ 180 　10.6　侧向稳定性控制系统仿真实验与结果分析　/ 181 　　　10.6.1　基于CarSim 和Simulink 联合仿真实验程序　/ 181 　　　10.6.2　仿真实验设计与结果分析　/ 182 　10.7　本章小结　/ 187 　参考文献　/ 188 第11 章　四驱电动汽车侧向稳定性研究　/ 189 　11.1　电动汽车侧向动力学状态估计　/ 189 　　　11.1.1　基于扩展卡尔曼的车辆侧偏角估计　/ 189 　　　11.1.2　基于遗忘因子递推最小二乘法的轮胎侧偏刚度估计　/ 191 　11.2　仿真分析　/ 192 　11.3　直接横摆力矩侧向稳定性控制器设计　/ 196 　　　11.3.1　期望控制目标　/ 196 　　　11.3.2　基于前馈和反馈的侧向稳定性控制器设计　/ 198 　　　11.3.3　四轮驱动力分配策略　/ 199 　11.4　仿真分析　/ 201 　11.5　本章小结　/ 207 　参考文献　/ 208 索引　/ 211