智能车辆容错控制技术及应用

本书主要介绍智能车辆的悬架与转向系统、整车高级辅助驾驶系统中的容错控制技术，包括容错控制理论基础，车辆悬架系统动力学与容错控制，车辆转向、驱动和转向/悬架集成系统动力学及容错控制，智能车辆辅助驾驶中的容错控制技术及应用。全书内容翔实、全面，理论与实践并重，既有理论水平和学术价值，也对工程实践有指导意义。
本书可供车辆工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程、仪器科学与技术等领域的研究人员、工程技术人员以及高等院校相关专业的教师、高年级本科生、研究生参考，也可供对智能车辆感兴趣的各类人员阅读。

编者的话
前言
第1章 绪论 1
1.1 容错控制概述 1
1.1.1 故障检测与诊断技术 1
1.1.2 容错控制技术 2
1.2 容错控制的分类 4
1.2.1 被动容错控制 5
1.2.2 主动容错控制 7
1.3 容错控制在智能车辆中的应用 9
1.3.1 EPS容错控制 10
1.3.2 基于 EPS的车道偏离辅助控制 10
1.3.3 悬架系统容错控制 13
1.3.4 车辆转向与悬架系统集成容错控制 15
1.4 容错控制存在的问题和发展趋势 16
1.4.1 容错控制存在的问题 16
1.4.2 容错控制的发展趋势 17
1.5 本书的结构体系与特色 18
参考文献 18
第2章 容错控制理论基础 23
2.1 故障系统的状态估计 23
2.1.1 传感器故障时的状态估计 23
2.1.2 执行器故障时的状态估计 24
2.2 控制器重构设计 27
2.2.1 状态反馈控制器重构设计 27
2.2.2 动态补偿控制器重构设计 28
2.3 智能容错控制 30
2.3.1 模糊容错控制 30
2.3.2 神经网络容错控制 32
2.4 基于自适应控制的容错控制 33
2.5 基于信息融合故障的容错控制 36
2.5.1 基于层次结构信息融合故障的容错控制 36
2.5.2 基于聚类融合故障的容错控制 37
2.6 基于混杂系统故障的容错控制 39
参考文献 41
第3章 车辆悬架系统动力学与容错控制 43
3.1 故障悬架系统建模 43
3.1.1 传感器故障建模 44
3.1.2 作动器故障建模 45
3.2 车辆轮胎力估计 46
3.2.1 整车非线性模型 47
3.2.2 基于Kalman滤波器的轮胎纵向力估计 51
3.2.3 基于干扰观测器的轮胎侧向力产生的横摆力矩估计 56
3.2.4 轮胎侧向力估计 60
3.2.5 仿真计算与分析 62
3.2.6 与传统轮胎模型计算结果的对比分析 66
3.3 主动悬架系统的故障检测、诊断与隔离 69
3.3.1 主动悬架4自由度半车控制模型 69
3.3.2 主动悬架控制策略 70
3.3.3 4自由度故障悬架模型 72
3.3.4 基于残差信息的主动悬架作动器故障检测、诊断与隔离 72
3.3.5 基于残差信息的主动悬架传感器故障检测、诊断与隔离 77
3.3.6 基于滤波器组的主动悬架传感器故障检测、诊断与隔离 87
3.4 基于 H2/H∞控制的主动悬架被动容错控制 94
3.4.1 主动悬架7自由度整车控制模型 94
3.4.2 具有参数摄动的故障悬架模型 96
3.4.3 主动悬架被动容错控制器设计 97
3.4.4 仿真计算与分析 100
3.5 基于传感器信号重构的主动悬架主动容错控制 105
3.5.1 主动悬架7自由度整车控制模型 106
3.5.2 基于H.∞控制策略的主动悬架控制 107
3.5.3 传感器故障时故障悬架模型 108
3.5.4 基于传感器信号重构的主动容错控制设计 108
3.5.5 仿真计算与分析 112
3.6 基于控制律重组的悬架系统主动容错控制 125
3.6.1 主动悬架7自由度整车控制模型 126
3.6.2 基于LQG控制策略的主动悬架控制 126
3.6.3 作动器故障时故障悬架模型 128
3.6.4 基于控制律重组的主动容错控制设计 128
3.6.5 仿真计算与分析 133
3.7 容错控制实验 139
3.7.1 实验方案设计 140
3.7.2 实验结果与分析 141
参考文献 144
第4章 车辆转向、驱动和转向/悬架集成系统动力学及容错控制 147
4.1 EPS系统动力学模型 147
4.2 考虑传感器和执行器故障的EPS系统主动容错控制 149
4.2.1 EPS传感器与执行器故障建模 149
4.2.2 助力控制策略 151
4.2.3 主动容错控制设计 151
4.2.4 仿真计算与分析 156
4.2.5 容错控制实验 162
4.3 轮毂电机驱动车辆系统动力学及容错控制 164
4.3.1 系统建模 165
4.3.2 轮毂电机驱动的智能车辆容错控制 169
4.3.3 仿真计算及分析 176
4.4 车辆转向与悬架集成系统容错控制 184
4.4.1 系统建模 184
4.4.2 基于 EPS的转向与悬架系统集成控制 187
4.4.3 执行器故障分级的集成系统容错控制 191
4.4.4 仿真计算与分析 193
参考文献 202
第5章 智能车辆辅助驾驶中的容错控制技术及应用 205
5.1 基于混杂控制方法的横向运动辅助驾驶控制 205
5.1.1 系统模型的建立 205
5.1.2 基于混杂控制方法的转向系统控制策略 209
5.1.3 几种模式的控制策略设计 212
5.1.4 稳定性监督器设计 215
5.1.5 仿真计算与分析 218
5.2 考虑驾驶员操纵失误的车道偏离辅助人机协同控制 224
5.2.1 系统建模 225
5.2.2 人机协同车道偏离辅助系统控制 228
5.2.3 人机协同车道偏离辅助系统设计 229
5.2.4 仿真计算与分析 235
5.2.5 硬件在环实验 240
5.3 基于可拓决策和人工势场法的车道偏离辅助驾驶 243
5.3.1 控制系统结构 243
5.3.2 控制器设计 245
5.3.3 仿真计算与分析 252
5.3.4 硬件在环实验 256
5.4 基于转向和差动制动集成的车道偏离辅助驾驶人机协同控制 257
5.4.1 可拓联合控制策略 257
5.4.2 差动制动控制 259
5.4.3 人机协调控制策略 262
5.4.4 仿真计算与分析 265
5.4.5 硬件在环实验 269
5.5 人机协同驾驶中的权值分配 272
5.5.1 权值分配的方式 272
5.5.2 驾驶员模型 275
5.5.3 人机权值分配策略 276
5.5.4 MPC横向运动控制器设计 279
5.5.5 仿真计算与分析 280
5.5.6 硬件在环实验 285
参考文献 287