智能车辆主动安全与控制技术

本书总结了合肥工业大学车辆系统动力学与控制研究所多年来在智能车辆主动安全与集成控制技术方面所取得的经验和部分研究成果，并结合智能车辆当前的发展状况，阐述了智能车辆的体系结构、基于机器视觉的智能车辆导航、智能车辆的跟踪控制、智能车辆的运动稳定性与控制、智能车辆的悬架系统模型降阶与控制、智能车辆技术展望等方面的研究内容。本书内容翔实、全面，理论与实践并重，既有理论水平和学术价值，对工程实践也有指导意义。
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、仪器科学与技术等学科的研究人员、工程技术人员、教师参考，也适合对智能车辆感兴趣的各类人员阅读，同时可以作为上述专业研究生、高年级本科生的参考书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 智能车辆的发展现状 3
1.3 智能车辆的主动安全技术 9
1.3.1 智能车辆的几个发展阶段 9
1.3.2 自主导航关键技术 10
1.4 智能车辆系统动力学与控制技术 16
参考文献 17
第2章 智能车辆的体系结构 20
2.1 两种基本的体系结构 20
2.1.1 分层递阶式体系结构 20
2.1.2 包容式体系结构 21
2.2 其他几种典型的体系结构 21
2.2.1 三层结构 22
2.2.2 自组织结构 22
2.2.3 分布式结构 22
2.2.4 进化控制结构 23
2.2.5 社会机器人结构 24
2.3 智能车辆的集散决策混合式体系结构 24
2.3.1 系统的分散决策效果 25
2.3.2 集中决策与分散决策 25
2.3.3 道路环境下的决策体系结构 28
2.4 仿真研究 29
2.4.1 运动学模型 29
2.4.2 功能模型 30
2.4.3 时间延迟分析 32
2.4.4 仿真结果分析 33
2.5 基于行为的智能车辆体系结构 36
2.5.1 体系结构框架 36
2.5.2 行为的优先级 37
2.5.3 黑板模型 38
2.5.4 智能车辆各行为设计和仿真 39
2.6 智能车辆多智能体系统的体系结构 42
2.6.1 智能体的基本概念 42
2.6.2 多智能体系统的设计思想 44
2.6.3 基于多智能体系统的智能车辆控制 45
参考文献 52
第3章 基于机器视觉的智能车辆导航 54
3.1 车道识别系统设计 54
3.1.1 车道识别算法流程 54
3.1.2 车道线预提取 55
3.1.3 车道线跟踪 65
3.2 基于边缘点投影的车道线快速识别 72
3.2.1 快速识别和跟踪算法流程 72
3.2.2 图像预处理 74
3.2.3 车道线跟踪 80
3.2.4 实车实验 82
3.3 基于机器视觉的前方车辆距离检测 83
3.3.1 前方车辆距离检测计算流程 84
3.3.2 机器学习 84
3.3.3 车辆位置的确定 86
3.3.4 前方车辆距离的计算 88
3.3.5 基于毫米波雷达与机器视觉的前方车辆检测 89
3.4 基于自适应阈值的矢量域直方图法路径规划 95
3.4.1 改进的矢量域直方图法路径规划 96
3.4.2 路径规划仿真结果分析 100
参考文献 103
第4章 智能车辆的跟踪控制 105
4.1 智能车辆的横向运动自适应预瞄方法 105
4.1.1 系统结构 105
4.1.2 车辆-道路模型 106
4.1.3 闭环控制系统设计及特性分析 108
4.2 基于人机共享和分层控制的车道偏离辅助系统 112
4.2.1 控制系统结构设计 112
4.2.2 控制器设计 113
4.2.3 仿真计算与分析 118
4.2.4 驾驶员在环实验 123
4.3 基于深度神经网络的车道偏离预警 125
4.3.1 深度学习方法 126
4.3.2 人-车-路闭环系统随机模拟 127
4.3.3 仿真计算与分析 130
4.4 基于期望横摆角速度的智能车辆横向运动控制 134
4.4.1 控制系统设计 134
4.4.2 路径规划 134
4.4.3 期望横摆角速度生成 136
4.4.4 期望横摆角速度跟踪控制 137
4.5 一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型 142
4.5.1 基于轨迹预测的驾驶员模型 142
4.5.2 仿真计算与分析 149
4.5.3 硬件在环实验 154
4.6 智能车辆横向运动安全决策方法 156
4.6.1 驾驶员应急转向时的车辆运动 156
4.6.2 车辆横向运动安全边界设计 158
4.6.3 横向运动安全决策 162
4.6.4 仿真分析 163
4.7 基于道路势场法的车道偏离辅助控制 164
4.7.1 道路势场的构建 164
4.7.2 路径跟踪控制策略 166
4.7.3 仿真计算与分析 167
4.8 基于自抗扰控制的自动泊车路径跟踪 169
4.8.1 自动泊车系统的运动学模型 169
4.8.2 基于非时间参考的路径跟踪 170
4.8.3 自抗扰转角跟踪控制器 172
4.8.4 系统设计 174
4.8.5 仿真计算与分析 174
4.9 基于GA和LS-SVM的智能车辆路径跟踪控制 177
4.9.1 最小二乘支持向量机 177
4.9.2 基于GA和LS-SVM的滑模变结构控制 179
4.9.3 仿真计算与分析 180
4.10基于转向盘转角安全边界的车道偏离共享控制 182
4.10.1 转向盘转角安全边界 183
4.10.2 驾驶员意图转向盘转角估计 184
4.10.3 辅助决策策略 185
4.10.4 控制律设计 186
4.10.5 仿真计算与分析 190
参考文献 197
第5章 智能车辆的运动稳定性与控制 200
5.1 基于LPV/H∞控制的EPS研究 200
5.1.1 EPS系统的LPV/H∞控制器设计 200
5.1.2 仿真计算与分析 204
5.2 基于直接横摆力矩的车辆稳定性控制 205
5.2.1 基于非线性状态观测器的车速估计 206
5.2.2 基于非线性H∞输出反馈控制的ESP研究 207
5.2.3 仿真计算与分析 210
5.3 基于功能分配和多目标模糊决策的EPS/ESP协调控制 213
5.3.1 协调控制器设计 213
5.3.2 仿真计算与分析 219
5.4 基于功能分配和回正力矩补偿的EPS/ESP协调控制 221
5.4.1 协调控制器设计 221
5.4.2 仿真计算与分析 226
5.4.3 硬件在环仿真实验 229
5.5 基于车辆行驶安全边界的EPS/ESP协调控制策略 232
5.5.1 车辆行驶安全边界 232
5.5.2 协调控制器设计 235
5.5.3 仿真计算与分析 240
5.5.4 实验验证 241
5.6 车辆横向运动混沌分析及滑模变结构控制 243
5.6.1 非线性系统模型 243
5.6.2 车辆横向运动混沌分析与数值仿真 245
5.6.3 自适应趋近滑模变结构控制 250
5.6.4 仿真计算与分析 253
5.7 差动助力转向系统稳定性可拓协调控制 255
5.7.1 动力学模型的建立 256
5.7.2 基于横摆力矩可拓协调的控制系统设计 257
5.7.3 仿真计算与分析 264
参考文献 267
第6章 智能车辆的悬架系统模型降阶与控制 269
6.1 悬架系统模型降阶 269
6.1.1 很优Hankel范数降阶 269
6.1.2 其他降阶方法比较 273
6.1.3 仿真计算与分析 275
6.2 基于频率加权互质分解的控制器降阶 279
6.3 主动悬架系统的主动容错控制 283
6.3.1 基于传感器信号重构的主动悬架主动容错控制 284
6.3.2 基于控制律重组的主动悬架主动容错控制 293
6.3.3 基于故障补偿的主动悬架系统容错控制 300
6.4 磁流变半主动悬架系统控制研究 308
6.4.1 含时滞的磁流变半主动悬架离散系统建模 308
6.4.2 磁流变半主动悬架时滞依赖H2/H∞控制系统设计 309
6.4.3 仿真计算与分析 313
6.4.4 实验验证 316
6.5 主动悬架系统H∞可拓控制 318
6.5.1 H∞可拓控制器设计 318
6.5.2 仿真计算与分析 319
6.5.3 H∞可拓控制器值域博弈与模糊整定 322
6.5.4 仿真计算与分析 324
参考文献 325
第7章 智能车辆技术展望 328
参考文献 339