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本書以汽車主動安全控制為背景，層層遞進引入預(yù)測控制框架下主動安全系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、技術(shù)背景及其開發(fā)細(xì)節(jié)，主要介紹了汽車主動安全預(yù)測控制相關(guān)的理論模型基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計算法與軟硬件實現(xiàn)策略。首先，以控制理論為基礎(chǔ)，從車輛動力學(xué)建模開始介紹了動態(tài)安全穩(wěn)定邊界的辨識方法，為汽車操縱穩(wěn)定性控制提供評估指標(biāo)；然后，面向冰雪路面條件下的汽車主動安全控制需求，給出了汽車橫擺穩(wěn)定預(yù)測控制方案，進一步實現(xiàn)了穩(wěn)定性與節(jié)能性的協(xié)同優(yōu)化；最后，針對冰雪路面條件下汽車側(cè)縱向運動耦合問題，詳細(xì)介紹了汽車側(cè)縱向主動安全協(xié)同控制策略，分別給出分層式和集中式的控制方案，并具體分析每一種控制方案的優(yōu)缺點。對于以上各個環(huán)節(jié)，本書詳細(xì)地介紹了所涉及的技術(shù)、開發(fā)方法以及相關(guān)工具，以幫助讀者進行實踐。本書適合高等院校自動化、車輛工程及相關(guān)專業(yè)師生參考閱讀，也可作為從事控制系統(tǒng)研發(fā)工作的科研人員和工程技術(shù)人員的參考工具書。
圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

1.本書將汽車主動安全預(yù)測控制前沿的研究成果與實際應(yīng)用相結(jié)合，為讀者提供系統(tǒng)的知識框架，并通過豐富的理論分析與應(yīng)用驗證展示，幫助讀者更好地理解和應(yīng)用這一領(lǐng)域的新技術(shù)。
2.本書詳細(xì)介紹了針對高速行駛、緊急轉(zhuǎn)向和特殊路面等危險工況下的汽車主動安全預(yù)測控制系統(tǒng)方案設(shè)計思路；通過辨識動態(tài)安全穩(wěn)定邊界，描述并評估汽車運行的穩(wěn)定狀態(tài)，對主動安全的控制需求進行了分析說明；從頂層控制策略到底層控制算法，深入討論了汽車橫擺穩(wěn)定預(yù)測控制、側(cè)縱向主動安全協(xié)同控制、節(jié)能與預(yù)測安全集成優(yōu)化控制等方法；還對穩(wěn)定邊界在主動安全控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了介紹。
3. 本書全彩印刷，希望能為研究人員、工程師以及從事汽車安全領(lǐng)域的專業(yè)人士提供全面而深入的參考，推動主動安全技術(shù)在未來汽車行業(yè)中的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展。

隨著汽車科技的不斷發(fā)展，主動安全技術(shù)為駕駛員的行車安全帶來了更多的保障，在汽車工程領(lǐng)域也扮演著極其重要的角色。傳統(tǒng)的汽車安全側(cè)重被動防護措施，如安全氣囊和防撞結(jié)構(gòu)等，然而隨著對交通事故預(yù)防的關(guān)注日益增強，主動安全性能的提升成為當(dāng)前汽車工業(yè)的關(guān)鍵研究趨勢。主動安全預(yù)測控制通過利用豐富的傳感器信息、前沿的控制框架和優(yōu)化控制系統(tǒng)，使車輛能夠提前預(yù)測潛在的危險并主動采取措施，盡可能地保證車輛穩(wěn)定，減少事故的發(fā)生或者降低事故損失。本書旨在深入探討主動安全預(yù)測控制的理論、方法與實際應(yīng)用案例，為讀者提供全面的視角和深刻的理解。
然而，要實現(xiàn)高效的主動安全預(yù)測控制并非易事。汽車運行環(huán)境的復(fù)雜性、各類交通參與者的多樣性以及行駛路況的不確定性使得主動安全技術(shù)面臨巨大的挑戰(zhàn)。同時，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的飛速發(fā)展為主動安全技術(shù)提供了新的機遇。完備的傳感器技術(shù)、前沿的控制理論方法和強大的芯片算力性能，都為汽車系統(tǒng)提供了更為精準(zhǔn)、實時的失穩(wěn)風(fēng)險預(yù)估與運動控制能力。本書將深入探討這些挑戰(zhàn)與機遇，為讀者提供應(yīng)對未來主動安全控制問題的理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。
本書將前沿的研究成果與實際應(yīng)用相結(jié)合，通過深入研究主動安全預(yù)測控制的原理、模型和算法，為讀者提供系統(tǒng)的知識框架，并通過豐富的理論分析與應(yīng)用驗證展示，幫助讀者更好地理解和應(yīng)用這一領(lǐng)域的前沿技術(shù)。本書創(chuàng)作初衷是為研究人員、工程師以及從事汽車安全領(lǐng)域的專業(yè)人士提供全面而深入的參考，推動主動安全技術(shù)在未來汽車行業(yè)中的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展。
本書主要特點如下：
1.涵蓋了車輛主動安全控制技術(shù)設(shè)計開發(fā)的全流程，并且包含前沿控制理論基礎(chǔ)、車輛動力學(xué)基礎(chǔ)、硬件平臺驗證基礎(chǔ)課程。因此，對于剛進入車輛運動控制系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的人員，可以參考這些章節(jié)補足知識上的不足。對于相關(guān)技術(shù)開發(fā)人員，也可以加深對于其他環(huán)節(jié)的了解，擴展知識面。
2.為了更好地將理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用能力，以豐富的車載應(yīng)用和場景分析為特色。通過對控制系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的深入剖析，讀者將了解主動安全預(yù)測控制在冰雪路面條件下的應(yīng)用，從而更好地理解技術(shù)的實際效果和潛在制約。
3.突出整合了前沿技術(shù)和創(chuàng)新方法，在介紹主動安全控制的基礎(chǔ)上，特別關(guān)注前沿控制理論和網(wǎng)聯(lián)信息融合技術(shù)的應(yīng)用。通過深度融合這些前沿技術(shù)，本書為讀者展示了利用新的科技手段提升汽車主動安全性能的方法。
本書由王萍、孫耀、宮洵、李梓涵共同著寫。著者要感謝國家杰青陳虹教授及其團隊成員胡云峰、張琳、曲婷、許芳等給予的指導(dǎo)，感謝一汽、東風(fēng)、華為等企業(yè)工程師在項目合作過程中給予的啟發(fā)，也要感謝我們的學(xué)生王皆書、路海寬、胡嘯、楊博雄、張亦馳、鄧楊、黃瓊、楊環(huán)寧，他們?yōu)闀宓恼�、�?nèi)容校正提供了很大的幫助。
由于著者水平有限，書中難免存在錯誤及不當(dāng)之處，懇請讀者提出寶貴建議，以便修訂時予以糾正。
著者

王萍，吉林大學(xué)通信工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師；研究預(yù)測控制理論與應(yīng)用、汽車操縱穩(wěn)定性控制等方向。

前言
符號定義
第1章研究背景和控制理論基礎(chǔ)
1.1模型預(yù)測控制
1.1.1線性模型預(yù)測控制
1.1.2非線性模型預(yù)測控制
1.2基于極小值原理的最優(yōu)控制
1.2.1連續(xù)系統(tǒng)的極小值原理
1.2.2離散系統(tǒng)的極小值原理
1.3汽車穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵問題
第2章車輛動力學(xué)
2.1輪胎模型
2.1.1Dugoff輪胎模型
2.1.2Pacejke輪胎模型
2.1.3Burckhardt輪胎模型
2.1.4縱滑-側(cè)偏聯(lián)合工況UniTire輪胎模型
2.1.5LuGre輪胎模型
2.1.6Fiala輪胎模型
2.2車輛動力學(xué)模型
2.2.1二自由度車輛動力學(xué)模型
2.2.2三自由度車輛動力學(xué)模型
2.2.3七自由度車輛動力學(xué)模型
2.2.4八自由度車輛動力學(xué)模型
2.2.5四輪輪轂驅(qū)動電動汽車動力學(xué)模型
2.3整車模型實車數(shù)據(jù)驗證
2.3.1數(shù)據(jù)信號處理
2.3.2輪胎模型參數(shù)辨識
2.3.3模型驗證及分析
第3章車輛穩(wěn)定邊界辨識
3.1基于相平面分析的側(cè)向運動穩(wěn)定邊界離線辨識
3.2車輛側(cè)向運動穩(wěn)定邊界在線辨識
3.2.1車輛動力學(xué)模型
3.2.2基于局部線性化的穩(wěn)定邊界辨識方法
3.2.3穩(wěn)定邊界辨識結(jié)果與分析
3.3車輛側(cè)縱向運動穩(wěn)定邊界在線辨識
第4章冰雪路面條件下汽車橫擺穩(wěn)定預(yù)測控制
4.1模型建立與參考輸入設(shè)計
4.1.1車輛動力學(xué)模型
4.1.2參考輸入
4.2基于非線性預(yù)測控制方法的汽車橫擺穩(wěn)定控制器設(shè)計
4.2.1汽車橫擺穩(wěn)定控制策略
4.2.2非線性模型預(yù)測控制問題的快速求解
4.3汽車橫擺穩(wěn)定控制驗證與分析
4.3.1仿真結(jié)果與分析
4.3.2實驗結(jié)果與分析
第5章考慮節(jié)能優(yōu)化的汽車橫擺穩(wěn)定預(yù)測控制
5.1輪胎縱向滑移模型建立
5.2汽車橫擺穩(wěn)定與節(jié)能集中優(yōu)化策略
5.2.1基于前輪主動轉(zhuǎn)向和附加橫擺力矩的橫擺穩(wěn)定控制
5.2.2基于預(yù)測控制方法的橫擺控制與節(jié)能集中優(yōu)化
5.2.3預(yù)測控制輸入約束
5.2.4仿真驗證結(jié)果與分析
5.3汽車橫擺穩(wěn)定與節(jié)能分層優(yōu)化策略
5.3.1考慮汽車節(jié)能優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩初次分配
5.3.2考慮汽車橫擺穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩二次分配
5.3.3仿真驗證結(jié)果與分析
第6章汽車側(cè)縱向主動安全分層協(xié)同控制
6.1面向車輛側(cè)縱向穩(wěn)定需求的上層控制器
6.1.1車輛狀態(tài)預(yù)測模型
6.1.2模型預(yù)測控制器設(shè)計
6.2下層附加電機轉(zhuǎn)矩解析
6.3分層式控制策略仿真驗證結(jié)果與分析
6.3.1權(quán)值選取準(zhǔn)則
6.3.2多工況仿真驗證
6.3.3分層式控制策略魯棒性驗證
6.3.4硬件在環(huán)實驗驗證平臺設(shè)置及驗證結(jié)果
第7章汽車側(cè)縱向主動安全集中協(xié)同控制
7.1車輛側(cè)縱向運動狀態(tài)預(yù)測模型
7.1.1面向控制的復(fù)合滑移LuGre輪胎模型
7.1.2車輛狀態(tài)預(yù)測模型
7.1.3控制目標(biāo)與約束條件
7.1.4優(yōu)化問題構(gòu)建及求解
7.2基于模型預(yù)測控制的集中式側(cè)縱向穩(wěn)定效果驗證
7.2.1控制器權(quán)值選取確定
7.2.2仿真驗證結(jié)果與分析
7.2.3硬件在環(huán)實驗驗證結(jié)果與分析
7.3基于穩(wěn)定區(qū)域的汽車側(cè)縱向集中協(xié)同控制器設(shè)計及驗證
7.3.1穩(wěn)定區(qū)域?qū)?yīng)安全需求分析
7.3.2基于穩(wěn)定區(qū)域的車輛側(cè)縱向穩(wěn)定協(xié)同控制器
7.3.3硬件在環(huán)實驗結(jié)果及分析
參考文獻