本書以汽車主動安全控制為背景，層層遞進引入預測控制框架下主動安全系統的發展趨勢、技術背景及其開發細節，主要介紹了汽車主動安全預測控制相關的理論模型基礎、系統設計算法與軟硬件實現策略。首先，以控制理論為基礎，從車輛動力學建模開始介紹了動態安全穩定邊界的辨識方法，為汽車操縱穩定性控制提供評估指標；然后，面向冰雪路面條件下的汽車主動安全控制需求，給出了汽車橫擺穩定預測控制方案，進一步實現了穩定性與節能性的協同優化；最后，針對冰雪路面條件下汽車側縱向運動耦合問題，詳細介紹了汽車側縱向主動安全協同控制策略，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缺點。對于以上各個環節，本書詳細地介紹了所涉及的技術、開發方法以及相關工具，以幫助讀者進行實踐。本書適合高等院校自動化、車輛工程及相關專業師生參考閱讀，也可作為從事控制系統研發工作的科研人員和工程技術人員的參考工具書。
圖書在版編目（CIP）數據
1.本書將汽車主動安全預測控制前沿的研究成果與實際應用相結合，為讀者提供系統的知識框架，并通過豐富的理論分析與應用驗證展示，幫助讀者更好地理解和應用這一領域的新技術。
2.本書詳細介紹了針對高速行駛、緊急轉向和特殊路面等危險工況下的汽車主動安全預測控制系統方案設計思路；通過辨識動態安全穩定邊界，描述并評估汽車運行的穩定狀態，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定預測控制、側縱向主動安全協同控制、節能與預測安全集成優化控制等方法；還對穩定邊界在主動安全控制系統中的應用進行了介紹。
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域的專業人士提供全面而深入的參考，推動主動安全技術在未來汽車行業中的持續創新與發展。
隨著汽車科技的不斷發展，主動安全技術為駕駛員的行車安全帶來了更多的保障，在汽車工程領域也扮演著極其重要的角色。傳統的汽車安全側重被動防護措施，如安全氣囊和防撞結構等，然而隨著對交通事故預防的關注日益增強，主動安全性能的提升成為當前汽車工業的關鍵研究趨勢。主動安全預測控制通過利用豐富的傳感器信息、前沿的控制框架和優化控制系統，使車輛能夠提前預測潛在的危險并主動采取措施，盡可能地保證車輛穩定，減少事故的發生或者降低事故損失。本書旨在深入探討主動安全預測控制的理論、方法與實際應用案例，為讀者提供全面的視角和深刻的理解。
然而，要實現高效的主動安全預測控制并非易事。汽車運行環境的復雜性、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面臨巨大的挑戰。同時，汽車智能化、網聯化的飛速發展為主動安全技術提供了新的機遇。完備的傳感器技術、前沿的控制理論方法和強大的芯片算力性能，都為汽車系統提供了更為精準、實時的失穩風險預估與運動控制能力。本書將深入探討這些挑戰與機遇，為讀者提供應對未來主動安全控制問題的理論基礎和實踐指導。
本書將前沿的研究成果與實際應用相結合，通過深入研究主動安全預測控制的原理、模型和算法，為讀者提供系統的知識框架，并通過豐富的理論分析與應用驗證展示，幫助讀者更好地理解和應用這一領域的前沿技術。本書創作初衷是為研究人員、工程師以及從事汽車安全領域的專業人士提供全面而深入的參考，推動主動安全技術在未來汽車行業中的持續創新與發展。
本書主要特點如下：
1.涵蓋了車輛主動安全控制技術設計開發的全流程，并且包含前沿控制理論基礎、車輛動力學基礎、硬件平臺驗證基礎課程。因此，對于剛進入車輛運動控制系統開發領域的人員，可以參考這些章節補足知識上的不足。對于相關技術開發人員，也可以加深對于其他環節的了解，擴展知識面。
2.為了更好地將理論知識轉化為實際應用能力，以豐富的車載應用和場景分析為特色。通過對控制系統應用開發的深入剖析，讀者將了解主動安全預測控制在冰雪路面條件下的應用，從而更好地理解技術的實際效果和潛在制約。
3.突出整合了前沿技術和創新方法，在介紹主動安全控制的基礎上，特別關注前沿控制理論和網聯信息融合技術的應用。通過深度融合這些前沿技術，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，感謝一汽、東風、華為等企業工程師在項目合作過程中給予的啟發，也要感謝我們的學生王皆書、路海寬、胡嘯、楊博雄、張亦馳、鄧楊、黃瓊、楊環寧，他們為書稿的整理、內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，吉林大學通信工程學院教授、博士生導師；研究預測控制理論與應用、汽車操縱穩定性控制等方向。
前言
符號定義
第1章研究背景和控制理論基礎
1.1模型預測控制
1.1.1線性模型預測控制
1.1.2非線性模型預測控制
1.2基于極小值原理的最優控制
1.2.1連續系統的極小值原理
1.2.2離散系統的極小值原理
1.3汽車穩定性控制的關鍵問題
第2章車輛動力學
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-側偏聯合工況UniTire輪胎模型
2.1.5LuGre輪胎模型
2.1.6Fiala輪胎模型
2.2車輛動力學模型
2.2.1二自由度車輛動力學模型
2.2.2三自由度車輛動力學模型
2.2.3七自由度車輛動力學模型
2.2.4八自由度車輛動力學模型
2.2.5四輪輪轂驅動電動汽車動力學模型
2.3整車模型實車數據驗證
2.3.1數據信號處理
2.3.2輪胎模型參數辨識
2.3.3模型驗證及分析
第3章車輛穩定邊界辨識
3.1基于相平面分析的側向運動穩定邊界離線辨識
3.2車輛側向運動穩定邊界在線辨識
3.2.1車輛動力學模型
3.2.2基于局部線性化的穩定邊界辨識方法
3.2.3穩定邊界辨識結果與分析
3.3車輛側縱向運動穩定邊界在線辨識
第4章冰雪路面條件下汽車橫擺穩定預測控制
4.1模型建立與參考輸入設計
4.1.1車輛動力學模型
4.1.2參考輸入
4.2基于非線性預測控制方法的汽車橫擺穩定控制器設計
4.2.1汽車橫擺穩定控制策略
4.2.2非線性模型預測控制問題的快速求解
4.3汽車橫擺穩定控制驗證與分析
4.3.1仿真結果與分析
4.3.2實驗結果與分析
第5章考慮節能優化的汽車橫擺穩定預測控制
5.1輪胎縱向滑移模型建立
5.2汽車橫擺穩定與節能集中優化策略
5.2.1基于前輪主動轉向和附加橫擺力矩的橫擺穩定控制
5.2.2基于預測控制方法的橫擺控制與節能集中優化
5.2.3預測控制輸入約束
5.2.4仿真驗證結果與分析
5.3汽車橫擺穩定與節能分層優化策略
5.3.1考慮汽車節能優化的轉矩初次分配
5.3.2考慮汽車橫擺穩定的轉矩二次分配
5.3.3仿真驗證結果與分析
第6章汽車側縱向主動安全分層協同控制
6.1面向車輛側縱向穩定需求的上層控制器
6.1.1車輛狀態預測模型
6.1.2模型預測控制器設計
6.2下層附加電機轉矩解析
6.3分層式控制策略仿真驗證結果與分析
6.3.1權值選取準則
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硬件在環實驗驗證平臺設置及驗證結果
第7章汽車側縱向主動安全集中協同控制
7.1車輛側縱向運動狀態預測模型
7.1.1面向控制的復合滑移LuGre輪胎模型
7.1.2車輛狀態預測模型
7.1.3控制目標與約束條件
7.1.4優化問題構建及求解
7.2基于模型預測控制的集中式側縱向穩定效果驗證
7.2.1控制器權值選取確定
7.2.2仿真驗證結果與分析
7.2.3硬件在環實驗驗證結果與分析
7.3基于穩定區域的汽車側縱向集中協同控制器設計及驗證
7.3.1穩定區域對應安全需求分析
7.3.2基于穩定區域的車輛側縱向穩定協同控制器
7.3.3硬件在環實驗結果及分析
參考文獻
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