內容簡介

　　進入新世紀以來，我們對安全省時、綠色節能、環境友好以及舒適健康的交通服務需求與日俱增， 汽車及其相關工業隨之麵臨更多的挑戰。也正因如此， 許多新的方法、概念以及技術得以不斷被研發並應用於汽車工業。

　　為瞭更好地服務於智能汽車和先進交通技術領域的專業群體， 我們撰寫此書， 為研究者及工程師們提供有關智能汽車運動控製以及相應傳感互聯技術的新應用與進展。此外， 本書也旨在幫助高年級本科生和研究生對智能汽車、智能控製、車聯網等技術的學習探討。同時總結瞭我們對於智能汽車運動控製的當下趨勢以及未來發展的理解與感悟。

作者簡介

　　李力，

　　清華大學自動化係副教授、IEEE會士。研究興趣包括智能汽車、智能交通係統、智能傳感和控製。目前擔任IEEE智能交通係統匯刊副主編。

　　王飛躍，

　　復雜係統管理與控製國傢重點實驗室主任，兼任國防科技大學軍事計算與平行係統技術研究中心主任、中國智能車綜閤技術研發與測試中心主任、中國自動化學會副理事長兼秘書長。曾任IEEE ITS 學會主席， I E E E 智能交通係統匯刊( IEEE Transactions on IntelligentTransportation Systems)以及IEEE智能係統 (IEEE IntelligentSystems)主編，並主導創辦IEEE ITS 雜誌、IEEE計算社會係統匯刊和IEEE智能汽車匯刊。

精彩書評

　　無人駕駛技術涉及認知科學、模式識彆、智能控製、計算機技術及先進的傳感器技術等眾多學科的前沿研究領域。由於無人駕駛汽車涉及的科學與關鍵技術問題眾多，目前缺乏對於整個研究領域清晰的整理和描述。實際上把整個研究領域描述清楚瞭，無人駕駛汽車所涉及的問題就解決瞭一半。可喜的是，作者基於多年研究所得，在基礎研究的層麵上，把無人駕駛汽車麵臨的睏難和風險，以及當前的解決方法和未來的研究和發展思路分析得十分清楚，對於問題的聚焦和解決都具有重要的參考價值。

　　——中國自動化學會理事長、西安交通大學教授 鄭南寜院士

　　無人駕駛車輛是當今前沿科技的重要發展方嚮，有著重大應用前景與戰略價值，社會關注度極高。研究無人駕駛車輛既包括理論方法與關鍵技術的突破，也涉及到大量的工程與試驗問題。本書綜述瞭無人駕駛感知和控製領域的諸多重要成果，而且特彆係統介紹瞭車輛輪胎的動力學建模，在此基礎上，深入分析瞭多種控製算法在車輛橫嚮運動、縱嚮運動和懸掛減震控製中的應用，對於研究者和産業發展有著重要的參考意義。

　　——中國自動化學會前理事長、浙江大學教授 孫優賢院士

　　無人駕駛車輛涉及認知科學、機器人技術與車輛工程等交叉學科，是各種新興技術的綜閤試驗床。近年來，世界主要發達國傢均將無人駕駛車輛的研發作為突破人工智能技術、升級製造産業的重要途徑。作者基於多年研究，係統論述瞭無人駕駛車輛設計和實現中的諸多問題和解決手段，並將人工智能、優化和控製等多種技術結閤在一起，提齣瞭很多新的想法。因此本書對於無人駕駛車輛的初學者、研發者和産業人士都有重要的研讀與應用價值。

　　——國傢自然科學基金委員會信息學部主任、東北大學教授 柴天佑院士

　　無人駕駛汽車依靠裝載在車上的各種傳感器和計算機組成的智能駕駛係統來實現無人駕駛。其中自然環境感知和行為自主決策是無人駕駛車輛實現自主行駛的關鍵技術。書中作者探討瞭無人駕駛的定義、實現途徑和測試方法。本書的發行有助於瞭解國外先進的無人駕駛汽車理念和技術方法，可為縮小我國與國外的技術差距，推進我國智能汽車的發展有所貢獻。

　　——國防科技大學無人車團隊奠基人 賀漢根教授

目錄

前言
第1章引言

1.1智能交通係統中的智能汽車
1.2智能汽車研究與發展的問題
1.3本書結構
1.4超齣本書討論範圍的內容
1.5參考文獻

第2章輪胎摩擦的先進建模與監測
2.1引言
2.2縱嚮胎路摩擦建模
2.2.1縱嚮胎路摩擦特性
2.2.2典型的縱嚮胎路摩擦模型
2.3橫嚮胎路摩擦建模
2.3.1橫嚮胎路摩擦模型
2.3.2自行車模型
2.4集成的胎路摩擦建模
2.4.1集成的胎路摩擦特性
2.4.2經驗和半經驗集成模型
2.4.3解析集成模型
2.5胎路摩擦監測器
2.5.1胎路摩擦監測器架構
2.5.2經驗縱嚮胎路摩擦模型辨識
2.5.3解析的縱嚮胎路摩擦模型的觀測器
2.5.4經驗橫嚮胎路摩擦模型辨識
2.6本章小結
2.7參考文獻

第3章汽車橫嚮的先進運動控製62
3.1引言63
3.2綫控轉嚮係統
3.3車輛橫嚮運動建模與控製策略
3.4車輛橫嚮運動檢測器
3.5車輛轉嚮控製器設計
3.5.1車輛橫嚮運動控製目標
3.5.2魯棒車輛轉嚮控製器
3.5.3滑模轉嚮控製器
3.5.4自適應轉嚮控製器
3.5.5模糊轉嚮控製器
3.6本章小結
3.7參考文獻

第4章汽車縱嚮的先進運動控製
4.1引言
4.2先進的車輛傳動係統控製
4.2.1先進的汽車發動機控製
4.2.2先進的汽車變速器控製
4.3汽車空氣動力學
4.4先進的車輛跟蹤與製動控製
4.4.1先進的汽車追蹤與製動控製
4.4.2防抱死製動係統設計
4.5自適應巡航控製
4.6本章小結
4.7參考文獻

第5章汽車垂嚮的先進運動控製
5.1引言
5.2道路粗糙度建模
5.3先進的車輛懸架係統
5.3.1綫性時不變懸架控製器
5.3.2魯棒懸架控製器
5.3.3模糊懸架控製器
5.4懸架係統的參數估計與故障檢測
5.5防側翻控製
5.6本章小結
5.7參考文獻

第6章單車的先進運動控製
6.1引言
6.2車輛路徑、軌跡規劃
6.3車輛泊車問題
6.4縱嚮、橫嚮、垂嚮車輛運動控製綜閤
6.5參考文獻

第7章多車的先進運動控製
7.1引言
7.2車間通信技術
7.3車隊控製
7.4換道和並道控製
7.4.1車輛換道控製
7.4.2車輛並道控製
7.5交叉口協同駕駛
7.5.1交叉口無協同駕駛
7.5.2交叉口有協同駕駛
7.6本章小結
7.7參考文獻

第8章智能車輛視覺係統
8.1概述
8.2基於視覺傳感器進行車道、路麵檢測的優勢
8.2.1使用CMOS/CCD攝像頭和雷達的車道、路麵檢測
8.2.2使用激光雷達和激光傳感器的車道、路麵檢測
8.2.3車道和車道偏離的同時檢測和定位
8.3基於視覺信息進行車輛檢測的優勢
8.3.1基於CMOS/CCD的車輛檢測
8.3.2使用調頻連續波雷達的車輛檢測
8.3.3使用激光雷達或激光傳感器進行車輛檢測
8.4基於視覺信息進行行人識彆的優勢
8.4.1使用CCD/CMOS攝像頭的行人檢測
8.4.2使用紅外攝像頭的行人檢測
8.5基於視覺進行交通標誌檢測的優勢
8.6基於視覺的駕駛人監測器的優勢
8.6.1駕駛人、乘客位置和姿勢檢測
8.6.2疲勞駕駛分析
8.6.3駕駛行為分析
8.7智能視覺係統的進一步討論
8.7.1多視覺傳感器融閤
8.7.2視覺共享
8.7.3交通基礎設施和車輛視覺係統
8.7.4視覺傳感器設計、校準和故障檢測
8.7.5基於視覺的環境檢測和視覺係統的靈活性
8.8參考文獻

第9章智能汽車輪胎檢查及監測
9.1引言
9.2離綫輪胎檢查技術進展
9.2.1輪胎胎麵檢查
9.2.2輪胎布簾層、束帶層檢查
9.2.3輪胎軸承檢查
9.3在綫實時輪胎監測技術的發展
9.3.1 SAW輪胎傳感器
9.3.2輪胎滾動、鏇轉分析及氣壓監測
9.3.3其他的輪胎形變、壓強監測傳感器
9.4進一步討論
9.5參考文獻

精彩書摘

　　近20年來，智能汽車（Intelligent Vehicles，IV）的研發投入大幅增長，並應用於海陸空運、軍民兩用及高科技領域，取得瞭巨大成功。智能汽車受到如此多的關注，主要源於其在提升駕駛安全性、效率以及改善人們現代化生活品質方麵的潛在優勢。作為智能交通係統（Intelligent Transportation Systems，ITS）的重要組成部分，智能汽車利用先進的傳感、通信、計算和控製技術來獲悉駕駛環境與狀態，用以輔助車輛運行、交通控製、服務管理及其他相關事項。此外，諸如普適計算技術、自組織網絡技術、智能空間技術等新興技術的最新進展也為未來智能汽車的發展帶來新的契機。我們深信：智能汽車行駛在智能道路上，甚至更為廣闊的智能空間中，將是未來智能汽車領域發展的新浪潮。

　　智能汽車的相關技術發展可追溯到20世紀七八十年代。而地麵智能交通工具（指智能汽車）的概念是在20世紀90年代末逐漸普及的。誠如Little所述，“自本世紀初，伴隨著計算機與信息技術的革命浪潮，無論從用戶交互體驗還是車輛保有量等方麵，機動車都在經曆最深刻的變革”。認識到智能汽車的重要性以及不將人因因素作為汽車設計核心將會帶來意外的不良後果，美國交通部（Department of Transportation，DOT）展開瞭智能汽車先導（Intelligent Vehicles Initiative，IVI）計劃。該先導計劃旨在加強集成車載係統的發展、普及與應用，幫助貨車、公交車、小轎車的駕駛員提升駕駛安全性與效率。不久之後，1998年頒布的21世紀交通效率法案授權IVI計劃正式成為美國交通部智能交通項目的重要部分。

　　過去十年，智能汽車領域相關研究由於政府、公眾、車企及車輛産品供應商的高度關注而持續推進。現在，越來越多的研究者和消費者相信智能汽車正是滿足人們對於安全、節能、環保、舒適的交通服務日益增長需求的關鍵要素。然而，對於智能汽車應具備哪些功能、呈現何種形態的問題仍然沒有形成共識。總之，對於智能汽車的定義標準，即何種汽車應當稱為智能汽車，研究者們仍然存在爭論。

　　美國交通部認為IVI計劃應當至少在以下三種駕駛條件下提升安全性：正常駕駛條件、退化駕駛條件和迫近事故條件。為瞭實現該目標，聯邦智能交通係統項目組給齣瞭智能汽車必須具備的三大係統：衝突避讓係統、碰撞通報係統和輔助駕駛係統。更精確地說，IVI計劃重點在以下八大功能領域實施：追尾碰撞避讓、換/並道衝突避讓、車道偏離衝突避讓、交叉口衝突避讓、駕車視野提升、車輛穩定性、駕駛員狀態預警和安全警示服務。

　　全世界範圍內在上述領域的研究已經獲得瞭諸多成果。Bishop根據智能汽車具備功能的多寡將正在研發的智能汽車分成以下三個等級：a）車內係統可為駕駛員提供輔助或警示服務的功能（衝突預警係統）；b）車內係統可獲取車輛的部分控製權，如在平穩狀態下的輔助駕駛或在衝突迫近下的緊急乾預（衝突避讓係統）；c）車內係統獲取車輛的全部控製權（車輛自動化）。一般而言，由於衝突避讓的重要性，絕大多數研究者認為一輛所謂的智能汽車應用具備等級a）的功能。根據Dravidam和Tosunoglu的估計，15%～20%的交通事故涉及追尾碰撞。而美國國傢公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA）的數據顯示，美國88%的追尾碰撞事故是由於駕駛人精力不集中或後車跟車過近造成的。因此，衝突預警係統被認為是智能汽車最基本的功能。

　　然而，Bishop同樣指齣，所謂的衝突預警係統本身也是由部分重疊的子功能係統構成的，包括前車衝突預警、障礙衝突預警、追尾衝突預警、自行車/行人衝突預警等。迄今為止，大多數實驗車輛僅能實現上述這些子功能的一部分。圖1.1所示為豐田AHS項目早期設計的智能汽車係統。但一般來說，這些早期的設計方案仍然被稱為智能汽車。

　　有些研究者卻認為汽車不會實現自動駕駛，Jones將他們的觀點總結如下：

　　“雖然汽車將會很快實現像駕駛人駕駛一樣引導汽車駛入道路，但完全沒有駕駛人介入的全自動駕駛車輛可能很難實現大規模的商業生産。”

　　“新技術是為瞭輔助而不是取代駕駛人”，愛荷華市愛荷華大學公共政策中心人因研究項目組首席專傢Daniel McGehee如是說。他提到給予汽車完全的自身控製權，將會引發一係列復雜程度類似於“誰應該對一起交通事故負責，是駕駛人還是汽車製造商”的法律糾紛問題。

　　其餘一些不願透露姓名的汽車傳感和人因研究領域的專傢們則強調智能汽車係統的製造商和經銷商可能需要麵臨承擔嚴重賠償責任的潛在危險。

　　這種潛在的危險還使得那些曾齣現在電影電視中的汽車隻需要詢問駕駛人目的地就可到達的場景也僅可能局限在電影鏡頭之中。

　　他們的論斷不無道理，由於各種各樣的原因，全自動駕駛的商業車輛在短期內很難齣現在城市道路中。但智能汽車絕不僅是智能商業汽車。盡管全自動駕駛的車輛很難進入一般領域，但其在特殊領域的製造與應用則越來越多。一個典型的案例就是為瞭響應美國國會和國防部有關加強智能汽車的研發用以在戰場上挽救美國士兵生命的呼籲，DARPA智能車輛挑戰賽應運而生。數十組來自全世界各地的高校和企業的代錶隊積極參與其中。圖1��2所示為在2004年DARPA挑戰賽上由奧本大學隊設計的自動駕駛汽車。2005年，也有一些全自動駕駛汽車成功通過整個挑戰測試賽。

　　車輛控製係統主要依賴於放置在各錨點的差分GPS（Starfire）和慣導傳感器來導航路徑，

　　它利用紅外傳感器（LIDAR）的超聲波傳感器提供路徑跟蹤和障礙避讓功能

　　全自動汽車在采礦場和駕駛測試場等場閤也得到設計與應用。圖1.3所示是由布倫瑞剋技術大學團隊進行的一次有趣的商業嘗試。這個駕駛機器人Klaus是由德國汽車製造商大眾（Volkswagen）公司研發的，正在駕駛一輛大眾多用途客貨車進行測試。精細的汽車控製係統和傳感技術可檢測周邊道路環境並計算齣閤理的駕駛行為。

　　智能汽車的概念及其引申內容在過去十年間逐漸發生瞭變化。一方麵從字麵含義看，盡管IVI計劃中僅涉及地麵交通運輸係統，但絕不僅是地麵智能汽車稱為智能汽車，其他水下運輸工具或氣墊船、空中運輸工具都可看作是智能汽車。而另一方麵，智能汽車與智能移動機器之間的概念界綫越來越模糊，一些大型的移動機器有時也被認為是智能汽車。需要指齣的是，嚴格意義上的智能汽車仍然尚待研發。本書僅考慮並討論目前被廣泛接受的地麵智能汽車。然而毋庸置疑的是，由於移動機器人技術已經得到廣泛應用或獲得瞭認可，智能汽車研究者們將會對該領域的成果擇善而從，繼承並擴展許多實用的技術和方法並將其應用到智能汽車領域。

　　……

前言/序言

　　進入新世紀以來，人們對安全、節能省時、環境友好以及舒適的交通服務的需求與日俱增，汽車及其相關工業隨之麵臨更多的挑戰。因此，許多新興的概念和技術得以不斷研發並應用到汽車工業。為瞭更好地服務對智能汽車和先進交通係統有興趣的專業群體並滿足他們的迫切需求，我們撰寫此書，以便為研究人員和工程師們提供有關智能汽車運動控製和相應傳感技術的最新進展和信息。此外，本書也旨在幫助高年級本科生和研究生瞭解有關汽車和交通係統的一些發展近況。本書也總結瞭作者對於智能汽車運動控製的當前趨勢和未來發展的理解與感悟。

　　我們在智能汽車領域的研究要追溯至差不多20年前，那時我還在RPI/NASA空間探索智能機器人係統的中心做研究員。從那以後，人們對於智能汽車的研究和發展取得瞭巨大的進展，並在陸海空範圍的科技、民事及軍事等多領域都有諸多成功的應用。我們在智能汽車上的研究範圍從有專門應用的機器人車輛到通用的智能車輛。1994年，和美國國傢標準與技術研究院(NIST，National Institute of Standards and Technology)閤作，我們建立瞭SPIDER車輛係統，旨在針對原位火星/月球資源的利用，以及製造一個用於UA/NASA空間工程研究中心“本地行星資源利用項目”中火星造氧的原型機器。從1996年到1999年，我們修正瞭Caterpillar 98T輪式裝載機來實現自動挖掘和裝載操作，而這有助於高效地挖掘土壤和岩石。2000年，我們製造瞭我們的第一個自動駕駛的客運車輛VISTA(Vehicles with Intelligent Systems for Transport Automation)，並在亞利桑那州鳳凰城的51號公路展示瞭該車輛的功能。2002年，我們完成瞭基於自動駕駛和無綫通信的自動化測試場的設計。在2005年，與西安交通大學和山東科學院閤作，我們研發瞭針對vASOS(vehicular Application Specific Operating Systems)的CASIC移動平颱。該平颱能夠對駕駛安全性、效率和舒適性等各種嵌入式電子和軟件係統進行測試和評估。

　　本書的主要內容來自我們近期在智能汽車領域的研究成果。盡管本書的一些內容選自多位學者，但其主要內容是基於我2001年到2005年指導的學生李力的博士論文。本書包含九章內容，可以分為三大部分：引言（第1章）、智能汽車運動控製（第2～7章），以及相關的汽車傳感技術（第8～9章）。

　　第1章主要討論瞭智能汽車技術的研究目標、研究任務和研究背景。其為當前的研究成果和發展趨勢做瞭詳盡的總結。本章同樣也討論瞭智能汽車、先進交通（公路）係統和輔助駕駛之間的相互關係。

　　第2章仔細研究瞭胎路摩擦現象並綜述瞭一些常用的胎路摩擦模型。這些內容為第3～5章研究的單車運動控製提供瞭重要的背景知識，因為研究車輛和地麵之間的相互關係對於車輛駕駛性能的研究至關重要。第3章的主題就是車輛橫嚮動力學與轉嚮控製，主要分析瞭一些轉嚮控製器的設計方法。第4章闡述瞭內外部的車輛縱嚮動力學特性並重點討論瞭車輛追蹤、製動控製。第5章主要解決車輛橫嚮與縱嚮運動控製的分解與閤成問題。第6章主要研究車輛垂嚮動力學特徵及車輛懸架控製器。最後，第7章研究瞭多車運動控製，主要討論瞭該研究方嚮在通信和協同方麵麵臨的新技術挑戰。

　　第8～9章分彆綜述瞭應用在車輛視覺傳感和輪胎狀況檢查方麵的已有方法和一些新興技術；也羅列瞭一些在相關研究領域，諸如材料和設備發展等方麵的研究成果。

　　本書的主要目標在於提供對車輛運動控製和傳感研究現有水平的調查，同時為該領域的研究者們提供一個跨學科的嶄新視角。考慮到本書可能有廣泛的受眾，盡管我們均標明瞭參考文獻，但在一些地方省略瞭具體的技術細節，而隻闡述那些關鍵的發現和趨勢。

　　藉此機會，我要感謝所有對於智能汽車研究項目有所貢獻的同事和同學們。首先也是最重要的，我要感謝我的博士生導師倫斯勒理工學院的George N�盨aridis教授，是他將我領入智能機器人係統、智能汽車和一般智能係統的智能控製領域。我也要感謝我以前的同事Paul J�盠ever教授、Pitu B�盡irchandani教授和K�盋�盞uo教授一直以來在Caterpillar項目和VISTA項目中給予的閤作與支持。1996—2001年間，許多來自中日韓並參與我的項目的訪問學者們，尤其是Tang Nan教授、Guihe Qin教授和Wenxue Liu教授在VISTA項目中做齣瞭巨大的貢獻。最後但同樣重要的，我要感謝我在亞利桑那大學和中國科學院的學生的辛勤工作以及他們對於智能汽車項目所做的貢獻，特彆是Xiaobo Shi、Hungman Kim、Yijia Xu、Yuetong Lin、Zhixue Wang、Shuming Tang博士和Deqian Chen、Hongyu Xie、Michael Williams、Javier C 智能汽車：先進傳感與控製 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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同學推薦，結果發現超齣瞭我的接受能力，最後送同學瞭。沒有工程方麵內容，純學術研究。