節能汽車 : 協同式自動駕駛 Energy-Efficient Driving of Road Vehicles: Toward Cooperative, Connected, and Automated Mobility

《節能汽車:協同式自動駕駛》主要介紹了在大數據交通流環境下，
各種模型車輛的節能駕駛潛力與具體應用，並列舉了相關的案例分析。
介紹了協同式自動駕駛汽車在大數據交通流背景下的良好節能潛力，接著分別對多模型車輛
（內燃機汽車、電動汽車、混合動力汽車等）進行建模，對自動駕駛汽車的感知與控制
（包括V2X通信技術、自動駕駛的感知與定位技術、運動規劃及控制）及道路與交通
（包括對路網和交通流的建模，以及對能量消耗的預測等）進行了講解，
對協同式自動駕駛中*短路徑和*優能耗行駛里程進行了求解，然後對協同式自動駕駛的*優控制問題進行了分析，
分別針對內燃機汽車、電動汽車、混合動力汽車展開討論。
*後描述了部分特定場景及應用、自動駕駛技術的應用分析以及案例研究等。
本書為協同車輛的節能駕駛問題研究提供了豐富、詳盡的指導，
可以作為協同式自動駕駛領域研究生課程的主要教材，也可供相關從業人員閱讀。

前言
第1章CAV的節能潛力1
1.1緒論1
1.2能耗最小的路徑導航3
1.3CAV駕駛預測5
1.3.1道路狀態預測5
1.3.2信號相位與時序預測7
1.3.3跟車狀態預測10
1.3.4車道選擇與并線預測13
1.4協同駕駛機會的增加14
1.4.1跟車協同控制14
1.4.2變道與并線協同控制17
1.4.3交叉路口協同控制18
1.4.4交通協調的間接效益20
參考文獻20
 
第2章車輛建模基礎29
2.1道路行駛載荷30
2.1.1道路車輛的作用力31
2.1.2車輪驅動能量需求32
2.1.3動力總成能量需求34
2.2內燃機汽車35
2.2.1傳動系統（變速器）35
2.2.2發動機36
2.2.3ICEV的燃料消耗39
2.3電動汽車39
2.3.1傳動系統40
2.3.2電機與逆變器40
2.3.3電氣連接41
2.3.4電池42
2.3.5電動汽車的電能消耗43
2.4混合動力汽車44
2.4.1傳動系統與動力傳遞45
2.4.2能量管理策略46
2.4.3混合動力汽車的能量消耗48
2.5人力驅動車輛（自行車）48
2.5.1傳動系統49
2.5.2騎行者消耗模型49
2.5.3騎行者行為模型51
參考文獻51
 
第3章網聯自動駕駛汽車的感知與控制53
3.1V2X通信技術54
3.2自動駕駛的感知與定位技術55
3.2.1感知與定位傳感器55
3.2.2感知與定位算法57
3.2.3網絡服務60
3.3運動規劃及控制60
3.3.1任務規劃60
3.3.2模式規劃61
3.3.3運動規劃61
3.3.4運動控制61
3.3.5動力總成控制63
3.3.6規劃與控制算法64
參考文獻66
 
第4章道路與交通69
4.1路網建模69
4.1.1路網拓撲70
4.1.2路網屬性72
4.1.3交叉口簡介73
4.1.4充電站簡介74
4.2交通流微觀模型76
4.2.1跟車模型76
4.2.2高級巡航控制功能78
4.2.3車道變更模型79
4.3交通流宏觀模型80
4.3.1基礎交通流圖81
4.3.2運動學模型82
4.4路網能耗預測方法83
4.4.1運行速度模型84
4.4.2綜合速度軌跡84
4.4.3牽引能耗85
4.4.4熱管理能耗87
參考文獻88
 
第5章節能性路徑導航91
5.1節能性最短路徑問題91
5.1.1問題公式化91
5.1.2路徑算法96
5.1.3數值結果101
5.2最優能耗行駛里程估計102
5.2.1問題公式化103
5.2.2求解方法103
5.2.3數值結果104
5.3實際應用104
參考文獻106
 
第6章節能性速度曲線（協同式自動駕駛）107
6.1協同式自動駕駛技術107
6.1.1協同式自動駕駛場景107
6.1.2協同式自動駕駛規則108
6.1.3協同式自動駕駛系統110
6.2協同式自動駕駛的最優控制問題110
6.2.1問題公式化111
6.2.2求解方法115
6.3基於距離的車輪效率最大化120
6.3.1問題公式化120
6.3.2數值結果120
6.3.3解析結果122
6.4內燃機汽車效率最大化124
6.4.1問題公式化125
6.4.2數值結果125
6.4.3解析結果128
6.5電動汽車效率最大化132
6.5.1問題公式化132
6.5.2數值結果133
6.5.3解析結果134
6.6混合動力汽車效率最大化138
6.6.1問題公式化138
6.6.2數值結果139
6.6.3解析結果141
參考文獻144
 
第7章特殊場景與應用146
7.1加速場景146
7.1.1數值分析146
7.1.2解析方法147
7.2減速場景149
7.2.1數值分析149
7.2.2解析方法150
7.3道路坡度場景152
7.3.1數值分析153
7.3.2解析方法154
7.4受約束的協同式自動駕駛155
7.5車速限制場景155
7.5.1數值分析156
7.5.2解析方法157
7.6交叉路口場景160
7.6.1數值分析161
7.6.2解析方法161
7.7交通信號燈場景164
7.7.1數值分析165
7.7.2解析方法166
7.8跟車場景168
7.8.1數值分析168
7.8.2解析方法169
 
第8章協同式自動駕駛的實際應用174
8.1協同式自動駕駛概念的實現174
8.1.1節能性評估174
8.1.2預測巡航控制176
8.1.3節能性自適應巡航控制176
8.1.4預測型節能駕駛178
8.2實用性問題179
8.2.1速度與路徑記錄179
8.2.2斷點檢測180
8.2.3前車位置預測181
8.2.4交通信號燈概率預測183
8.2.5模型預測控制（MPC）方案185
8.2.6邊界條件設置186
8.3車載應用188
8.3.1人機交互188
8.3.2駕駛員反饋191
8.3.3自動駕駛192
參考文獻192
 
第9章詳細案例研究195
9.1信號燈交叉路口的節能方法195
9.1.1數值方法195
9.1.2仿真結果198
9.2交叉路口協同控制201
9.2.1優化問題公式化202
9.2.2數值方法203
9.2.3仿真結果204
9.2.4試驗結果206
9.3預期的跟車狀態207
9.3.1優化問題公式化207
9.3.2數值方法209
9.3.3仿真結果210
9.4預期的路徑選擇211
9.4.1優化問題公式化211
9.4.2數值方法213
9.4.3仿真結果213
9.5節能性路徑與節能性評估213
9.5.1試驗設置214
9.5.2試驗結果215
參考文獻220 
附錄A內燃機汽車協同式自動駕駛的參數優化222
附錄B電動汽車解析最優速度曲線的可行域225