智能車輛電驅動與運動控制技術

蔔建國，研究方向為載運平臺（無人平臺）混合電推進技術、汽車電子控制、電機設計與控制等。 馮光爍，研究方向為飛行汽車、電動飛機等

前言
章概述1
節智能車輛2
一、智能車輛概述2
二、智能汽車研究與發展的問題4
第二節電驅動技術6
一、電驅動系統的構成6
二、電驅動系統的作用6
三、電驅動技術的發展現狀7
四、電驅動技術的發展趨勢8
第三節智能車輛運動控制技術12
一、運動控制技術的研究現狀13
二、運動控制技術的發展趨勢17
思考題18
第二章智能車輛體系結構19
節常規體系結構20
一、分層遞階式體系結構20
二、反應式體系結構21
第二節智能車輛體系結構實例21
一、卡耐基梅隆大學“BOSS”智能車輛體系結構21
二、斯坦福大學智能車輛體系結構22
三、清華大學智能車輛體系結構25
四、陸軍軍事交通學院智能車輛體系結構25
第三節主要廠商智能車輛系統27
一、谷歌智能車輛系統27
二、奔馳智能車輛系統27
三、通用智能車輛系統28
四、博世智能車輛系統29
五、日產智能車輛系統30
第四節電動智能車平臺31
一、傳統控制架構31
二、域控制架構44
思考題51
第三章智能車輛線控底盤技術52
節線控底盤技術發展現狀53
第二節線控制動技術54
一、制動技術概述54
二、線控制動技術基本原理56
第三節線控轉向技術59
一、線控轉向技術概述59
二、線控轉向技術基本原理61
第四節線控驅動技術69
第五節全矢量控制線控底盤技術70
思考題72
第四章智能車輛電驅動系統73
節智能車輛電驅動系統動力需求特性理論74
一、驅動電機的特性74
二、傳動裝置的特性75
三、電動汽車動力性能分析77
第二節智能車輛電驅動系統參數匹配準則78
一、電驅動系統的特性要求78
二、電機參數匹配78
三、傳動裝置參數匹配79
第三節單電機驅動系統80
一、單電機驅動系統81
二、單電機驅動手動機械式變速器81
三、單電機驅動電控機械式變速器82
四、單電機驅動液力機械式自動變速器86
五、單電機驅動無級式自動變速器88
第四節多電機獨立驅動90
一、電機與減速器組合式驅動系統91
二、輪邊電機驅動系統91
三、輪轂電機驅動系統93
四、雙軸獨立驅動95
第五節電機耦合驅動96
一、多動力耦合系統97
二、雙電機耦合驅動99
三、雙機械端口電機104
第六節全向系統結構107
一、結構107
二、系統設計110
思考題113
第五章永磁電機結構及原理114
節永磁同步電機115
一、永磁同步電機結構115
二、軸向磁通永磁同步電機120
三、永磁同步電機基本工作原理122
四、永磁同步電機的特點124
第二節開關磁阻電機125
一、開關磁阻電機的結構125
二、開關磁阻電機的原理126
三、開關磁阻電機與永磁體結合126
四、開關磁阻電機的特點127
思考題128
第六章電驅動控制電路129
節車用電力電子器件130
一、二極管132
二、母線支撐電容器137
三、MOSFET：低壓負載驅動145
四、高壓功率開關157
五、功率集成電路和智能功率器件164
六、新型器件技術：超結和碳化矽器件166
七、功率損耗及熱管理169
第二節整流電路171
一、單相半波可控整流電路171
二、三相半波可控整流電路180
三、三相橋式全控整流電路184
第三節逆變電路188
一、逆變器類型188
二、電壓源逆變器189
三、電流源逆變器197
第四節DC/DC功率變換器198
一、降壓功率變換器199
二、升壓功率變換器201
三、雙向功率變換器203
思考題205
第七章電機控制206
節無刷直流電機控制207
一、無刷直流電機的數學模型207
二、六步換相控制208
第二節永磁同步電機控制215
一、永磁同步電機數學模型215
二、永磁同步電機的磁場定向控制218
三、 轉矩電流比和弱磁控制222
四、無位置傳感器控制228
第三節開關磁阻電機控制235
一、開關磁阻電機控制原理235
二、兩相SRM的數字控制239
思考題244
第八章智能車輛運動學與動力學建模245
節概述246
第二節常用坐標系246
一、 地理位置坐標系246
二、車輛坐標系247
三、Frenét坐標系248
四、環境感知坐標系251
第三節車輛運動學模型256
第四節車輛動力學模型258
第五節輪胎模型260
一、低滑移率縱向力模型261
二、小側偏角側向力模型262
三、聯合輪胎力模型263
四、魔術公式輪胎模型263
第六節輪胎側偏剛度估計264
一、橫擺角速度法265
二、側向-橫擺綜合法266
思考題267
第九章現代控制理論基礎268
節概述269
第二節狀態空間模型269
一、狀態空間描述方法270
二、系統穩定性274
三、系統可控性278
四、系統可觀性279
第三節系統辨識281
一、系統辨識簡介282
二、 小二乘法283
第四節卡爾曼濾波算法289
一、狀態估計問題描述289
二、卡爾曼濾波291
三、擴展卡爾曼濾波298
四、無跡卡爾曼濾波300
第五節控制系統設計與分析基礎302
一、極點配置法302
二、隆伯格觀測器303
三、輸出跟蹤控制器305
四、輸出反饋控制器309
第六節滑膜控制基礎313
一、滑膜的定義313
二、滑膜控制的定義314
三、滑模觀測器314
四、滑膜控制器316
五、高階滑膜控制317
六、二階滑膜控制318
第七節H∞控制基礎320
一、理論基礎321
二、H∞觀測器322
三、H∞控制器323
第八節 控制基礎325
一、 控制問題描述326
二、線性二次型 控制328
三、變分法與黎卡提方程330
四、LQR控制系統的穩定性336
五、QR矩陣選擇337
六、黎卡提方程求解338
第九節模型預測控制基礎340
一、模型預測控制簡介341
二、模型預測342
三、滾動優化與反饋校正344
第十節非線性控制器設計345
一、線性化345
二、反饋線性化347
三、分段線性化360
思考題361
第十章智能車幾種常見運動控制技術362
節路徑跟蹤控制363
一、任務需求363
二、運動學方法363
三、動力學方法370
四、系統仿真375
第二節自適應巡航控制383
一、任務需求383
二、分層控制策略384
三、控制器設計389
四、系統仿真396
第三節車道保持控制403
一、任務需求403
二、二自由度動力學模型404
三、控制器設計406
四、系統仿真417
思考題427
第十一章四輪獨立控制技術428
節四輪獨立轉向控制429
一、動力學建模429
二、轉向接口擴展431
三、力的反饋控制434
四、轉向控制器436
第二節四輪獨立驅動控制438
一、驅動力分配438
二、直接橫擺力矩447
思考題456
第十二章多車協調運動控制技術457
節車間通信技術458
第二節車隊控制460
第三節換道和並道控制463
一、車輛換道控制463
二、車輛並道控制471
第四節交叉口協同駕駛473
一、交叉口無協同駕駛473
二、交叉口有協同駕駛476
思考題485
參考文獻486