本书以智能车辆为背景，层层递进地介绍了电驱动和运动控制技术。本书共12章。第一章主要对本书所涉及领域做了总体介绍；第二章到第四章主要介绍了智能车辆系统的体系结构以及相关的传感设备、车载网络和线控底盘技术等内容；第五章到第九章主要介绍了智能车辆电驱动系统构型、电机结构及设计理论、电机控制相关的功率半导体器件、电路、控制算法等内容；第十章到第十二章主要以电驱动智能车辆为背景，介绍了当前智能车辆常见的运动控制技术和四轮独立运动控制技术，然后分别对单车运动和多车协调运动控制做了系统性的阐述。
本书适用于对智能车辆、电驱动等技术感兴趣的研究生、学者和工程师。
1.本书紧贴当前汽车电驱动和智能车两个技术热点，关注技术前沿，全面、深入地介绍了智能车辆、电驱动和运动控制的理论、系统、部件及应用，及时满足了智能车辆领域对电驱动和运动控制的知识需求。
2.本书首先介绍了智能车辆系统架构、环境感知、通信系统和线控底盘技术，然后详细介绍了电驱动架构、电机及电控技术，最后介绍了智能车辆横向、纵向运动控制，四轮独立运动控制，单车和多车协调运动控制等。
3.本书适用于对智能车辆、电驱动等技术感兴趣的研究生、学者和工程师。
本书紧贴当前汽车电驱动和智能车两个技术热点，关注技术前沿，全面、深入地介绍了智能车辆、电驱动和运动控制的理论、系统、部件及应用，及时满足了智能车辆领域对电驱动和运动控制的知识需求。
本书主要适用于对智能车辆、电驱动等技术感兴趣的研究生、学者和工程师。
本书共12章。第一章主要对本书所涉及领域做了总体介绍；第二章到第四章主要介绍了智能车辆系统的体系结构以及相关的传感设备、车载网络和线控底盘技术等内容；第五章到第九章主要介绍了智能车辆电驱动系统构型、电机结构及设计理论、电机控制相关的功率半导体器件、电路、控制算法等内容；第十章到第十二章主要以电驱动智能车辆为背景，介绍了当前智能车辆常见的运动控制技术和四轮独立运动控制技术，然后分别对单车运动和多车协调运动控制做了系统性的阐述。
本书由陆军军事交通学院卜建国和北京科技大学冯光烁担任主编，由陆军军事交通学院的俞妍、周广猛担任副主编。其中冯光烁主要完成第二到第五章和第十一、十二章的编写工作。另外，参与编写的人员还有陆军军事交通学院的张卫锋、雷威、赵梦伟、胡宁、孙策、王丹丹、刘金华等人。
全书由刘增勇教授和陈成法副教授主审，他们提出了许多宝贵建议，在此表示衷心感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，敬请读者不吝指正。
编者
卜建国，研究方向为载运平台（无人平台）混合电推进技术、汽车电子控制、电机设计与控制等。
冯光烁，研究方向为飞行汽车、电动飞机等
前言
第一章概述1
第一节智能车辆2
一、智能车辆概述2
二、智能汽车研究与发展的问题4
第二节电驱动技术6
一、电驱动系统的构成6
二、电驱动系统的作用6
三、电驱动技术的发展现状7
四、电驱动技术的发展趋势8
第三节智能车辆运动控制技术12
一、运动控制技术的研究现状13
二、运动控制技术的发展趋势17
思考题18
第二章智能车辆体系结构19
第一节常规体系结构20
一、分层递阶式体系结构20
二、反应式体系结构21
第二节智能车辆体系结构实例21
一、卡耐基梅隆大学BOSS智能车辆体系结构21
二、斯坦福大学智能车辆体系结构22
三、清华大学智能车辆体系结构25
四、陆军军事交通学院智能车辆体系结构25
第三节主要厂商智能车辆系统27
一、谷歌智能车辆系统27
二、奔驰智能车辆系统27
三、通用智能车辆系统28
四、博世智能车辆系统29
五、日产智能车辆系统30
第四节电动智能车平台31
一、传统控制架构31
二、域控制架构44
思考题51
第三章智能车辆线控底盘技术52
第一节线控底盘技术发展现状53
第二节线控制动技术54
一、制动技术概述54
二、线控制动技术基本原理56
第三节线控转向技术59
一、线控转向技术概述59
二、线控转向技术基本原理61
第四节线控驱动技术69
第五节全矢量控制线控底盘技术70
思考题72
第四章智能车辆电驱动系统73
第一节智能车辆电驱动系统动力需求特性理论74
一、驱动电机的特性74
二、传动装置的特性75
三、电动汽车动力性能分析77
第二节智能车辆电驱动系统参数匹配准则78
一、电驱动系统的特性要求78
二、电机参数匹配78
三、传动装置参数匹配79
第三节单电机驱动系统80
一、单电机驱动系统81
二、单电机驱动手动机械式变速器81
三、单电机驱动电控机械式变速器82
四、单电机驱动液力机械式自动变速器86
五、单电机驱动无级式自动变速器88
第四节多电机独立驱动90
一、电机与减速器组合式驱动系统91
二、轮边电机驱动系统91
三、轮毂电机驱动系统93
四、双轴独立驱动95
第五节电机耦合驱动96
一、多动力耦合系统97
二、双电机耦合驱动99
三、双机械端口电机104
第六节全向系统结构107
一、结构107
二、系统设计110
思考题113
第五章永磁电机结构及原理114
第一节永磁同步电机115
一、永磁同步电机结构115
二、轴向磁通永磁同步电机120
三、永磁同步电机基本工作原理122
四、永磁同步电机的特点124
第二节开关磁阻电机125
一、开关磁阻电机的结构125
二、开关磁阻电机的原理126
三、开关磁阻电机与永磁体结合126
四、开关磁阻电机的特点127
思考题128
第六章电驱动控制电路129
第一节车用电力电子器件130
一、二极管132
二、母线支撑电容器137
三、MOSFET：低压负载驱动145
四、高压功率开关157
五、功率集成电路和智能功率器件164
六、新型器件技术：超结和碳化硅器件166
七、功率损耗及热管理169
第二节整流电路171
一、单相半波可控整流电路171
二、三相半波可控整流电路180
三、三相桥式全控整流电路184
第三节逆变电路188
一、逆变器类型188
二、电压源逆变器189
三、电流源逆变器197
第四节DC/DC功率变换器198
一、降压功率变换器199
二、升压功率变换器201
三、双向功率变换器203
思考题205
第七章电机控制206
第一节无刷直流电机控制207
一、无刷直流电机的数学模型207
二、六步换相控制208
第二节永磁同步电机控制215
一、永磁同步电机数学模型215
二、永磁同步电机的磁场定向控制218
三、最大转矩电流比和弱磁控制222
四、无位置传感器控制228
第三节开关磁阻电机控制235
一、开关磁阻电机控制原理235
二、两相SRM的数字控制239
思考题244
第八章智能车辆运动学与动力学建模245
第一节概述246
第二节常用坐标系246
一、全球地理位置坐标系246
二、车辆坐标系247
三、Frenét坐标系248
四、环境感知坐标系251
第三节车辆运动学模型256
第四节车辆动力学模型258
第五节轮胎模型260
一、低滑移率纵向力模型261
二、小侧偏角侧向力模型262
三、联合轮胎力模型263
四、魔术公式轮胎模型263
第六节轮胎侧偏刚度估计264
一、横摆角速度法265
二、侧向-横摆综合法266
思考题267
第九章现代控制理论基础268
第一节概述269
第二节状态空间模型269
一、状态空间描述方法270
二、系统稳定性274
三、系统可控性278
四、系统可观性279
第三节系统辨识281
一、系统辨识简介282
二、最小二乘法283
第四节卡尔曼滤波算法289
一、状态估计问题描述289
二、卡尔曼滤波291
三、扩展卡尔曼滤波298
四、无迹卡尔曼滤波300
第五节控制系统设计与分析基础302
一、极点配置法302
二、隆伯格观测器303
三、输出跟踪控制器305
四、输出反馈控制器309
第六节滑膜控制基础313
一、滑膜的定义313
二、滑膜控制的定义314
三、滑模观测器314
四、滑膜控制器316
五、高阶滑膜控制317
六、二阶滑膜控制318
第七节H控制基础320
一、理论基础321
二、H观测器322
三、H控制器323
第八节最优控制基础325
一、最优控制问题描述326
二、线性二次型最优控制328
三、变分法与黎卡提方程330
四、LQR控制系统的稳定性336
五、QR矩阵选择337
六、黎卡提方程求解338
第九节模型预测控制基础340
一、模型预测控制简介341
二、模型预测342
三、滚动优化与反馈校正344
第十节非线性控制器设计345
一、线性化345
二、反馈线性化347
三、分段线性化360
思考题361
第十章智能车几种常见运动控制技术362
第一节路径跟踪控制363
一、任务需求363
二、运动学方法363
三、动力学方法370
四、系统仿真375
第二节自适应巡航控制383
一、任务需求383
二、分层控制策略384
三、控制器设计389
四、系统仿真396
第三节车道保持控制403
一、任务需求403
二、二自由度动力学模型404
三、控制器设计406
四、系统仿真417
思考题427
第十一章四轮独立控制技术428
第一节四轮独立转向控制429
一、动力学建模429
二、转向接口扩展431
三、力的反馈控制434
四、转向控制器436
第二节四轮独立驱动控制438
一、驱动力分配438
二、直接横摆力矩447
思考题456
第十二章多车协调运动控制技术457
第一节车间通信技术458
第二节车队控制460
第三节换道和并道控制463
一、车辆换道控制463
二、车辆并道控制471
第四节交叉口协同驾驶473
一、交叉口无协同驾驶473
二、交叉口有协同驾驶476
思考题485
参考文献486
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