本书以汽车主动安全控制为背景，层层递进引入预测控制框架下主动安全系统的发展趋势、技术背景及其开发细节，主要介绍了汽车主动安全预测控制相关的理论模型基础、系统设计算法与软硬件实现策略。首先，以控制理论为基础，从车辆动力学建模开始介绍了动态安全稳定边界的辨识方法，为汽车操纵稳定性控制提供评估指标；然后，面向冰雪路面条件下的汽车主动安全控制需求，给出了汽车横摆稳定预测控制方案，进一步实现了稳定性与节能性的协同优化；最后，针对冰雪路面条件下汽车侧纵向运动耦合问题，详细介绍了汽车侧纵向主动安全协同控制策略，分别给出分层式和集中式的控制方案，并具体分析每一种控制方案的优缺点。对于以上各个环节，本书详细地介绍了所涉及的技术、开发方法以及相关工具，以帮助读者进行实践。本书适合高等院校自动化、车辆工程及相关专业师生参考阅读，也可作为从事控制系统研发工作的科研人员和工程技术人员的参考工具书。
图书在版编目（CIP）数据

1.本书将汽车主动安全预测控制前沿的研究成果与实际应用相结合，为读者提供系统的知识框架，并通过丰富的理论分析与应用验证展示，帮助读者更好地理解和应用这一领域的新技术。
2.本书详细介绍了针对高速行驶、紧急转向和特殊路面等危险工况下的汽车主动安全预测控制系统方案设计思路；通过辨识动态安全稳定边界，描述并评估汽车运行的稳定状态，对主动安全的控制需求进行了分析说明；从顶层控制策略到底层控制算法，深入讨论了汽车横摆稳定预测控制、侧纵向主动安全协同控制、节能与预测安全集成优化控制等方法；还对稳定边界在主动安全控制系统中的应用进行了介绍。
3. 本书全彩印刷，希望能为研究人员、工程师以及从事汽车安全领域的专业人士提供全面而深入的参考，推动主动安全技术在未来汽车行业中的持续创新与发展。

随着汽车科技的不断发展，主动安全技术为驾驶员的行车安全带来了更多的保障，在汽车工程领域也扮演着极其重要的角色。传统的汽车安全侧重被动防护措施，如安全气囊和防撞结构等，然而随着对交通事故预防的关注日益增强，主动安全性能的提升成为当前汽车工业的关键研究趋势。主动安全预测控制通过利用丰富的传感器信息、前沿的控制框架和优化控制系统，使车辆能够提前预测潜在的危险并主动采取措施，尽可能地保证车辆稳定，减少事故的发生或者降低事故损失。本书旨在深入探讨主动安全预测控制的理论、方法与实际应用案例，为读者提供全面的视角和深刻的理解。
然而，要实现高效的主动安全预测控制并非易事。汽车运行环境的复杂性、各类交通参与者的多样性以及行驶路况的不确定性使得主动安全技术面临巨大的挑战。同时，汽车智能化、网联化的飞速发展为主动安全技术提供了新的机遇。完备的传感器技术、前沿的控制理论方法和强大的芯片算力性能，都为汽车系统提供了更为精准、实时的失稳风险预估与运动控制能力。本书将深入探讨这些挑战与机遇，为读者提供应对未来主动安全控制问题的理论基础和实践指导。
本书将前沿的研究成果与实际应用相结合，通过深入研究主动安全预测控制的原理、模型和算法，为读者提供系统的知识框架，并通过丰富的理论分析与应用验证展示，帮助读者更好地理解和应用这一领域的前沿技术。本书创作初衷是为研究人员、工程师以及从事汽车安全领域的专业人士提供全面而深入的参考，推动主动安全技术在未来汽车行业中的持续创新与发展。
本书主要特点如下：
1.涵盖了车辆主动安全控制技术设计开发的全流程，并且包含前沿控制理论基础、车辆动力学基础、硬件平台验证基础课程。因此，对于刚进入车辆运动控制系统开发领域的人员，可以参考这些章节补足知识上的不足。对于相关技术开发人员，也可以加深对于其他环节的了解，扩展知识面。
2.为了更好地将理论知识转化为实际应用能力，以丰富的车载应用和场景分析为特色。通过对控制系统应用开发的深入剖析，读者将了解主动安全预测控制在冰雪路面条件下的应用，从而更好地理解技术的实际效果和潜在制约。
3.突出整合了前沿技术和创新方法，在介绍主动安全控制的基础上，特别关注前沿控制理论和网联信息融合技术的应用。通过深度融合这些前沿技术，本书为读者展示了利用新的科技手段提升汽车主动安全性能的方法。
本书由王萍、孙耀、宫洵、李梓涵共同著写。著者要感谢国家杰青陈虹教授及其团队成员胡云峰、张琳、曲婷、许芳等给予的指导，感谢一汽、东风、华为等企业工程师在项目合作过程中给予的启发，也要感谢我们的学生王皆书、路海宽、胡啸、杨博雄、张亦驰、邓杨、黄琼、杨环宁，他们为书稿的整理、内容校正提供了很大的帮助。
由于著者水平有限，书中难免存在错误及不当之处，恳请读者提出宝贵建议，以便修订时予以纠正。
著者

王萍，吉林大学通信工程学院教授、博士生导师；研究预测控制理论与应用、汽车操纵稳定性控制等方向。

前言
符号定义
第1章研究背景和控制理论基础
1.1模型预测控制
1.1.1线性模型预测控制
1.1.2非线性模型预测控制
1.2基于极小值原理的最优控制
1.2.1连续系统的极小值原理
1.2.2离散系统的极小值原理
1.3汽车稳定性控制的关键问题
第2章车辆动力学
2.1轮胎模型
2.1.1Dugoff轮胎模型
2.1.2Pacejke轮胎模型
2.1.3Burckhardt轮胎模型
2.1.4纵滑-侧偏联合工况UniTire轮胎模型
2.1.5LuGre轮胎模型
2.1.6Fiala轮胎模型
2.2车辆动力学模型
2.2.1二自由度车辆动力学模型
2.2.2三自由度车辆动力学模型
2.2.3七自由度车辆动力学模型
2.2.4八自由度车辆动力学模型
2.2.5四轮轮毂驱动电动汽车动力学模型
2.3整车模型实车数据验证
2.3.1数据信号处理
2.3.2轮胎模型参数辨识
2.3.3模型验证及分析
第3章车辆稳定边界辨识
3.1基于相平面分析的侧向运动稳定边界离线辨识
3.2车辆侧向运动稳定边界在线辨识
3.2.1车辆动力学模型
3.2.2基于局部线性化的稳定边界辨识方法
3.2.3稳定边界辨识结果与分析
3.3车辆侧纵向运动稳定边界在线辨识
第4章冰雪路面条件下汽车横摆稳定预测控制
4.1模型建立与参考输入设计
4.1.1车辆动力学模型
4.1.2参考输入
4.2基于非线性预测控制方法的汽车横摆稳定控制器设计
4.2.1汽车横摆稳定控制策略
4.2.2非线性模型预测控制问题的快速求解
4.3汽车横摆稳定控制验证与分析
4.3.1仿真结果与分析
4.3.2实验结果与分析
第5章考虑节能优化的汽车横摆稳定预测控制
5.1轮胎纵向滑移模型建立
5.2汽车横摆稳定与节能集中优化策略
5.2.1基于前轮主动转向和附加横摆力矩的横摆稳定控制
5.2.2基于预测控制方法的横摆控制与节能集中优化
5.2.3预测控制输入约束
5.2.4仿真验证结果与分析
5.3汽车横摆稳定与节能分层优化策略
5.3.1考虑汽车节能优化的转矩初次分配
5.3.2考虑汽车横摆稳定的转矩二次分配
5.3.3仿真验证结果与分析
第6章汽车侧纵向主动安全分层协同控制
6.1面向车辆侧纵向稳定需求的上层控制器
6.1.1车辆状态预测模型
6.1.2模型预测控制器设计
6.2下层附加电机转矩解析
6.3分层式控制策略仿真验证结果与分析
6.3.1权值选取准则
6.3.2多工况仿真验证
6.3.3分层式控制策略鲁棒性验证
6.3.4硬件在环实验验证平台设置及验证结果
第7章汽车侧纵向主动安全集中协同控制
7.1车辆侧纵向运动状态预测模型
7.1.1面向控制的复合滑移LuGre轮胎模型
7.1.2车辆状态预测模型
7.1.3控制目标与约束条件
7.1.4优化问题构建及求解
7.2基于模型预测控制的集中式侧纵向稳定效果验证
7.2.1控制器权值选取确定
7.2.2仿真验证结果与分析
7.2.3硬件在环实验验证结果与分析
7.3基于稳定区域的汽车侧纵向集中协同控制器设计及验证
7.3.1稳定区域对应安全需求分析
7.3.2基于稳定区域的车辆侧纵向稳定协同控制器
7.3.3硬件在环实验结果及分析
参考文献