智能车辆系统动力学建模与仿真

第1篇基 础 理 论

第1章智能驾驶车辆仿真技术概述

1．1概述

1．2仿真平台构成

1．2．1传感器建模

1．2．2车辆动力学建模

1．2．3交通场景建模

1．3仿真平台行业现状

1．3．1MATLAB/Simulink

1．3．2PreScan

1．3．3CarSim/TruckSim/CarMaker

1．3．4PanoSim

1．3．5Apollo

1．3．6Autoware

1．4本章小结

思考题

第2章机电系统建模与仿真基础

2．1概述

2．2插值问题

2．2．1拉格朗日插值

2．2．2牛顿插值

2．2．3三次样条插值

2．2．4埃尔米特插值

2．2．5一维插值

2．3拟合问题

2．3．1线性拟合

2．3．2多项式拟合

2．3．3曲线拟合工具箱

2．3．4系统辨识工具箱

2．4方程组求解

2．5微分方程组求解

2．6复杂系统建模方法

2．6．1动态系统建模基础

2．6．2状态空间建模

2．6．3S函数建模

2．6．4Stateflow建模

2．6．5Simscape建模

2．7非线性模型的线性化

2．8混合系统建模基础

2．9本章小结

思考题

第3章车辆动力学与控制理论基础

3．1概述

3．2车辆系统模型

3．2．1运动学模型

3．2．2动力学模型

3．2．3轮胎模型

3．2．4轮胎侧偏刚度估计

3．3常用滤波器及其应用

3．3．1低通滤波器

3．3．2卡尔曼滤波器

3．4二次规划及其应用

3．4．1路面附着系数估计

3．4．2车辆行驶曲率估计

3．4．3车辆速度规划

3．5PID控制

3．5．1模拟PID控制

3．5．2数字PID控制

3．6线性二次型状态调节器

3．7模型预测控制

3．8本章小结

思考题

第4章MATLAB自动驾驶系统仿真

4．1概述

4．2ADT主要模块简介

4．2．1驾驶场景模块

4．2．2传感器模块

4．2．3多目标跟踪模块

4．2．4轨迹平滑模块

4．2．53D仿真模块

4．2．6车辆动力学模块

4．2．7车辆控制模块

4．2．8自动驾驶模块

4．3自动驾驶场景搭建

4．3．1采用脚本构建场景

4．3．2采用APP构建场景

4．3．3采用场景库构建场景

4．4自动驾驶仿真实例

4．4．1视觉检测

4．4．2毫米波雷达目标检测

4．4．3视觉与毫米波雷达融合检测

4．4．4激光雷达检测

4．4．5车辆自动避障

4．5本章小结

思考题

第5章PreScan自动驾驶系统仿真

5．1概述

5．2主要模块简介

5．2．1驾驶场景模块

5．2．2基础设施模块

5．2．3传感器模块

5．2．4车辆模块

5．2．5轨迹设置模块

5．2．6可视化模块

5．2．7其他实用模块

5．3自动驾驶场景搭建

5．3．1采用GUI构建场景

5．3．2采用场景库构建场景

5．4本章小结

思考题

第6章控制系统自动代码生成与半实物仿真

6．1概述

6．2自动代码生成简介

6．3基于dSPACE的快速原型开发实例

6．3．1dSPACE平台介绍

6．3．2环境搭建与自动代码生成

6．3．3ControlDesk虚拟仪器开发

6．3．4控制器硬件在环仿真

6．4嵌入式开发实例

6．4．1嵌入式硬件介绍

6．4．2环境搭建与自动代码生成

6．4．3FreeMaster虚拟仪器开发

6．4．4控制器硬件在环仿真

6．4．5控制系统参数标定

6．5本章小结

思考题

第2篇项 目 实 践

项目1基于卡尔曼滤波的传感器融合

P1．1任务需求

P1．2车辆纵向行驶状态估计

P1．2．1车速与坡度估计

P1．2．2滑移率与道路附着估计

P1．3车辆横向运动状态估计

P1．3．1横向运动速度估计

P1．3．2行驶道路曲率估计

P1.4多目标跟踪

P1．4．1运动模型

P1．4．2数据关联

P1．4．3传感器融合

P1．4．4简单凸联合

P1．5车道线融合检测与跟踪

思考题

项目2车辆运动学模型仿真

P2．1任务需求

P2．2运动学模型

P2．3横纵向解耦控制

P2．3．1纵向控制器

P2．3．2横向控制器

P2．4系统闭环仿真

思考题

项目3四轮转向汽车操纵稳定性

P3．1任务需求

P3．2四轮转向系统原理

P3．3动力学建模与分析

P3．3．1二自由度模型

P3．3．2稳态转向特性

P3．3．3楔形移动特性

P3．3．4前轮转向和四轮转向比较

P3．4PID控制器

P3．5隆伯格状态观测器

P3．6状态反馈控制器

P3．7闭环系统仿真

思考题

项目4自适应巡航控制系统

P4．1任务需求

P4．2分层控制策略

P4．2．1目标筛选

P4．2．2安全跟车模型

P4．2．3跟车动力学模型

P4．3控制器设计

P4．3．1LQR设计

P4．3．2MPC设计

P4．3．3速度控制

P4．3．4驱动与制动切换控制

P4．4系统仿真

P4．4．1MATLAB ADT平台仿真

P4．4．2PreScan平台仿真

思考题

项目5自动紧急制动系统

P5．1任务需求

P5．2行车安全距离模型

P5．3碰撞时间计算

P5．4控制算法

P5．4．1控制系统需求

P5．4．2*危险目标选取

P5．4．3制动控制策略

P5．5系统仿真

P5．5．1MATLAB ADT平台仿真

P5．5．2PreScan平台仿真

思考题

项目6车道保持辅助系统

P6．1任务需求

P6．2二自由度动力学模型

P6．3控制器设计

P6．3．1自适应预瞄

P6．3．2前馈控制

P6．3．3LQR设计

P6．3．4MPC设计

P6．3．5H∞控制器设计

P6．4系统仿真

P6．4．1MATLAB ADT平台仿真

P6．4．2PreScan平台仿真

思考题

项目7路径跟踪系统

P7．1任务需求

P7．2运动学方法

P7．2．1PID控制

P7．2．2Stanley控制

P7．2．3纯跟踪控制

P7．2．4Alice控制

P7．3动力学方法

P7．3．1LQR控制

P7．3．2MPC控制

P7．4系统仿真

P7．4．1MATLAB ADT平台仿真

P7．4．2PreScan平台仿真

思考题

项目8主动换道避障系统

P8．1任务需求

P8．2换道避障决策

P8．2．1换道时机决策

P8．2．2换道时间决策

P8．3换道路径规划

P8．3．1Frenét坐标系

P8．3．2五次多项式路径规划

P8．4优化目标

P8．5约束条件

P8．6二次规划

P8．7系统仿真

思考题

参考文献