本书从功能安全、预期功能安全和广义功能安全等多个方面，对智能车辆人机协同驾驶中的环境感知、定位、决策、规划、控制执行技术等进行了深入研究。本书主要内容包括面向预期功能安全的智能车辆多传感器融合及应用、面向功能安全的智能车辆协同控制、面向预期功能安全的智能车辆协同控制、面向广义功能安全的智能车辆人机协同控制等。全书内容翔实、全面，理论与实践并重，既有理论水平和学术价值，对工程实践也有指导意义。
样章试读
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编者的话
前言
第1章 绪论 1
1.1 功能安全概述 2
1.1.1 功能安全的定义 2
1.1.2 本质安全与功能安全的关系 4
1.1.3 智能车辆的功能安全 6
1.2 预期功能安全概述 9
1.2.1 预期功能安全的定义 9
1.2.2 智能车辆的预期功能安全问题 13
1.2.3 预期功能安全与功能安全的关系 15
1.3 广义功能安全概述 18
1.3.1 广义功能安全的定义 18
1.3.2 广义功能安全的基本特征 20
1.3.3 环境感知中的广义功能安全问题 24
1.3.4 决策规划中的广义功能安全问题 26
1.3.5 控制执行中的广义功能安全问题 29
1.3.6 整车系统的广义功能安全问题 31
1.4 面向广义功能安全的智能车辆功能改进与评价 32
1.4.1 面向广义功能安全的环境感知系统功能改进 32
1.4.2 面向广义功能安全的决策规划系统功能改进 33
1.4.3 面向广义功能安全的控制执行系统功能改进 34
1.4.4 面向广义功能安全的整车系统功能改进 35
1.4.5 面向广义功能安全的智能车辆测试与评价 38
1.4.6 未来的发展趋势 39
1.5 本书的结构体系与特色 39
参考文献 41
第2章 面向预期功能安全的智能车辆多传感器融合及应用 44
2.1 基于可拓理论的环境感知系统预期功能安全分析 44
2.1.1 可拓理论 45
2.1.2 环境感知系统有效性评估影响因素 46
2.1.3 环境感知系统可拓分析 49
2.1.4 预期功能安全可拓综合评估 51
2.1.5 可拓综合评估验证 54
2.2 面向预期功能安全的多传感器特征数据融合 59
2.2.1 传感器特征数据有效性评估 60
2.2.2 分布式多传感器特征数据融合 61
2.3 面向预期功能安全的激光雷达数据融合 63
2.3.1 激光雷达多特征数据融合 65
2.3.2 路沿和障碍物的检测与跟踪实验验证 74
2.4 基于激光雷达和视觉传感器数据融合的斜坡测距 79
2.4.1 基于激光雷达和视觉传感器数据融合的车道线检测 79
2.4.2 斜坡道路观测模型的建立 83
2.4.3 斜坡工况下车辆跟车距离检测模型 88
2.4.4 不同坡度道路上的测距仿真实验 91
2.4.5 实车试验和结果分析 92
2.5 基于毫米波雷达和视觉传感器数据融合的车辆检测与跟踪 94
2.5.1 毫米波雷达有效目标的获取 94
2.5.2 基于视觉的车辆检测 98
2.5.3 基于毫米波雷达和视觉传感器数据融合的车辆检测与跟踪 98
2.5.4 实车试验和结果分析 103
2.6 基于近邻目标区域表征的智能汽车测试场景生成 106
2.6.1 驾驶场景表征方法 106
2.6.2 测试场景生成系统 110
2.6.3 实验测试与结果分析 115
参考文献 121
第3章 面向功能安全的智能车辆协同控制 124
3.1 多重故障下悬架系统功能安全容错控制 124
3.1.1 盲区场景下速度控制策略 124
3.1.2 考虑故障的悬架动力学模型 126
3.1.3 盲区场景下悬架系统功能安全容错控制策略设计 127
3.1.4 基于状态重构MADDPG-H∞功能安全容错控制系统结构设计 131
3.1.5 系统仿真与分析 137
3.2 面向驱动电机故障的分布式驱动车辆功能安全协同控制 143
3.2.1 电机故障动力学分析 143
3.2.2 线控转向控制器设计 148
3.2.3 功能安全协同控制系统设计 152
3.2.4 仿真和试验 157
3.3 面向传感器与执行器同时故障的车辆EPS功能安全容错控制 160
3.3.1 EPS工作模式及判别方法 160
3.3.2 系统建模 162
3.3.3 EPS助力控制策略 166
3.3.4 EPS主动容错控制 166
3.3.5 仿真结果与分析 169
3.4 面向功能安全的车辆制动力补偿及跑偏辅助控制 171
3.4.1 车辆模型 172
3.4.2 基于功能安全的制动力协同控制系统设计 175
3.4.3 再生制动力自适应故障诊断观测器设计 176
3.4.4 电液制动系统协调分配策略 178
3.4.5 制动跑偏辅助控制器设计 182
3.4.6 仿真分析 185
3.4.7 硬件在环实验 191
参考文献 193
第4章 面向预期功能安全的智能车辆协同控制 196
4.1 面向预期功能安全的车辆稳定性可拓识别与控制 196
4.1.1 车辆稳定控制原理 196
4.1.2 可拓模式识别理论基础 197
4.1.3 稳定模式划分及判断 198
4.1.4 基于预期功能安全的稳定性控制研究 206
4.1.5 仿真分析 207
4.2 面向预期功能安全的智能车辆避障轨迹规划与跟踪控制 209
4.2.1 衍生状态格的概念 209
4.2.2 基于S格的避障轨迹规划算法 210
4.2.3 车辆模型 216
4.2.4 分层模型预测控制结构 219
4.2.5 基于分层模型预测控制的动态轨迹规划与跟踪控制 220
4.2.6 仿真与结果分析 225
4.3 面向预期功能安全的车辆换道控制 232
4.3.1 车-路模型建立 232
4.3.2 换道决策 235
4.3.3 车辆行驶安全边界 236
4.3.4 控制器设计 242
4.3.5 仿真与硬件在环实验 244
4.4 面向预期功能安全的主动转向与差动制动协同控制 249
4.4.1 车-路模型 250
4.4.2 协同控制层设计 252
4.4.3 执行层设计 256
4.4.4 仿真与结果分析 260
4.5 面向预期功能安全的铰接式汽车列车泊车控制 266
4.5.1 半挂汽车列车模型建立与直线倒车问题分析 267
4.5.2 半挂汽车列车倒车铰接角度稳定域与可行域 270
4.5.3 半挂汽车列车直线倒车控制设计 275
4.5.4 仿真与结果分析 279
4.5.5 实车试验 282
参考文献 284
第5章 面向广义功能安全的智能车辆人机协同控制 286
5.1 面向广义功能安全的人机协同车道保持控制 286
5.1.1 车道保持控制中的广义功能安全问题 287
5.1.2 系统建模 289
5.1.3 人机协同控制权重分配 290
5.1.4 基于模型预测控制的车道保持控制器设计 292
5.1.5 仿真与结果分析 293
5.2 面向广义功能安全的人机协同换道控制 298
5.2.1 基于自然驾驶数据的危险驾驶行为聚类 300
5.2.2 基于危险行为聚类的驾驶员失误评估 303
5.2.3 转向盘转角传感器故障分析与检测 306
5.2.4 基于混杂系统理论的人机协同控制策略 308
5.2.5 仿真与结果分析 312
5.2.6 人机协同控制硬件在环实验 317
5.3 面向广义功能安全的容错轨迹决策与人机协同避撞控制 319
5.3.1 基于转向系统执行器硬件故障的容错轨迹集 320
5.3.2 人机协同避撞控制策略设计 325
5.3.3 仿真与结果分析 326
5.3.4 硬件在环实验 329
5.4 面向广义功能安全的智能悬架容错控制 330
5.4.1 悬架系统动力学模型建立 331
5.4.2 路面预瞄信息修正策略设计 335
5.4.3 考虑广义功能安全的悬架系统容错控制策略设计 339
5.4.4 仿真与结果分析 341
5.4.5 实车试验 351
5.5 面向广义功能安全的混合队列人机协同纵向跟踪控制 352
5.5.1 混合车辆队列模型 352
5.5.2 决策与控制系统设计 354
5.5.3 仿真与结果分析 365
5.5.4 硬件在环实验 370
参考文献 373
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