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适读人群 ：本书既可作为高等院校汽车专业本科生和研究生的教材,也可作为汽车设计、汽车制造企业科研和技术设计人员的参考用书。《汽车智能化设计与技术》一书围绕汽车智能化设计，详细介绍了汽车智能化设计与技术基本知识，汽车智能设计方法，汽车智能传感器与总线网络技术，汽车智能避撞预警技术与安全设计，汽车总体设计开发与多智能体技术，智能汽车仿真、虚拟工程及数字设计，无人驾驶智能汽车，未来智能汽车发展趋势等内容。可供相关汽车设计人员及师生阅读使用。
内容简介
本书全面、系统地介绍了汽车智能化设计与技术各相关知识,包括汽车智能化设计与技术基本知识、汽车智能化设计方法、汽车智能传感器与总线网络技术、汽车智能避撞预警技术与安全设计、汽车总体设计开发与多智能体技术、智能汽车仿真、虚拟工程及数字设计、无人驾驶智能汽车、未来智能汽车发展趋势等内容。本书技术资料及图片新颖翔实,包括很多新知识和丰富的实例,信息量大。本书既可作为高等院校汽车专业本科生和研究生的教材,也可作为汽车设计、汽车制造企业科研和技术设计人员的参考用书。
作者简介
陈丁跃，长安大学汽车学院，教授，2003年6月西安交通大学博士研究生毕业之后进入中国科学院博士后流动站做博士后；2006年～2008年国家公派赴美国Alabama大学从事汽车智能化及新能源车辆方面学习、访问与合作研究；研究方向为汽车智能化设计与技术，新能源汽车（MTEV、PEV、HEV、PHEV），数理建模与集成优化设计和理论，增程式车辆控制与CAD/CAE/CAM技术，车-人-环境主被动安全与多学科优化，车辆结构力学与振冲控制，先进车辆设计制造、工艺、装备及自动化，智能载运交通工具与运用。已负责完成中国博士后科学基金资助项目、中国科学院王宽诚博士后工作奖励基金项目、长安大学等科研项目，以主要研究人员参加国际合作项目、国家自然科学基金资助项目、863项目和国防项目， 曾主持企业产品开发项目15项。 在国内外核心刊物及会议上发表科研论文50余篇。发表的学术论文被国际检索引擎(SCI、EI、INSPEC、ISTP)收录21篇，出版教材和专著4部，获自主知识产权专利15项。
内页插图
目录
第1 章汽车智能化设计与技术基本知识 11.1汽车智能化设计知识与体系 1
1.1.1汽车智能化设计与技术的概念 1
1.1.2汽车智能化设计与技术的发展过程 2
1.1.3智能化设计与传统设计 2
1.2汽车产品设计的内容、技术手段和主要方法 3
1.2.1汽车产品设计的内容 3
1.2.2汽车系统化设计的各种技术手段 4
1.2.3汽车设计的主要方法 5
1.3汽车智能设计、纳新评价及递阶层次结构 12
1.3.1汽车智能设计 12
1.3.2汽车智能设计的纳新评价、评价指标体系及递阶层次结构 14
第2 章汽车智能化设计方法 16
2.1汽车智能化系统 16
2.1.1智能化的内涵 16
2.1.2汽车智能化系统的“智能化” 17
2.1.3汽车智能控制系统 17
2.2汽车智能化设计方法 19
2.2.1汽车智能化设计流程 19
2.2.2设计思想、类型、准则和规律 21
2.3汽车智能化系统的可靠性设计方法及应用 22
2.3.1汽车智能化系统的可靠性 22
2.3.2提高汽车智能化系统的可靠性方法及实例 26
2.3.3汽车智能化优化设计 31
2.3.4反求设计 34
2.3.5绿色设计 35
2.3.6虚拟设计与虚拟现实技术 38
第3 章汽车智能传感器与总线网络技术 40
3.1汽车智能传感器结构、原理、功能及种类 40
3.1.1汽车智能传感器的结构、原理与功能 40
3.1.2汽车智能传感器的种类 42
3.2汽车智能源传感器 46
3.2.1智能源传感器的功能模块及工作原理 46
3.2.2智能源传感器在汽车上的使用 47
3.3智能传感器在汽车领域的应用 50
3.3.1智能传感器在汽车动力系统中的应用 50
3.3.2汽车安全行驶系统中的智能传感器 50
3.3.3车身系统中的智能传感器 52
3.3.4汽车底盘中的智能传感器 52
3.3.5智能交通系统中的智能传感器 53
3.3.6汽车辅助系统中的智能传感器 53
3.4多传感器信息融合的人汽车驾驶控制系统 53
3.4.1多传感器信息融合 53
3.4.2多传感器信息融合实现方法 54
3.4.3多传感器信息融合的人汽车行驶 54
3.5智能汽车总线网络技术 56
3.5.1汽车总线网络及通信系统 56
3.5.2网络总线的智能车身设计 66
第4 章汽车智能避撞预警技术与安全设计 72
4.1汽车智能避撞预警技术 72
4.1.1汽车智能避撞预警系统 72
4.1.2几种汽车智能测距及避撞技术 73
4.1.3避撞系统设计及制动距离算法 74
4.2汽车激光雷达的避撞报警系统设计 78
4.2.1避撞预警硬件系统 78
4.2.2目标检测与识别 78
4.2.3汽车智能避撞系统设计 79
4.3汽车红外夜视系统与设计 80
4.3.1汽车红外夜视系统成像原理及设计 80
4.3.2汽车红外夜视系统技术设计 83
4.3.3汽车夜视系统实际技术问题及解决方法 84
4.4智能汽车主动安全设计 84
4.4.1智能汽车主动安全系统组成 84
4.4.2模式实现 85
4.4.3系统软件设计 87
4.4.4模拟验证和仿真 89
第5 章汽车总体设计开发与多智能体技术 91
5.1汽车总体设计 91
5.1.1汽车总体设计要求、开发流程与汽车类型 91
5.1.2汽车总体设计特征 94
5.2汽车整车总体设计 96
5.2.1汽车整车总体设计简介 96
5.2.2汽车整车总体设计的主要内容及技术文件 99
5.3汽车性能设计 101
5.3.1汽车动力性计算 101
5.3.2汽车燃油经济性计算 103
5.3.3安全性 104
5.3.4汽车平顺性计算 105
5.3.5汽车匹配性计算 106
5.3.6汽车总体系统设计 106
5.4汽车多智能体技术 107
5.4.1HEV 的多智能体技术 107
5.4.2仿真 112
5.4.3汽车底盘的多智能体技术 116
第6 章智能汽车仿真、虚拟工程及数字设计 122
6.1智能汽车设计中的仿真 122
6.1.1仿真定义与分类 122
6.1.2计算机仿真 124
6.1.3汽车产品设计中的计算机仿真 125
6.2虚拟工程技术与虚拟样机 127
6.2.1虚拟工程技术 127
6.2.2虚拟样机 128
6.2.3虚拟样机关键技术 130
6.3虚拟工程技术的ADVISOR 软件及应用 133
6.3.1虚拟工程技术的ADVISOR 软件 133
6.3.2基于ADVISOR 的仿真方法 134
6.3.3仿真软件ADVISOR 的基本特点 135
6.3.4ADVISOR 的仿真过程 136
6.3.5整车模型及动力系统部件模型的建立 137
6.4柴油机数字化设计 144
6.4.1柴油机设计准则及数字化设计 144
6.4.2柴油机机体的数字化设计 146
6.4.3柴油机零部件数字化设计 149
6.5客车数字化设计 150
6.5.1客车数字化设计的特点及流程 151
6.5.2客车数字化设计阶段 151
6.5.3客车数字化设计特色 154
第7 章人驾驶智能汽车 155
7.1人驾驶智能汽车的基本结构与关键技术 155
7.1.1人驾驶智能汽车的体系结构 155
7.1.2人驾驶智能汽车的基本组成 156
7.1.3人驾驶智能汽车的关键技术 158
7.2多智能人驾驶智能汽车的协同控制 161
7.2.1多智能人驾驶智能汽车的体系结构 162
7.2.2多智能人驾驶智能汽车群体行为协同与优化控制 162
7.2.3人驾驶智能汽车远程监控系统及界面 164
7.2.4人驾驶智能汽车自主评价 167
7.3人驾驶智能搬运车 168
7.3.1汽车业的AGV 168
7.3.2AGV 的结构组成 169
7.3.3AGV 的功能模块组成和主要技术参数 170
7.3.4AGV 的导向方法和技术 172
7.3.5AGV 集成控制系统 178
第8 章未来智能汽车发展趋势 182
8.1未来智能汽车技术及发展 182
8.1.1未来智能汽车 182
8.1.2智能汽车基本结构 183
8.1.3智能汽车技术与智能交通 186
8.2网络汽车与车联网时代 193
8.2.1网络汽车 193
8.2.2车联网 193
8.3陆空两用与水路两栖汽车 196
8.3.1陆空两用交通车 197
8.3.2水路两栖汽车 199
8.4空气动力汽车 202
8.5核动力汽车 205
8.6各种类型的太阳能汽车 207
8.7组合式、超音速式、公路/铁路式及其他智能汽车 210
8.7.1组合式多功能汽车 210
8.7.2超音速汽车 210
8.7.3公路/铁路两用汽车 211
8.7.4其他未来高效新能源动力智能汽车 211
参考文献 215
前言/序言
汽车产品的竞争在很大程度上取决于汽车产品的设计与技术。在开发和提升汽车产品设计水平的工作中，科学的设计方法和先进的设计技术起着重要的作用。因此加强对“汽车智能化设计与技术”的研究和推广有着十分重要的意义。为了适应当代科学技术发展的要求和市场经济体制对设计人才的需要，必须加强设计人员的创新能力和设计素质的培养，本书的目的就在于此。通过本书的学习，可以提高从事汽车设计工作人员的设计水平，增强设计创新能力。作为未来的设计工程师，学习和掌握“汽车智能化设计与技术”就显得更为重要。“汽车智能化设计与技术”是传统汽车设计与技术的延伸和发展，它是在继承传统设计技术基础上不断吸收智能理论、方法和技术以及相邻学科最新成就后发展起来的。因此，学习汽车智能化设计与技术，不是要抛弃传统设计技术和经验，而是要在掌握传统设计方法和实践经验的基础上，再掌握一些新的设计理论和技术手段。
本书技术资料及图片新颖翔实，包括新知识和丰富的实例，信息量大。书中全面介绍了汽车智能化设计与技术各相关知识，全书共分8章。第1章汽车智能化设计与技术基本知识，第2章汽车智能化设计方法，第3章汽车智能传感器与总线网络技术，第4章汽车智能避撞预警技术与安全设计，第5 章汽车总体设计开发与多智能体技术，第6 章智能汽车仿真、虚拟工程及数字设计，第7 章人驾驶智能汽车，第8 章未来智能汽车发展趋势。
本书力推汽车设计人员掌握和领会一些汽车智能化设计与技术的运用方法，为从事智能汽车产品开发工作打下坚实基础，在智能汽车产品设计实践的工作过程中，能够正确应用汽车智能化设计理论与技术，不断地创新和发展，以推动汽车产品设计的进步。本书涉及面广，内容繁多，包含了大量国内外新的相关资料、论著、文献与照片，在此谨致真诚的谢意。感谢黄帅、徐金波、王甜甜、陈秋谨、王曌、马权铄、姜良超、殷凡青、齐洋洋、程吉鹏在本书编写过程中提供的帮助。
本书既可作为高等院校汽车专业本科生和研究生的教材，也可作为汽车设计、汽车制造企业科研人员和技术设计人员的参考用书。
由于笔者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者多加批评指正。
著者
用户评价
这本书的封面设计就足够吸引人，简约而又充满了未来感，那辆流线型的汽车剪影仿佛正在驶向科技的彼岸。翻开第一页，就有一种置身于未来汽车工厂的感觉，各种前沿技术的光影交错。我尤其被其中关于“传感器融合”的部分深深吸引，它不仅仅是简单地罗列了几种传感器，而是深入浅出地讲解了如何将雷达、激光雷达、摄像头等不同传感器的数据进行高效整合，形成对车辆周围环境的立体感知。书中的图示非常精美，将抽象的技术概念具象化，比如那个关于目标检测的示意图，清晰地展示了不同算法在识别行人、车辆、障碍物时的精度和响应速度差异。读到这部分时，我脑海中不禁浮现出自动驾驶汽车在复杂交通场景下，如何凭借这些“眼睛”和“耳朵”，做出精准判断，避免潜在危险的画面。作者在讲解过程中，还穿插了一些实际案例，例如某知名车企在自动泊车系统上的技术演进，这让原本枯燥的技术理论变得生动有趣。我甚至能够想象，在未来的某一天，我坐在车里，可以完全放心地将驾驶任务交给它，而我则可以悠闲地看书、工作，或者只是欣赏窗外的风景。这种对未来出行方式的描绘，极大地激发了我对汽车智能化技术的学习热情。而且，书中对数据处理和算法优化的部分也进行了详尽的阐述，这对于我理解整个智能化系统的运作流程至关重要。我尤其欣赏作者在描述神经网络的训练过程时，那种循序渐进的讲解方式，从基础的感知层到决策层，再到控制层，环环相扣，逻辑清晰。
评分读这本书，让我对“人车交互”的理解有了全新的提升。以往我可能觉得，人车交互就是简单的语音指令或者触屏操作，但这本书将它提升到了一个全新的维度。书中详细阐述了多模态人车交互的概念，不仅仅是声音和触摸，还包括了手势识别、眼球追踪、甚至是用户的生理信号识别。我尤其对“意图识别”的部分感到震撼，它解释了系统如何通过分析用户的微小动作、表情甚至语音语调，来推断用户的真实意图，从而提供更加主动和智能的服务。例如，当用户频繁地查看后视镜，并伴随有轻微的调整座椅的动作时，系统可能会主动询问是否需要调整驾驶模式或者提供导航建议。书中还探讨了情感计算在人车交互中的应用，这让我不禁联想到，未来的汽车可能不仅仅是一个交通工具，更是一个能够理解和回应人类情感的“伙伴”。如果汽车能够感知到驾驶员的疲劳，主动播放舒缓的音乐，或者提供休息的建议，那将是多么贴心的体验。书中还引用了大量不同汽车品牌在人机交互设计上的优秀案例，从UI/UX设计的角度，分析了如何创造更直观、更人性化的交互体验。对我而言，这不仅仅是关于技术，更是关于如何将科技无缝地融入我们的生活，让驾驶变得更加愉悦和高效。我开始思考，未来的汽车座舱，或许会变成一个集娱乐、办公、社交于一体的“移动空间”，而这一切都离不开更加先进和智能的人车交互技术。
评分我一直对智能网联汽车的通信技术感到好奇，尤其是V2X（Vehicle-to-Everything）通信。这本书在这方面的介绍，可以说是我读过最全面、最深入的了。它不仅仅是停留在概念的层面，而是详细解释了V2X的几种主要通信模式，包括V2V（Vehicle-to-Vehicle）、V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、V2P（Vehicle-to-Pedestrian）以及V2N（Vehicle-to-Network）。书中对每种模式的应用场景都进行了细致的描述，比如V2V通信可以帮助车辆提前预警前方拥堵或事故，从而实现更安全的变道和超车；V2I通信则可以让车辆获取交通信号灯的状态，优化行驶路线，减少不必要的等待。更让我惊喜的是，书中还对V2X通信的底层技术，如DSRC（专用短程通信）和C-V2X（蜂窝车联网）进行了深入的对比分析，包括它们的优缺点、技术成熟度以及发展前景。读到这部分时，我仿佛看到了一个万物互联的交通网络正在逐步形成，车辆之间、车辆与基础设施之间能够实时高效地交换信息，这将极大地提升交通效率和安全性。作者还特别强调了信息安全在V2X通信中的重要性，以及如何通过加密、身份认证等技术来保障通信的可靠性，这一点非常关键。我对书中关于“协同驾驶”的设想也印象深刻，想象着多辆车组成车队，通过V2X通信实现最优的行驶编队，减少空气阻力，提高燃油经济性，同时也能有效缓解交通拥堵。这种前瞻性的视角，让我对汽车的未来发展充满了期待。
评分我非常欣赏这本书在“智能网联汽车的安全”这一部分所投入的篇幅和深度。它不仅仅是简单地提及了安全的重要性，而是深入探讨了可能面临的各种安全威胁，以及相应的防御策略。我尤其对“网络安全”的章节印象深刻，它详细讲解了如何防范黑客攻击，例如对车辆控制系统的入侵、对用户数据的窃取等。书中提到的“纵深防御”和“安全审计”等概念，让我看到了构建强大安全体系的思路。而且，书中还对“功能安全”进行了详细的论述，比如如何通过冗余设计、故障检测和隔离等手段，来确保汽车在发生故障时，能够安全地停靠或进入安全模式。这让我意识到，智能汽车的安全性，不仅仅是功能的堆叠，更是对生命负责的严谨态度。书中还提到了“数据隐私保护”的重要性，以及如何在收集和使用用户数据时，遵循相关的法律法规和伦理规范。我开始思考，随着汽车越来越智能化，数据的价值也越来越高，如何确保这些数据的安全和合规使用，将是一个长期的挑战。这本书让我看到了汽车智能化背后的“责任感”，以及如何平衡创新与安全。
评分我一直认为，汽车的“大脑”——也就是自动驾驶的决策控制系统，是整个智能化技术中最核心的部分。这本书对这一部分的解读，可谓是鞭辟入里。它详细介绍了从感知到决策，再到执行的完整流程。我尤其被“路径规划”和“行为决策”的章节所吸引，它深入剖析了不同的算法，例如基于规则的决策、基于学习的决策，以及如何处理复杂的交通场景，如十字路口通过、变道超车等。书中还对“冗余设计”的重要性进行了强调，如何在主系统失效时，有备用系统能够接管，确保行车安全。读到这部分时，我仿佛看到了一个高度智能化的“驾驶员”正在车内工作，它能够分析海量数据，做出比人类更快速、更精准的判断。书中还探讨了“强化学习”在自动驾驶领域的应用，以及如何通过模拟训练来提升系统的鲁棒性。这让我深刻地理解到，自动驾驶并非一蹴而就，而是需要海量的计算和持续的优化。我开始思考，当自动驾驶技术完全成熟后，它将如何改变我们的出行方式，甚至改变我们对城市规划和交通管理的思考。这本书让我对汽车的“智能”有了更深的敬畏。
评分这本书关于“汽车的OTA（Over-the-Air）更新”的讲解，让我看到了汽车行业变革的新方向。以往汽车的升级，可能意味着要去4S店进行维护，或者更换硬件。但这本书展示的是，未来的汽车，能够像智能手机一样，通过网络进行软件和功能的更新。我特别对“远程诊断”和“远程修复”的应用场景感到惊叹，系统能够实时监测车辆状态，并在发现问题时，通过OTA进行修复，大大减少了用户的时间成本和精力。书中还探讨了OTA更新如何赋能“车辆生命周期管理”，例如通过软件更新来延长车辆的使用寿命，或者为老款车型增加新的智能功能。这让我开始思考，未来的汽车，其价值将不再仅仅体现在硬件上，更体现在不断进化的软件和服务上。而且，书中还对OTA更新的“安全性”进行了强调，如何确保更新过程的稳定和可靠，防止恶意软件的注入，这是一个至关重要的问题。我开始憧憬，未来的汽车，将是一个持续进化的智能体，通过OTA，能够不断带来新的惊喜和体验，真正实现“越用越智能”。
评分这本书中关于“车载传感器网络”的论述，让我对汽车的“触觉”和“嗅觉”有了更深刻的理解。它不仅仅是简单地列举了各种传感器，而是从一个宏观的视角，阐述了这些传感器如何协同工作，构建起一个能够感知车辆内外环境的复杂网络。我尤其对“车身状态监测”的部分印象深刻，书中详细介绍了如何通过压力传感器、温度传感器、加速度计等，实时监测发动机、变速箱、制动系统等关键部件的工作状态，并能提前预警潜在的故障，大大提升了汽车的可靠性和安全性。而且，书中还探讨了“环境感知”在更广义上的应用，比如通过车载传感器监测路面湿滑程度、积雪厚度，从而为自动驾驶系统提供更准确的决策依据。这让我意识到，未来的汽车，将不仅仅是机械的集合，更是能够“感受”和“思考”的智能体。书中对“传感器标定”和“故障诊断”的详细讲解，也让我看到了实现高精度感知背后的技术挑战和解决方案。我开始设想，当所有车辆都能实时感知周围的环境信息，并相互共享时，我们能够构建一个多么智能和高效的交通系统。这本书让我看到了汽车从一个单纯的交通工具，向一个具备高度感知能力的智能移动平台的转变过程。
评分这本书在“车载信息娱乐系统”这部分的内容，彻底刷新了我对传统汽车娱乐功能的认知。以往我对车载系统的印象，更多的是收音机、CD播放器，最多也就是连接手机播放音乐。但这本书展示的是一个高度集成、高度智能化的信息娱乐生态系统。书中详细讲解了如何将高清显示屏、强大的处理单元、高速的网络连接以及丰富的应用程序整合在一起，为用户提供全方位的娱乐、信息和通信服务。我特别着迷于“个性化推荐”的章节，它描述了系统如何通过学习用户的驾驶习惯、娱乐偏好，甚至是所处的地理位置和时间，来智能地推荐音乐、播客、新闻，甚至是餐饮和购物信息。想象一下，在长途旅行中，系统能够根据你的心情和路况，为你推荐最适合的音乐，这简直太棒了。书中还深入探讨了AR（增强现实）技术在车载导航和信息展示中的应用，比如将导航指引叠加在真实的道路影像上，或者在行驶过程中实时显示周边商家的优惠信息。这种沉浸式的体验，绝对能够让驾驶过程变得更加轻松有趣。而且，书中还对车载应用的安全性进行了强调，如何在使用导航、娱乐功能的同时，确保驾驶员的注意力不被分散，这是一个非常重要的考量。我开始憧憬，未来的汽车座舱，将不仅仅是一个驾驶空间，更是一个集多媒体、社交、信息于一体的移动生活中心，而这本书为我描绘了通往这个未来的蓝图。
评分这本书在“自动驾驶的伦理与法律法规”方面的讨论，虽然篇幅不多，但却非常有前瞻性，也引发了我很多思考。它触及到了一个非常核心的问题：当自动驾驶汽车发生事故时，责任应该如何界定？是车主、汽车制造商、还是软件开发者？书中列举了一些经典的“电车难题”场景，以及不同的伦理模型，如功利主义、义务论等，并分析了它们在自动驾驶决策中的应用。这让我意识到，自动驾驶技术的落地，不仅仅是技术层面的突破，更需要社会各界在伦理和法律层面的共识。书中还对不同国家和地区在自动驾驶法律法规方面的探索进行了介绍，例如自动驾驶的测试许可、上路标准等。这让我看到，各国都在积极地为这一新兴技术的发展扫清障碍，但同时也充满了挑战。我开始思考，未来我们需要建立一套更加完善的法律框架，来规范自动驾驶汽车的设计、生产、使用和监管。这本书让我看到，汽车智能化设计的背后，不仅仅是冰冷的科技，更是对人类社会未来出行方式的深刻反思和探索。
评分这本书在“汽车电子电气架构”这块的论述，给我带来了一种全新的视角，让我理解到汽车内部复杂的“神经系统”是如何构建的。以往我可能只关注到汽车表面的设计和功能，但这本书则深入到了最底层的架构。它详细阐述了从传统的分布式架构，到域控制器架构，再到集中式架构的发展演进。我特别被“车身域控制器”和“座舱域控制器”的概念所吸引，它们如何将原本分散的功能模块进行整合，从而提高系统的效率和可扩展性。书中对“以太网”在车载通信中的应用也进行了详尽的介绍，它如何取代传统的CAN总线，实现更高的数据传输速率和更灵活的通信方式。这让我明白了，为什么现代汽车能够集成如此多的智能功能，而不会出现“拥堵”的情况。而且，书中还对“软件定义汽车”的概念进行了深入的探讨，强调了软件在汽车未来发展中的核心地位。我开始想象，未来的汽车，或许更像是一个不断升级的智能终端，通过软件的迭代，不断获得新的功能和性能。这本书让我看到了汽车内部“骨架”的演进，以及它如何为智能化功能的实现奠定坚实的基础。
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