本书系统地介绍了汽车动力学的基础理论、相关的现代控制理论的基础知识及其在车辆工程上的套用。汽车动力学的基础理论主要包括汽车的纵向动力学、操纵动力学和垂向动力学的力学分析和建模；现代控制理论的基础知识主要包括状态空间法、线性系统的能控性和能观测性、稳定性、最优控制等；车辆工程上的套用主要包括驱动防滑控制、制动防抱死系统、四轮转向系统、稳定性控制、半主动悬架及主动悬架等。

本书可作为高等学校车辆工程专业、载运工具运用工程等专业的研究生教学用书，也可作为车辆工程专业本科生的选修课教材，对从事车辆专业的技术人员有很好的参考价值。

随着汽车技术的不断发展，控制理论已成为汽车工程中不可缺少的一部分，控制技术在汽车系统动力学中的套用越来越广泛。本书从汽车系统动力学的基础理论出发，介绍了汽车纵向动力学、操纵动力学和垂向动力学的力学分析、系统建模及动态回响等，结合现代控制的基本理论，讨论了控制技术在车辆工程上的套用。

本书系统地介绍了汽车动力学的基础理论、相关的现代控制理论的基础知识及其在车辆工程上的套用。全书共分5章。第1章介绍了汽车动力学的研究範围、研究方法以及控制理论的产生与发展。第2章介绍了现代控制理论基础，包括状态空间法、线性系统的能控性和能观测性、稳定性、最优控制等。第3章介绍了汽车纵向动力学及其控制技术，包括汽车在驱动和制动过程的力学分析、驱动和制动过程中路面切向作用力及侧向作用力与滑移率的关係、动力传动系统及驱动力控制、制动系统控制等。第4章介绍了汽车操纵动力学及其控制技术，包括轮胎的力学特性、轮胎模型；操纵动力学的二自由度基本模型和扩展的三自由度及四自由度模型；汽车四轮转向系统的控制技术和稳定性控制技术。第5章介绍了汽车的垂向动力学及其控制技术，包括路面的输入特性和模型；汽车的单自由度、二自由度及四自由度模型的建立和分析；汽车半主动控制技术和主动控制技术等。

本书涵盖了汽车动力学的基础理论，汽车各典型系统的特性及控制方法，为高等学校车辆专业师生及从事汽车专业的技术人员提供了一本较全面系统的有关汽车系统动力与套用的参考书。

本书由江苏大学潘公宇、陈龙、江浩斌、杨晓峰编着。在编写过程中参考了国内外学者公开出版的相关教材、专着及相关研究论文，在此向这些资料的着者们表示衷心的感谢。

本书的编写和出版得到了江苏省重点学科（江苏大学交通运输学科）建设经费及江苏省汽车重点实验室基金的支持。编写过程中，得到了江苏大学汽车与交通工程学院姜中望、张明梅等研究生的热情帮助，在此表示感谢。

由于编者水平有限，书中缺点及错误之处在所难免，敬请读者批评指正

编者

2016年6月于江苏大学

第1章汽车动力学及控制理论概述

1.1汽车动力学的研究範围

1.1.1纵向动力学

1.1.2操纵动力学

1.1.3垂向动力学

1.2汽车动力学的研究方法

1.2.1经验法和解析法

1.2.2基本的建模方法

1.3控制理论的产生与发展

1.4经典控制理论和现代控制理论

第2章现代控制理论基础

2.1系统描述及线性系统状态方程的解

2.1.1状态空间表达式

2.1.2n×n系统矩阵A的特徵值

2.1.3利用MATLAB进行系统模型之间的相互转换

2.1.4线性系统状态方程的解

2.2线性系统的能控性与能观测性分析

2.2.1线性连续系统的能控性

2.2.2线性连续系统的能观测性

2.3线性系统的综合与设计

2.3.1概述

2.3.2极点配置问题

2.4状态观测器

2.4.1全维状态观测器的误差方程

2.4.2对偶问题

2.4.3可观测条件

2.4.4全维状态观测器的BassGura算法

2.4.5最小阶观测器

2.4.6具有最小阶状态观测器的观测状态反馈控制系统

2.5李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性分析

2.5.1Lyapunov第二法

2.5.2线性定常系统的Lyapunov稳定性分析

2.5.3二次型最优控制

第3章汽车纵向动力学及其控制

3.1汽车的驱动力与行驶阻力

3.1.1驱动力

3.1.2行驶阻力

3.1.3汽车行驶的驱动附着条件

3.1.4驱动力行驶阻力平衡

3.1.5纵向力与滑动率的关係

3.2汽车动力性能及分析

3.2.1理想的动力传动特性

3.2.2动力传动系统的功能

3.2.3现代动力传动系统的种类和组成

3.3动力传动系统及驱动力控制

3.3.1发动机燃油喷射及电子点火控制

3.3.2离合器控制

3.3.3自动变速器控制

3.3.4驱动防滑控制

3.4汽车制动性能及其控制

3.4.1概述

3.4.2制动动力学分析

3.4.3制动稳定性分析

3.4.4车轮防抱死控制系统

第4章汽车操纵动力学及其控制

4.1轮胎的力学特性

4.1.1作用在轮胎上的力和力矩

4.1.2侧偏角和侧向力特性

4.1.3侧偏角与回正力矩特性

4.1.4轮胎侧偏特性的简化理论模型

4.2操纵动力学的基本模型

4.2.1二自由度角输入运动

4.2.2二自由度力输入运动

4.3基本模型的扩展

4.3.1线性三自由度角输入操纵运动的数学模型

4.3.2线性四自由度力输入运动的数学模型

4.4汽车四轮转向系统的控制技术

4.4.1四轮转向系统概述

4.4.24WS汽车模型及转向特性分析

4.4.34WS汽车系统的最优控制

4.5汽车稳定性控制

4.5.1VSC的结构及其原理

4.5.2汽车稳定性的控制方法

4.5.3动力学模型的建立及其仿真

4.6汽车助力转向系统

4.6.1汽车助力转向系统概述

4.6.2转向助力特性的确定

4.6.3转向系统的建模

4.6.4仿真分析

第5章汽车垂向动力学及其控制

5.1人体对振动的反应

5.1.1概述

5.1.2ISO2631标準

5.2路面不平度的统计特性

5.2.1路面不平度的测量

5.2.2路面不平度的功率谱密度

5.3路面输入模型

5.3.1频域模型

5.3.2时域模型

5.3.3四轮输入时的考虑

5.3.4特殊路面的输入

5.4汽车车身单自由度系统的振动

5.4.1系统的运动方程

5.4.2系统的频率回响特性

5.5汽车的二自由度振动系统

5.5.1汽车车身车轮振动系统的运动方程与振型分析

5.5.2车身车轮振动系统的传递特性

5.5.3双轴汽车振动模型

5.6汽车多自由度振动模型

5.6.1汽车车身车轮的四自由度模型

5.6.2整车七自由度模型

5.6.3扭振系统模型与分析

5.7汽车半主动悬架及其控制技术

5.7.1概述

5.7.2半主动的控制策略

5.7.3阻尼可调式阻尼器

5.7.4半主动悬架的性能

5.8主动悬架系统

5.8.1系统模型的建立

5.8.2主动悬架最优控制器设计

5.8.3主动悬架系统的性能

5.8.4液压主动悬架系统

5.9半主动悬架和电动转向集成控制技术

5.9.1半主动悬架和电动转向集成系统模型

5.9.2半主动悬架和电动转向集成系统满意度最佳化

5.9.3系统动态性能仿真分析和实验

参考文献