本書從汽車工程的要求出發，深入淺出地介紹了現代控制理論的基礎知識及其在車輛工程領域中的應用，包括現代控制理論基礎，最優控制理論、PID控制原理、滑模控制、模糊控制、魯棒控制、預瞄控制等控制方法在汽車工程中的應用，最后介紹了控制理論在智能駕駛系統中的應用。內容范圍涵蓋：現代控制理論基礎、智能控制、汽車理論等專業領域。為了便于加深對基礎理論的理解并掌握各種控制方法的應用，在每章后都配有相應的習題與思考題，在介紹完各類控制方法后都給出了一些具體應用實例。
隨著汽車信息化、智能化、網絡化的發展，各專業學科之間的滲透和交叉已成為必然趨勢，這就要求車輛工程及其相關專業的學生了解和掌握控制理論的基礎知識，并了解控制理論在汽車工程中的應用。本書旨在結合當前智能網聯汽車的發展，進一步拓寬車輛工程及其相關專業學生的專業知識面，學會和掌握用交叉學科的知識和方法分析問題、解決問題的能力，為今后的就業或科學研究打下堅實的理論基礎。本書可作為車輛工程專業、載運工具運用工程專業、交通運輸專業以及相關專業的高年級或研究生教材，也可供車輛、交通運輸等有關行業的工程技術人員參考。
本書從汽車工程的要求出發，深入淺出地介紹了現代控制理論的基礎知識，重點介紹在當前智能車輛發展中使用廣泛的智能控制方法及其應用。
本書是在重慶大學何渝生教授編寫的《汽車控制理論基礎及應用》（1995年，重慶大學出版社）的基礎上首先擴編為內部講義，從2004年開始在本科生、研究生專業選修課及學位必修課中使用16年。目前，根據汽車控制技術發展趨勢，有些內容已不能適應當前的發展需要，故對原有內容進行了大幅增減和修改。
本書共分11章。第1章介紹了汽車控制系統的種類以及汽車控制系統的構成及其特征； 第2章介紹了現代控制理論的基礎； 第3章介紹了線性系統的可控性與可觀測性、狀態反饋與狀態觀測器； 第4章主要討論了線性系統的李雅普諾夫穩定性分析； 第5章介紹了最優控制及其在汽車工程中的應用，重點介紹了具有二次型性能指標的線性系統的最優控制，在此基礎上列舉了最優控制在汽車懸架、發動機隔振系統、自動變速器換擋控制方面的應用； 第6章介紹了PID控制方法及其在汽車動力傳動系統、智能汽車路徑跟蹤控制方面的應用； 第7章介紹滑模控制及其在汽車車輪防抱死、車速跟蹤控制方面的應用； 第8章介紹了模糊控制的方法，并以汽車半主動懸架、防抱死制動系統為例分析了模糊控制的應用； 第9章介紹了魯棒控制的基本方法及其在汽車轉向系統中的應用； 第10章介紹了在智能汽車中應用較多的模型預測控制方法，并以汽車速度控制為例介紹了模型預測控制的應用； 最后第11章從人—車—環境系統出發介紹了車—路系統以及人—車系統的控制，并對人—車—環境系統的發展趨勢給予了概括。
為了便于加深對基礎理論的理解并掌握各種控制方法的應用，在每章后都配有相應的習題，在介紹完各類控制方法后都給出了一些具體應用實例。
本書撰寫過程中應用了一些國內外期刊等文獻資料，以充實應用實例，在此向有關參考文獻的作者表示感謝。另外在本書的撰寫過程中研究生張紫微、鄒亞林、屈順嬌、張海橋、曾迪、鄭浩、王安杰等在文字編排、繪圖仿真等方面進行了細致的工作，在此表示衷心的感謝！
由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請廣大讀者批評指正。
作者
2020年7月
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李以農,重慶大學汽車學院二級教授,博導。中國振動工程學會理事、振動利用工程專委會副主任,振動噪聲控制專委會常務理事,《振動工程學報》等期刊編委,國家科技獎評審專家。主要從事智能車輛運動控制、車輛振動噪聲主動控制等方面的研究。主持完成國家及省部級項目30余項；獲國家科技二等獎1項,省部級一等獎3項,二等獎1項。論文被SCI收錄100余篇,出版專著3部;獲發明專利10余項,已培養博士、碩士生80余人。
目錄
CONTENTS
第1章緒論
1.1汽車控制系統的種類
1.1.1動力傳動系統控制
1.1.2車輛運動(或姿態)控制
1.1.3車身電子安全系統
1.1.4汽車信息系統
1.2汽車控制系統的構成及其特征
1.2.1組成
1.2.2汽車電控系統特征
第2章現代控制系統的數學描述
2.1概述
2.1.1控制系統的基本概念與分類
2.1.2控制系統的質量指標
2.1.3控制理論發展的概況
2.2狀態空間描述的基本概念
2.3線性連續系統的狀態空間表達式
2.3.1狀態方程與輸出方程
2.3.2線性定常連續系統的狀態方程及輸出方程
2.3.3線性時變連續系統的狀態方程及輸出方程
2.4線性狀態方程的解
2.4.1線性定常齊次狀態方程的解
2.4.2線性時變齊次狀態方程的解
2.4.3狀態轉移矩陣
2.4.4線性系統非齊次狀態方程的解
2.5傳遞函數及其方框圖
2.5.1傳遞函數的定義
2.5.2傳遞函數的零點和極點
2.5.3傳遞函數矩陣
習題
第3章控制系統的結構分析
3.1線性系統的可控性與可觀測性
3.1.1可控性與可觀測性的概念
3.1.2線性定常系統的可控性判別準則
3.1.3線性定常系統可觀測性判別準則
3.1.4可控標準形與可觀測標準形
3.1.5對偶原理
3.2狀態反饋與狀態觀測器
3.2.1狀態反饋系統的動態方程
3.2.2極點配置
3.2.3狀態觀測器
習題
第4章李亞普諾夫穩定性分析
4.1李亞普諾夫穩定性的基本概念
4.1.1平衡狀態
4.1.2范數
4.2李亞普諾夫穩定性定義
4.2.1李亞普諾夫意義下穩定
4.2.2漸進穩定(經典控制理論穩定性定義)
4.2.3大范圍漸近穩定性
4.2.4不穩定性
4.3李亞普諾夫穩定性定理
4.3.1二次型函數及其定號性
4.3.2李亞普諾夫穩定性的基本定理
4.4線性定常系統李亞普諾夫穩定性分析
4.4.1李亞普諾夫第一法(間接法)
4.4.2李亞普諾夫第二法
習題
第5章最優控制及其在汽車工程中的應用
5.1概述
5.2最優控制問題的提法和數學模型
5.3求解最優控制問題的變分方法
5.4具有二次型性能指標的線性系統的最優控制
5.4.1二次性指標及其涵義
5.4.2線性調節器問題的解
5.5最優控制在汽車懸架中的應用
5.6汽車發動機主動隔振系統最優控制
5.7電動汽車自動變速器換擋最優控制
習題
第6章PID控制及其在汽車工程中的應用
6.1概述
6.2PID控制原理
6.3PID控制規律
6.4PID控制器的參數整定
6.5PID控制在汽車動力傳動系統中的應用
6.6PID控制在智能車輛路徑跟蹤控制中的應用
習題
第7章滑模控制及其在汽車工程中的應用
7.1滑模控制基本方法
7.2滑模控制在車輪防抱死制動系統中的應用
7.3基于預瞄偏差的車速跟蹤滑模控制器設計
習題
第8章模糊控制及其在汽車工程中的應用
8.1模糊控制
8.1.1模糊數學的基礎知識
8.1.2模糊控制的工作原理
8.2半主動懸架的模糊控制
8.2.1半主動懸架動力學模型
8.2.2半主動懸架系統的模糊控制器設計
8.2.3仿真結果與分析
8.3防抱死制動系統的模糊控制
8.3.1制動系統模糊控制方法
8.3.2制動系統模糊控制器設計
8.3.3仿真結果與分析
習題
第9章魯棒控制及其應用
9.1魯棒控制
9.1.1最優H∞控制器
9.1.2輸出反饋H∞控制器
9.2汽車EPS的H∞魯棒控制
9.2.1轉向系統動力學模型的建立
9.2.2魯棒控制器設計
9.2.3仿真分析
習題
第10章模型預測控制及其在汽車工程中的應用
10.1模型預測控制基本理論
10.1.1模型預測
10.1.2滾動優化
10.1.3反饋校正
10.2基于狀態空間的模型預測控制
10.2.1預測方程
10.2.2目標函數
10.2.3迭代更新
10.3基于模型預測的車輛速度控制器
10.3.1車速誤差模型
10.3.2模型預測控制器設計
10.3.3仿真分析
習題
第11章人—車—環境系統控制
11.1人—車—環境系統
11.1.1駕駛員特性
11.1.2車輛性能
11.1.3道路環境特性
11.2車—路系統控制
11.2.1汽車駕駛三要素
11.2.2認識道路環境的傳感器
11.2.3汽車智能駕駛輔助系統
11.3人—車系統控制
11.3.1駕駛員模型
11.3.2個性化駕駛輔助系統
11.4人—車—環境系統的現狀及發展趨勢
11.4.1研究現狀
11.4.2發展趨勢
習題
參考文獻
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