本书从汽车工程的要求出发，深入浅出地介绍了现代控制理论的基础知识及其在车辆工程领域中的应用，包括现代控制理论基础，最优控制理论、PID控制原理、滑模控制、模糊控制、鲁棒控制、预瞄控制等控制方法在汽车工程中的应用，最后介绍了控制理论在智能驾驶系统中的应用。内容范围涵盖：现代控制理论基础、智能控制、汽车理论等专业领域。为了便于加深对基础理论的理解并掌握各种控制方法的应用，在每章后都配有相应的习题与思考题，在介绍完各类控制方法后都给出了一些具体应用实例。
随着汽车信息化、智能化、网络化的发展，各专业学科之间的渗透和交叉已成为必然趋势，这就要求车辆工程及其相关专业的学生了解和掌握控制理论的基础知识，并了解控制理论在汽车工程中的应用。本书旨在结合当前智能网联汽车的发展，进一步拓宽车辆工程及其相关专业学生的专业知识面，学会和掌握用交叉学科的知识和方法分析问题、解决问题的能力，为今后的就业或科学研究打下坚实的理论基础。本书可作为车辆工程专业、载运工具运用工程专业、交通运输专业以及相关专业的高年级或研究生教材，也可供车辆、交通运输等有关行业的工程技术人员参考。
本书从汽车工程的要求出发，深入浅出地介绍了现代控制理论的基础知识，重点介绍在当前智能车辆发展中使用广泛的智能控制方法及其应用。
本书是在重庆大学何渝生教授编写的《汽车控制理论基础及应用》（1995年，重庆大学出版社）的基础上首先扩编为内部讲义，从2004年开始在本科生、研究生专业选修课及学位必修课中使用16年。目前，根据汽车控制技术发展趋势，有些内容已不能适应当前的发展需要，故对原有内容进行了大幅增减和修改。
本书共分11章。第1章介绍了汽车控制系统的种类以及汽车控制系统的构成及其特征； 第2章介绍了现代控制理论的基础； 第3章介绍了线性系统的可控性与可观测性、状态反馈与状态观测器； 第4章主要讨论了线性系统的李雅普诺夫稳定性分析； 第5章介绍了最优控制及其在汽车工程中的应用，重点介绍了具有二次型性能指标的线性系统的最优控制，在此基础上列举了最优控制在汽车悬架、发动机隔振系统、自动变速器换挡控制方面的应用； 第6章介绍了PID控制方法及其在汽车动力传动系统、智能汽车路径跟踪控制方面的应用； 第7章介绍滑模控制及其在汽车车轮防抱死、车速跟踪控制方面的应用； 第8章介绍了模糊控制的方法，并以汽车半主动悬架、防抱死制动系统为例分析了模糊控制的应用； 第9章介绍了鲁棒控制的基本方法及其在汽车转向系统中的应用； 第10章介绍了在智能汽车中应用较多的模型预测控制方法，并以汽车速度控制为例介绍了模型预测控制的应用； 最后第11章从人—车—环境系统出发介绍了车—路系统以及人—车系统的控制，并对人—车—环境系统的发展趋势给予了概括。
为了便于加深对基础理论的理解并掌握各种控制方法的应用，在每章后都配有相应的习题，在介绍完各类控制方法后都给出了一些具体应用实例。
本书撰写过程中应用了一些国内外期刊等文献资料，以充实应用实例，在此向有关参考文献的作者表示感谢。另外在本书的撰写过程中研究生张紫微、邹亚林、屈顺娇、张海桥、曾迪、郑浩、王安杰等在文字编排、绘图仿真等方面进行了细致的工作，在此表示衷心的感谢！
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
作者
2020年7月
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李以农,重庆大学汽车学院二级教授,博导。中国振动工程学会理事、振动利用工程专委会副主任,振动噪声控制专委会常务理事,《振动工程学报》等期刊编委,国家科技奖评审专家。主要从事智能车辆运动控制、车辆振动噪声主动控制等方面的研究。主持完成国家及省部级项目30余项；获国家科技二等奖1项,省部级一等奖3项,二等奖1项。论文被SCI收录100余篇,出版专著3部;获发明专利10余项,已培养博士、硕士生80余人。
目录
CONTENTS
第1章绪论
1.1汽车控制系统的种类
1.1.1动力传动系统控制
1.1.2车辆运动(或姿态)控制
1.1.3车身电子安全系统
1.1.4汽车信息系统
1.2汽车控制系统的构成及其特征
1.2.1组成
1.2.2汽车电控系统特征
第2章现代控制系统的数学描述
2.1概述
2.1.1控制系统的基本概念与分类
2.1.2控制系统的质量指标
2.1.3控制理论发展的概况
2.2状态空间描述的基本概念
2.3线性连续系统的状态空间表达式
2.3.1状态方程与输出方程
2.3.2线性定常连续系统的状态方程及输出方程
2.3.3线性时变连续系统的状态方程及输出方程
2.4线性状态方程的解
2.4.1线性定常齐次状态方程的解
2.4.2线性时变齐次状态方程的解
2.4.3状态转移矩阵
2.4.4线性系统非齐次状态方程的解
2.5传递函数及其方框图
2.5.1传递函数的定义
2.5.2传递函数的零点和极点
2.5.3传递函数矩阵
习题
第3章控制系统的结构分析
3.1线性系统的可控性与可观测性
3.1.1可控性与可观测性的概念
3.1.2线性定常系统的可控性判别准则
3.1.3线性定常系统可观测性判别准则
3.1.4可控标准形与可观测标准形
3.1.5对偶原理
3.2状态反馈与状态观测器
3.2.1状态反馈系统的动态方程
3.2.2极点配置
3.2.3状态观测器
习题
第4章李亚普诺夫稳定性分析
4.1李亚普诺夫稳定性的基本概念
4.1.1平衡状态
4.1.2范数
4.2李亚普诺夫稳定性定义
4.2.1李亚普诺夫意义下稳定
4.2.2渐进稳定(经典控制理论稳定性定义)
4.2.3大范围渐近稳定性
4.2.4不稳定性
4.3李亚普诺夫稳定性定理
4.3.1二次型函数及其定号性
4.3.2李亚普诺夫稳定性的基本定理
4.4线性定常系统李亚普诺夫稳定性分析
4.4.1李亚普诺夫第一法(间接法)
4.4.2李亚普诺夫第二法
习题
第5章最优控制及其在汽车工程中的应用
5.1概述
5.2最优控制问题的提法和数学模型
5.3求解最优控制问题的变分方法
5.4具有二次型性能指标的线性系统的最优控制
5.4.1二次性指标及其涵义
5.4.2线性调节器问题的解
5.5最优控制在汽车悬架中的应用
5.6汽车发动机主动隔振系统最优控制
5.7电动汽车自动变速器换挡最优控制
习题
第6章PID控制及其在汽车工程中的应用
6.1概述
6.2PID控制原理
6.3PID控制规律
6.4PID控制器的参数整定
6.5PID控制在汽车动力传动系统中的应用
6.6PID控制在智能车辆路径跟踪控制中的应用
习题
第7章滑模控制及其在汽车工程中的应用
7.1滑模控制基本方法
7.2滑模控制在车轮防抱死制动系统中的应用
7.3基于预瞄偏差的车速跟踪滑模控制器设计
习题
第8章模糊控制及其在汽车工程中的应用
8.1模糊控制
8.1.1模糊数学的基础知识
8.1.2模糊控制的工作原理
8.2半主动悬架的模糊控制
8.2.1半主动悬架动力学模型
8.2.2半主动悬架系统的模糊控制器设计
8.2.3仿真结果与分析
8.3防抱死制动系统的模糊控制
8.3.1制动系统模糊控制方法
8.3.2制动系统模糊控制器设计
8.3.3仿真结果与分析
习题
第9章鲁棒控制及其应用
9.1鲁棒控制
9.1.1最优H∞控制器
9.1.2输出反馈H∞控制器
9.2汽车EPS的H∞鲁棒控制
9.2.1转向系统动力学模型的建立
9.2.2鲁棒控制器设计
9.2.3仿真分析
习题
第10章模型预测控制及其在汽车工程中的应用
10.1模型预测控制基本理论
10.1.1模型预测
10.1.2滚动优化
10.1.3反馈校正
10.2基于状态空间的模型预测控制
10.2.1预测方程
10.2.2目标函数
10.2.3迭代更新
10.3基于模型预测的车辆速度控制器
10.3.1车速误差模型
10.3.2模型预测控制器设计
10.3.3仿真分析
习题
第11章人—车—环境系统控制
11.1人—车—环境系统
11.1.1驾驶员特性
11.1.2车辆性能
11.1.3道路环境特性
11.2车—路系统控制
11.2.1汽车驾驶三要素
11.2.2认识道路环境的传感器
11.2.3汽车智能驾驶辅助系统
11.3人—车系统控制
11.3.1驾驶员模型
11.3.2个性化驾驶辅助系统
11.4人—车—环境系统的现状及发展趋势
11.4.1研究现状
11.4.2发展趋势
习题
参考文献
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