前言

汽車業(yè)正在經(jīng)歷一場以“新四化”（電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化）為代表的大變革，汽車也被賦予了比移動出行工具更多的所謂第三生活空間的屬性。汽車“新四化”為人們帶來了有關移動空間更多的想象。在傳統(tǒng)意義的基本功能之外，汽車將會變得更加智能、更加互聯(lián)、更加安全、更加舒適、更加便利；同時，汽車作為移動出行工具所具有的基本屬性，如汽車的使用空間、人機工程、感知品質、主被動安全性、車輛動力學性能、NVH性能、能耗、強度、耐久性和可靠性等仍然是用戶非常關注的。

汽車的智能化和電動化為車輛動力學和底盤這樣的傳統(tǒng)領域提供了更多的發(fā)展機會。智能駕駛和底盤控制技術自身的發(fā)展以及整車平臺化模塊化需求，直接對底盤域控制和中央控制技術、底盤全面線控化提出需求。“軟件定義汽車”要求軟、硬件模塊開發(fā)解耦，硬件平臺數(shù)量減少，單個平臺延展性增強。主機廠業(yè)務重心必須向軟件及服務轉移，具備自主軟件開發(fā)能力。正如機械底盤的物理集成和性能集成是主機廠的核心能力一樣，掌握車輛動力學協(xié)同控制技術也是主機廠的必由之路。底盤全面線控化帶來的快速響應、靈活布置、機電解耦等優(yōu)勢直接支撐車輛動力學協(xié)同控制和智能駕駛技術的落地。因此，車輛動力學在這個激烈變化的時代依然大有可為，仍然是整車企業(yè)的核心競爭力，是品牌形象的重要支撐。本書是在大變革時代帶有守正創(chuàng)新時代烙印的一個產品。

車輛動力學與整車研發(fā)的關系

車輛動力學與整車的架構參數(shù)，底盤中的懸架、轉向、輪胎、傳動、動力總成懸置等系統(tǒng)，以及副車架、下地板、車身和座椅系統(tǒng)等都有密切關系。車輛動力學在整車研發(fā)中的合理應用，可以有效提升整車行駛安全性和用戶駕乘體驗，是整車企業(yè)的核心競爭力之一。

現(xiàn)代整車開發(fā)流程中，前期需要根據(jù)客戶需求制訂整車性能要求，然后通過逐級分解，提出系統(tǒng)和零部件的性能要求。多體動力學模擬技術的普及使得模擬仿真復雜車輛系統(tǒng)的難度大為降低。對于產品開發(fā)工程師，主要的挑戰(zhàn)在于根據(jù)前期不完善的數(shù)據(jù)快速做出決定，這就要求關注最重要的性能指標，并從大量仿真數(shù)據(jù)中找出最關鍵的本因，簡明扼要地明確問題的本質。通過應用多體動力學仿真技術，大量的研發(fā)工作得以前置，有利于在縮短的開發(fā)周期內基于數(shù)據(jù)快速做出決策。另外，后期的實車調校同樣需要車輛動力學的理論指導。

作者、讀者和本書特色

筆者曾在清華大學、英國南安普頓大學和加拿大康考迪亞大學從事車輛動力學和人體振動方面的學習、研究和教學工作達18年；之后在美國通用汽車公司和廣汽研究院在車輛動力學領域從事具體產品開發(fā)和技術研究工作近30年，所領導車輛動力學和載荷預測團隊支持多個主要車輛平臺的開發(fā)，負責完成多個通用汽車公司車輛動力學道路-實驗室-計算機仿真（Road-Lab-Math）研發(fā)項目。在理論研究方面，筆者在國際核心刊物和學術會議上發(fā)表40余篇論文，主筆起草一項ISO國際標準，并受邀組織并主持十余年SAE年會車輛乘坐舒適性專題。

本書適宜的讀者對象是掌握了車輛動力學和底盤開發(fā)的基礎知識，且有一定產品開發(fā)經(jīng)驗的工程師，如整車前期性能和系統(tǒng)定義工程師、車輛動力學性能仿真工程師、底盤性能調校和性能驗證工程師、零部件配套工程師、整車架構和技術管理工程師等。在智能駕駛汽車感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個核心系統(tǒng)中，本書提供的理論知識和工程經(jīng)驗對從事決策規(guī)劃和控制執(zhí)行工作的工程師會很有幫助。

本書在內容和寫作風格上力求精簡，并且強調把車輛動力學理論與工程應用和產品開發(fā)密切關聯(lián)起來。本書第2章介紹了車輛動力學性能和整車集成；第3章和第4章系統(tǒng)介紹了車輛動力學與懸架系統(tǒng)設計要素及輪胎動力學的關系；第5章到第7章分別從車輛動力學的三個方面詳細介紹了車輛穩(wěn)定性及其控制、車輛操縱性和轉向系統(tǒng)的開發(fā)以及行駛平順性與相關車輛系統(tǒng)的關系。其中，第7章用大量篇幅從多個方面討論行駛平順性，是本書的主要特色和貢獻；第5章中詳細介紹的前后軸等效側偏剛度對操縱穩(wěn)定性的影響，以及第6章對影響中心區(qū)轉向性能關鍵設計要素的探討都是本書與眾不同之處。本書與國內現(xiàn)有的車輛動力學和底盤設計的教科書和參考書相結合可構成更為完整的底盤開發(fā)知識體系。

致謝

在成長過程中，得益于幾位師長的教誨和幫助：我的導師，清華大學的趙六奇教授帶我進入了車輛動力學之門，最初選擇的行駛平順性研究變成了職業(yè)生涯中每一個轉折點的主線，也是本書行駛平順性部分內容豐富的原因；已故的英國南安普頓大學的MichaelJ.Griff in教授是一位真正的科學家，讓我見識了大師風范，他在人因（Human Factors）方面的專著Human Response to Vibration讓我深切體會到比產品功能更重要的是用戶體驗；在通用汽車公司工作時，有幸向車輛動力學中心的幾位老先生當面請教，受益匪淺，他們在通用汽車公司的米爾福德試車場見證了車輛動力學的誕生并參與了它的發(fā)展，文獻里引用了他們的文章。其中，有人甚至和Maurice Olley做過同事，想來比較傳奇。非常榮幸能和車輛動力學專家Douglas L.Milliken在SAE工作中交往互動，他的父親William F.Milliken是車輛動力學的創(chuàng)始人之一，是與Maurice Olley同時期的專家。他們父子合著的Chassis Design-Principles and Analysis和Race Car Vehicle Dynamics仔細梳理了車輛動力學和底盤設計理論誕生的過程，書中關注的車輛動力學問題如今仍然是地面車輛必須關注的最基本的問題。在通用汽車公司工作期間，我常和華人朋友Jason M.Wong討論各種懸架設計，獲益良多。回國后，通過桃李滿天下的郭孔輝院士和盧蕩教授發(fā)起的輪胎動力學協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，我開始參加國內車輛動力學和輪胎領域的活動，從而和中國汽車業(yè)再續(xù)前緣，衷心感謝他們提供的機會。郭先生在汽車底盤、車輛動力學和輪胎力學方面幾十年辛勤耕耘，成果的深度和廣度值得我認真學習，他治學的態(tài)度、勤奮、遠見、天賦再一次讓我體會到大師的風采。汽車業(yè)的前輩、郭院士的朋友呂孝培先生曾告訴我：“你必須認識郭院士，你需要找到好榜樣跟隨。”

在寫作過程中，我的朋友和同事唐湘民博士把日常問候改為了詢問寫作進展，成了無形的推力。他寫的《汽車企業(yè)數(shù)字化轉型：認知與實現(xiàn)》從寫作到出版僅花了一年時間，而且一經(jīng)發(fā)行就登上了京東和當當網(wǎng)暢銷書榜首。在本書初稿完成后，廣汽研究院的同事和朋友劉兵、李志魁、楊蔓、殷珺和袁世海從整車開發(fā)工程師和讀者的視角對內容編排、文字表述和圖表格式提出了修改建議，使得本書行文更為流暢，更合乎國內語言習慣，也使得本書以更快的速度、更好的面貌面世，特此感謝。我在20世紀80年代初學習汽車專業(yè)時的教材不包括硬點設計、K&C指標、等效側偏柔度等對車輛動力學和底盤設計至為重要的概念，中心轉向性能概念也尚未引入，行駛平順性僅限于基于垂向1/4車輛模型的一些基本討論。本書中覆蓋的知識和術語大都是我在通用汽車公司工作期間在英文語境下學習或工作實踐中得到的，直譯過來難免有不合規(guī)范或約定俗成的用語，這也從側面反映了近三十年來國內車輛動力學和底盤設計技術的進步。

感謝我的三代家人對我寫作本書極大的鼓勵和支持，他們都非常理解寫作本書對一個既有科研背景又有工程經(jīng)驗的工程師的意義及可能提供的價值。

正如滿足用戶需求是汽車開發(fā)的最強大驅動力，滿足同行的期望也是本書寫作的最大驅動力。書中肯定有不當之處，懇請讀者不吝指正，以便將來持續(xù)完善。

著者