汽车理论典型中外教材比较研究

汽车理论典型中外教材比较研究摘要：本文在简要介绍了德、美、日三国几本典型的汽车理论教材和中国本土的汽车理论教材的基础上，比较研究了这些教材的体系结构和编写特点，对国内如何完善和使用汽车理论教材提出了若干建议。

关键词：中外教材：体系结构；比较研究汽车理论是车辆工程类专业的必修课程和核心课程，旨在为汽车相关专业知识的学习和掌握打下坚实的基础。

该课程也是其他学科的学者及汽车企业科技人员了解和应用汽车基本知识体系和结构原理的有效途径。

汽车理论课程是以力学为基础，阐述汽车的行驶性能(动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性以及通过性)，研究在满足这些性能要求基础上选择汽车设计参数的相关原则，并介绍如何利用现代技术提高汽车行驶性能。

由于汽车理论涉及内容的综合性和复杂性，对该课程教材的体系结构和基本内容都有较高的要求。

国内从事车辆工程专业教学和科研的院校师生及汽车企业的科技人员普遍感觉汽车理论课程的学习、理解及应用并非容易之事。

本文在简要介绍几本典型的国外汽车理论教材与中国本土的汽车理论教材的基础上，比较研究了这些教材的体系结构和编写特点，对国内如何完善和使用汽车理论教材提出了若干建议。

一、国内外几本典型的汽车理论教材国内外可用作汽车理论教学的典型教材主要包括：1德国版教材德国作为汽车工业强国及现代大学工程教育的先驱，其汽车理论相关的教材也颇具特色。

汽车理论的典型教材包括《汽车动力学》、《汽车工程》系列教材所涉及的“车辆纵向动力学、横向动力学、垂向动力学”。

《汽车动力学》是由德国布伦瑞克工业大学M.米奇克教授编写的一部经典教材，在国际上具有较大的影响力。

该教材的第一版是1970年出版的，2004年推出了第四版，第一、二版均有中文翻译版。

该教材的基本内容包括介绍汽车的驱动和制动、车辆振动以及行驶的操纵稳定性所涉及的动力学问题。

“驱动和制动”叙述了在平整路面上沿纵坐标方向的直线运动，内容涉及车轮和轮胎的基本概念、行驶阻力、汽车驱动装置特性、行驶功率和燃油经济性计算、汽车制动力分配及制动稳定性。

“车辆振动”叙述了在不平整的路面上车辆被激发起的振动，特别是被激起跳动和俯仰运动。

介绍了计算行驶舒适性和安全性的标准参数并讨论了悬架参数对车辆振动性能的影响。

“操纵稳定性”在给出横向运动相关概念的基础上，讨论了驾驶员和车辆的相互作用、轮胎的非线性、侧滑极限下的车辆稳定性、车辆结构参数对操稳性的影响和特殊工况下的转向特性。

《汽车工程》教材是德国亚琛工业大学H.瓦伦托维茨教授编写的一部系列教材，在车辆工程领域也具有特色。

H.瓦伦托维茨教授曾长期任Daimler Benz(戴姆勒奔驰)汽车公司实验开发部工程师、BMW(宝马)汽车公司悬架开发部主任工程师，具有丰富的工程实践背景、很深的学术造诣和教学经验。

所编写的“车辆纵向动力学、横向动力学、垂向动力学”教材，介绍了汽车动力学的相关基础理论和典型的应用系统。

以动力学为基础，分析了轮胎、转向系统、悬架等结构的建模、动力学方程及结构参数与系统动力学特性的相互关系，并提出了相关系统参数的设计准则。

教材强调了理论与实际结构参数的设计方法紧密联系，具有较高的工程应用价值。

2美国版教材可用于汽车理论教学的美国版教材主要有《车辆动力学基础》、《车辆动力学与控制》等。

其中《车辆动力学基础》是由美国密西根大学T.Gillespie教授编写的一部经典教材，在国际上也具有较大的影响力，其中文版已由清华大学出版社发行。

该教材以车辆动力学性能的理论分析为主，包括车辆纵向动力学(驱动工况和制动工况)、横向动力学(侧向动力学、横摆动力学和侧翻动力学)和垂向动力学(垂向动力学和俯仰动力学)等，内容丰富，自成体系。

教材各部分的公式推导细致，对各类分析方法的背景介绍清晰。

《车辆动力学与控制》是由美国明尼苏达大学R.Rajamani教授编写的教材，介绍了现代汽车电子控制系统设计所需要的汽车动力学和控制理论相关基础知识。

主要包括汽车的纵向动力学、横向动力学和垂向动力学所涉及的轮胎基本特性和模型、行驶阻力、驱动系统、转向系统和悬架系统动力学模型及影响参数。

该教材不仅系统地介绍了车辆动力学的知识，同时，结合驾驶辅助系统(自适应巡航控制ACC、车道保持系统LKS)、先进的车辆稳定性控制系统(VSC)、主动悬架(AS)等应用实例，对典型的车辆运动控制系统的动力学特性及控制方法作了较详细的介绍。

3日本版教材作为汽车工业强国之一的日本，也有较多的可用于汽车理论教学的教材，包括《汽车运动与控制》、《汽车性能与试验》、《车辆系统的动力学与控制》等。

日本神奈川工科大学安部正人教授编写的《汽车运动与控制》是一部经典的汽车理论教材，在描述车辆运动与控制的基本概念基础上，介绍了轮胎力学、车辆基础运动、在具有外界干扰下的车辆运动、转向系与车辆运动的关系、复杂条件下的车辆运动与控制等。

《汽车性能与试验》是由日本大学景山克三教授监修、日本五十铃汽车公司技术人员执笔的专业基础书籍，在描述汽车运动受力的基础上，介绍了汽车各种行驶性能(动力性、制动性、舒适性、经济性和使用可靠性)以及汽车相关性能的试验和评价方法。

《车辆系统的动力学与控制》是日本东京农工大学永井正夫教授编写的教材，在统一描述包括汽车在内的移动机械的运动与控制基本知识的基础上，分别针对汽车、铁道车辆、磁悬浮车辆、移动机器人的运动控制问题，介绍了相关系统的动力学系统建模、分析及性能控制。

4中国本土教材汽车工业作为中国的支柱产业在国民经济中占据重要位置，汽车工程高等教育不断发展，汽车理论作为车辆工程类专业的必修课程和核心课程，其课程建设得到了极大重视。

典型的中国本土教材是由清华大学余志生教授主编的《汽车理论》，自1981年正式出版以来，已出第四版，最近将推出第五版，在国内具有较大的影响力。

该教材以力学为基础，阐述汽车的行驶性能(动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性以及通过性)，介绍在满足这些性能要求基础上选择汽车设计参数的相关原则以及如何利用现代技术提高汽车相关行驶性能。

二、国内外教材的比较分析由于国内外汽车工程教育存在着教学计划和侧重点等不同之处，汽车理论相关教材在体系结构和编写特点上也存在不同。

1体系结构比较德国教材的编排往往形成了固定的体系，通常将知识点非常有条理的分为纵向、垂向和横向动力学三个部分，结构非常清晰。

与中国教材将汽车结构、汽车设计作为两门另外的课程不同，德国的汽车结构和汽车设计知识是融入汽车理论的学习中的，这让学生能够更好地理解如何设计汽车以及结构印证理论的要点。

但是，由于汽车结构和设计知识的添加对教材本身知识体系结构具有一定的破坏性，如何能够减小这种破坏，德国教材似乎也做得不好。

另一方面，由于这种对汽车结构和设计的学习往往是理论性质的，学生往往只知道理论，而对真实汽车结构和设计知识难以深刻理解。

美国教材在体系安排上与德国教材颇为相似，但在知识安排上又类似于中国教材。

美国的汽车理论教材重视动力学的理论，有的美国汽车理论教材中除了安排了动力学相关知识的学习外，还安排了一些延展学科的学习，包括车辆动力学参数估计等，而这些知识的学习无一例外都是需要较深的理论背景的。

在这一点上，美国教材应该说处理得比较好，因此，美国教材往往在理论体系上是最为完备的。

但这也导致美国的教材知识点相当多，学生接受理解起来难度较大，甚至在学习过程中容易丧失主观能动性去思考和发现问题。

日本教材在体系上是以汽车的行驶性能为对象，在介绍相关基本知识(车辆坐标系、轮胎力学等)的基础上，通常将知识点非常有条理地分为动力性、经济性、制动性、操稳性及平顺性几个部分，结构也比较清晰。

但日本的教材较多的是以汽车操纵稳定性为重点的横向动力学分析和控制内容，对汽车其他行驶性能，诸如汽车振动、驱动和制动的动力学分析和控制问题关注不够。

日本的汽车理论教材本身也是以汽车动力学纯粹理论和性能试验方法为主，较少涉及汽车结构和汽车设计的内容，使教材的结构体系显得较简洁和清晰。

易于学生学习理解和系统总结。

中国教材在体系安排上与日本教材相似，是以汽车的行驶性能为知识阐述对象，描述与其相关的动力学知识，同时介绍了在满足这些性能要求基础上选择汽车设计参数的相关原则以及如何利用现代技术提高汽车相关行驶性能。

由于有汽车实验学、汽车构造和汽车设计等相关课程体系的支撑，中国的汽车理论教材内容包括了较深入地介绍汽车动力学的知识及汽车理论在工程实际中的应用实例。

但中国教材在微观体系的内容方面试图包含尽量多的相关知识，而有些内容限于篇幅限制难以给出足够详细的解释，对没有工程经验的学生稍显困难。

2编写特点比较德国教材的编写特点为：(1)体系严谨，条理清晰。

按不同的问题划分为三卷：第一卷，给出车辆运动中的基本概念，着重描述车辆驱动与制动的过程；第二卷，考虑不平路面引起的垂直振动；第三卷，讨论车辆曲线行驶以及直线行驶的方向偏离问题。

(2)剥丝去茧，由浅入深。

这在体系安排中已经得到很好的体现，从第一卷到第三卷，作者由最基本的不考虑环境干扰的汽车动力学问题，逐渐考虑路面不平度的影响，再至引入侧向风的影响。

又如在描述车辆操纵性的第三卷中，作者从简单的线性模型入手，提出反映汽车操纵性的特征参数，然后再引入非线性轮胎特性的影响，并对附着极限附近的操稳性进行讨论。

这种层层深入的章节安排既抓住了汽车动力学的数学本质，又反映其作为工程问题的全貌。

(3)面向学生，两头兼顾。

作者在编写时主要面向系统学习汽车动力学的大学生，但同时也兼顾了只想了解局部内容的读者的需求。

因此作者在教材本身完整体系的基础上，尽可能使读者只通过读某一节就能了解尽可能多的东西，而不必翻阅前后的提示。

在编写教材的过程中，德国教材注重培养学生建立模型分析问题的能力，这是和其他国家教材最大的区别之一。

在德国的教材中，分析任何一个问题的过程都往往和该领域问题的发展趋势相结合的。

一般都首先建立简单模型，反映简单现象，然后逐步加入其他条件，再分析相关内容。

这种方法有助于学生更为直观地了解车辆动力学发展的趋势。

(4)单位规范，标注统一。

与美国教材中大多使用英制单位不同，德国教材在题例及图表中均采用了国际单位制，这样更方便了非英制国家学生的学习。

美国教材的编写特点为：(1)课程的理论性强，知识涵盖面广。

教材以车辆动力学性能的理论分析为主，包括车辆纵向动力学(驱动工况和制动工况)、横向动力学(侧向动力学、横摆动力学和侧翻动力学)和垂向动力学(垂向动力学和俯仰动力学)等，内容丰富，自成体系。

课程各部分的公式推导细致，对各类分析方法的背景介绍清晰。

(2)理论分析方法与工程分析方法相结合。

每一章节，介绍理论分析方法之后，都有相应的工程应用示例，辅助学生理解所学的理论知识。