車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的領(lǐng)跑者
——記昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院車(chē)輛工程系教授楊秀建

本刊記者　褚 焱

車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的領(lǐng)跑者
——記昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院車(chē)輛工程系教授楊秀建

本刊記者褚 焱

在劍橋大學(xué)三一學(xué)院（Trinity College，Cambridge）

乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，“駕車(chē)馭風(fēng)”濟(jì)滄海。在如今飛速發(fā)展的世界背后，我們的生活大多都被“高”、“快”、“穩(wěn)”等詞充斥著。在這些詞語(yǔ)的環(huán)繞下，整個(gè)世界像被濃縮成一個(gè)大家庭：往來(lái)穿梭的高鐵；一趟趟流動(dòng)的公交車(chē)；公路上飛馳而過(guò)的汽車(chē)，這些交通工具拉近了彼此之間的距離，遠(yuǎn)去了無(wú)數(shù)個(gè)顛簸的不眠夜。在廣闊秀麗的錦繡山河間，一輛輛精靈般的汽車(chē)，忽如一夜春風(fēng)來(lái)，催生了一個(gè)新時(shí)代的速度。

但是當(dāng)我們?cè)跒楦咚俣?，快捷的交通欣喜時(shí)，也要看到車(chē)輛動(dòng)力學(xué)與穩(wěn)定性的重要性。昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院車(chē)輛工程系教授楊秀建每每在研究車(chē)輛動(dòng)力學(xué)時(shí)，都會(huì)時(shí)不時(shí)眉頭緊鎖，抑或會(huì)心微笑，完全沉浸在他一生所摯愛(ài)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)及控制技術(shù)的世界里，也為這一領(lǐng)域打開(kāi)了新的篇章。

基礎(chǔ)才是前進(jìn)的奠基石

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力, 經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的逐級(jí)傳遞到達(dá)車(chē)輪并驅(qū)動(dòng)汽車(chē)運(yùn)動(dòng), 汽車(chē)有運(yùn)動(dòng)就存在相關(guān)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。汽車(chē)動(dòng)力學(xué)涉及范圍非常廣泛，除了影響車(chē)輛縱向及其子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)外，還對(duì)車(chē)輛在垂向和橫向兩個(gè)方面的動(dòng)力學(xué)內(nèi)容有所影響。其中汽車(chē)轉(zhuǎn)向性能、高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性能力和可控制性以及由此帶來(lái)的一系列安全性問(wèn)題是其中的重中之重。我們經(jīng)常會(huì)看到汽車(chē)在高速轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生側(cè)滑或激轉(zhuǎn)甩尾現(xiàn)象，再或者重卡發(fā)生側(cè)翻的事件時(shí)有報(bào)道。所以，研究汽車(chē)的操穩(wěn)性理論對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)及汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是非常重要的。

楊秀建所做的就是這樣一件事：提高車(chē)輛操縱穩(wěn)定性和安全性，在提高操穩(wěn)性的同時(shí)也要注意節(jié)約燃油?？烧f(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單做起來(lái)卻要一點(diǎn)一點(diǎn)累計(jì)，猶如在平地矗立起萬(wàn)丈高樓，用鐵杵磨成纖纖細(xì)針。

“一定要注重基礎(chǔ)，基礎(chǔ)是一切的前提?，F(xiàn)在太多人選擇研究熱門(mén)問(wèn)題，而研究汽車(chē)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題的人越來(lái)越少?！睏钚憬ú恢挂淮卧诓稍L(fǎng)中表達(dá)基礎(chǔ)的重要性。

就目前來(lái)看，我國(guó)在汽車(chē)主動(dòng)控制方向上與國(guó)外先進(jìn)水平還是有一定差距，可以說(shuō)在90年代以前，我國(guó)這一領(lǐng)域的研究基本是空白的，90年代以后才開(kāi)始對(duì)ABS、ESP等進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)而很多人才開(kāi)始相繼轉(zhuǎn)向研究汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制的問(wèn)題。

楊秀建于2006年開(kāi)始進(jìn)行車(chē)輛動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究，并堅(jiān)信以后一定會(huì)向著智能化方向發(fā)展。楊秀建跨入汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的大門(mén)，說(shuō)起來(lái)還源于一次偶然機(jī)遇。當(dāng)時(shí)他在山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)讀博士時(shí)，一次參加學(xué)術(shù)會(huì)議接觸到車(chē)輛動(dòng)力學(xué)研究的一些問(wèn)題，受到了很大的啟發(fā)，于是博士論文就對(duì)車(chē)輛高速行駛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性及失穩(wěn)機(jī)制等方面進(jìn)行了研究。

“秋天大雁南飛時(shí)，都會(huì)有一定的方向，排成一字型或是人字型，后面的大雁也會(huì)跟著前面的大雁，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去仿佛形成了嚴(yán)謹(jǐn)有序的編隊(duì)，這樣一來(lái)就大大減少后排大雁飛翔時(shí)的空氣阻力。”楊秀建在向我們介紹智能車(chē)輛編隊(duì)行駛的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)這樣比喻道。

他強(qiáng)調(diào)智能車(chē)輛隊(duì)列控制就像大雁南飛時(shí)形成一個(gè)編隊(duì)，要掌握好科學(xué)的、合理的車(chē)與車(chē)之間的距離，這樣汽車(chē)在行駛時(shí)既能避免發(fā)生碰撞，又能提升通行效率并顯著降低油耗。

有了方向才有動(dòng)力，有了基礎(chǔ)才能攀登。楊秀建一直腳踏實(shí)地，精益求精，把基礎(chǔ)掌握在自己手中，用青春與無(wú)悔在汽車(chē)動(dòng)力學(xué)里飛奔。

科研與教學(xué)永不停歇

生命不息，科研不止，教學(xué)不停。在楊秀建看來(lái)，每一個(gè)研究項(xiàng)目成功的背后，每一位學(xué)生滿(mǎn)意的微笑背后，都承載著不止一方的努力和汗水。只看重機(jī)會(huì)，荒廢平日的積累也只能是望而興嘆；而只埋頭苦干讓機(jī)會(huì)白白流失也是得不償失。

在汽車(chē)動(dòng)力學(xué)理論方面，楊秀建對(duì)輪胎附著極限工況下的汽車(chē)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性理論和失穩(wěn)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)而又深入的研究，在汽車(chē)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向失穩(wěn)與非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向失穩(wěn)的非線(xiàn)性分岔機(jī)制、汽車(chē)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向失穩(wěn)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方法及在汽車(chē)穩(wěn)定性控制中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了系列的開(kāi)創(chuàng)性研究，率先基于非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)平衡點(diǎn)穩(wěn)定性、靜態(tài)分岔、Hopf分岔理論對(duì)半掛汽車(chē)列車(chē)的‘橫擺折疊’、‘掛車(chē)甩尾’和“掛車(chē)擺振”幾種常見(jiàn)的橫向失穩(wěn)形式從理論上進(jìn)行了系統(tǒng)的揭示和闡述，為汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)控制邏輯的設(shè)計(jì)提供了有力的理論參考。

在瀾滄江

另一方面，在汽車(chē)動(dòng)力學(xué)控制上，國(guó)內(nèi)較早的開(kāi)展了汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)集成控制技術(shù)的研究，系統(tǒng)研究了車(chē)輛參數(shù)不確定性情況下的魯棒集成控制技術(shù)。楊秀建表示，如果是新手來(lái)駕駛車(chē)輛，尤其是高速行駛時(shí)，遇到轉(zhuǎn)向，不容易控制車(chē)速和轉(zhuǎn)彎角度，這時(shí)候如果轉(zhuǎn)向偏大或偏小，都會(huì)極易發(fā)生危險(xiǎn)。試想一下，如果這時(shí)車(chē)輛可以及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向角度，就能夠保證車(chē)輛安全性和穩(wěn)定性。該學(xué)科方向上，楊秀建的相關(guān)研究結(jié)果得到了國(guó)內(nèi)外同仁的關(guān)注，并且于2014年和2015年連續(xù)兩年在汽車(chē)工程領(lǐng)域入選Elsevier發(fā)布的“中國(guó)高被引學(xué)者榜單”。

2010年12月，楊秀建主持了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“半掛汽車(chē)列車(chē)橫向穩(wěn)定性多目標(biāo)重構(gòu)控制的統(tǒng)一框架與策略研究”。他在很早以前，就在關(guān)注半掛汽車(chē)這種大型車(chē)，發(fā)現(xiàn)其安全性能非常差，經(jīng)常在高速行駛時(shí)發(fā)生折疊、側(cè)翻，穩(wěn)定性及控制非常復(fù)雜。而重型汽車(chē)列車(chē)可制動(dòng)控制的車(chē)輪多，本質(zhì)上是一個(gè)冗余控制的問(wèn)題，為多控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行器故障容錯(cuò)控制問(wèn)題提供了更多的選擇。他聯(lián)想到在飛機(jī)駕駛時(shí)，如果其中某個(gè)舵突然失靈了，我們可以嘗試把其他完好的舵進(jìn)行快速的重新搭配，來(lái)替代失靈的舵的作用。有想法才會(huì)有努力的方向與根基，楊秀建還于2015年申請(qǐng)主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高山公路環(huán)境下充液半掛液罐汽車(chē)橫向動(dòng)力學(xué)及適配技術(shù)研究”，目前還在研究中。他相信對(duì)于半掛車(chē)這種大型車(chē)輛，在未來(lái)不論是穩(wěn)定性還是安全性都會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

在科研的同時(shí)，楊秀建也時(shí)刻不忘教師的本分?！袄蠋熅褪且v究‘良心’”，他說(shuō)道，“所以一定要負(fù)責(zé)任，要讓盡量多的同學(xué)對(duì)我的講課有興趣，愿意聽(tīng)我講的內(nèi)容，并且能夠聽(tīng)懂，這樣作為一名老師也會(huì)同時(shí)得到滿(mǎn)足感。”楊秀建時(shí)常給學(xué)生灌輸一個(gè)理念：天道酬勤。機(jī)會(huì)是留給有準(zhǔn)備的人，但那個(gè)人也一定會(huì)是努力著的人。楊秀建只要一有空就會(huì)在辦公室里備課、做研究，以身作則，用自己的言行舉止?jié)撘颇赜绊懼鴮W(xué)生。

“我們的未來(lái)絕不是盲目的追蹤，不管是有人駕駛還是智能化無(wú)人駕駛，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)理論都是重要的根基所在，深入研究智能駕駛體系下的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題為汽車(chē)的智能化發(fā)展提供有力的保障。”是金子總會(huì)發(fā)光，楊秀建也在一步步的積累與實(shí)踐中找到了科研的方向，教學(xué)的旗幟，人生的標(biāo)桿。