汽车的操纵稳定性一直是汽车动力学领域的研究热点,是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能,被人们称之为“高速车辆的生命线”。当汽车在冰雪路面、对开路面和强侧向风干扰等极端工况下行驶时,对驾驶员的驾驶技术和汽车自身的性能都是极为严峻的考验,一个微小的操作误差或是外界干扰都极易引起交通事故的发生。因此,若能从汽车动力学的理论研究层面,给出汽车的操纵稳定裕度,实现对汽车操纵稳定性的定量化描述,将会为汽车的结构设计和稳定性控制器的设计提供重要的理论依据。对于汽车操纵稳定性的理论研究,非线性分析方法是当前的主流技术手段,且已有较为成熟的研究成果被广泛认可并应用到了工程实践中。但经典的分析方法如李雅普诺夫函数法、相平面法等得到的都是定性结论,目前仍缺少明确的定量化分析方法。针对此问题,本文在进行了大量文献阅读工作的基础上,基于李雅普诺夫指数和耗散能这两种理论,以汽车系统的稳定区域为研究对象,探索汽车操纵稳定裕度的定量化计算方法,主要进行了如下研究工作:(1)在ISO坐标系下建立了引入驱动力矩的五自由度非线性汽车模型,分析了汽车系统的全局相空间能量特性,提出了使用汽车转向过程中的能量变化来区分稳定状态与失稳状态的方法,有效求解了汽车系统的稳定区域。(2)使用李雅普诺夫指数的方法分析了不同行驶条件对汽车操纵稳定性的影响,根据最大李雅普诺夫指数和李雅普诺夫指数之和的求解结果,揭示了稳定区域内不同状态的操纵稳定性存在差异,并基于最大李雅普诺夫指数构建了两种汽车操纵稳定裕度的计算方式,实现了定量化计算。(3)研究了汽车系统的能量耗散过程,根据耗散能的求解结果,借鉴统计物理中的正则系综理论,通过对物理现象的类比,建立了基于耗散能的稳定概率密度表达方法,并以概率的角度定义了汽车操纵稳定裕度的计算方法,分析了不同行驶条件下汽车系统操纵稳定裕度的变化情况。(4)全面分析了两种方法的求解结果,选取基于耗散能的理论计算方法作为本文后续工作的研究重点,并设计了随机试验的方案验证了操纵稳定裕度理论计算结果的正确性。