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1汽车动力总成基本概念 1

1.1 动力总成 1

1.1.1 研究体系 1

1.1.2 发展历史 2

1.1.3 传统动力总成系统 3

1.1.4 混合动力总成系统 3

1.2 动力总成的组成 5

1.2.1 发动机 5

1.2.2 变速器 5

1.2.3 汽车结构框架 5

1.2.4 操作系统 5

1.3 汽车性能 6

1.4 驾驶行为 8

1.5 建模准则 9

1.6 本书的目的与意义 10

扩展阅读 11

参考文献 11

2内燃机动力特性 12

2.1 概述 12

2.2 发动机转矩产生原理 12

2.2.1 发动机运行模式 13

2.2.2 发动机燃烧 15

2.2.3 发动机热力循环 17

2.2.4 发动机输出特性 30

2.2.5 缸内压力变化情况 31

2.3 发动机模型 35

2.3.1 发动机运动学 36

2.3.2 发动机转矩 43

2.3.3 简化模型 52

2.3.4 飞轮 58

2.4 多缸发动机 61

2.4.1 点火顺序 61

2.4.2 发动机转矩 64

2.4.3 准稳态发动机转矩 67

2.5 发动机转矩脉谱图 71

2.5.1 发动机测功机 71

2.5.2 底盘测功机 73

2.5.3 发动机转矩-转速特性 74

2.6 发动机转矩的MT公式 80

2.6.1 不同形式的部分负荷特性曲线 80

2.6.2 MT公式 81

2.6.3 注释 81

2.7 发动机管理系统 82

2.7.1 基本组成 83

2.7.2 传感器 83

2.7.3 脉谱图和查询表 84

2.7.4 校正 86

2.8 净输出功率 86

2.8.1 发动机机械效率 87

2.8.2 附件驱动 87

2.8.3 环境影响 88

2.9 本章小结 96

2.10 复习题 96

2.11 练习题 97

扩展阅读 99

参考文献 100

3汽车纵向动力学特性 101

3.1 简介 101

3.2 转矩发生器 101

3.2.1 内燃机 101

3.2.2 电机 103

3.3 牵引力 104

3.3.1 轮胎摩擦力的产生 104

3.3.2 牵引力的数学推导 107

3.3.3 牵引力特征图 111

3.4 行驶阻力 113

3.4.1 滚动阻力 113

3.4.2 汽车空气动力学 117

3.4.3 爬坡度 120

3.4.4 行驶阻力示意图 121

3.4.5 滑行试验 121

3.5 恒功率工况下的汽车动力性 122

3.5.1 最大输出功率 122

3.5.2 连续传动比假设 124

3.5.3 动力学方程 125

3.5.4 方程解析解 128

3.5.5 方程数值解 129

3.5.6 功率需求 133

3.5.7 加速时间与加速距离 134

3.5.8 最大速度 138

3.6 恒转矩工况下的汽车动力性 140

3.6.1 方程解析解 141

3.6.2 方程数值解 146

3.7 固定节气门开度工况下的汽车动力性 148

3.7.1 换档与牵引力 148

3.7.2 汽车加速度、车速和行驶距离 150

3.7.3 换档时机 154

3.7.4 不同档位时的最大速度 156

3.7.5 最佳加速性能 159

3.7.6 能量消耗 159

3.8 加速踏板循环性能 163

3.9 旋转质量的影响 166

3.10 轮胎滑移现象 172

3.11 爬坡性能 174

3.11.1 恒功率工况 175

3.11.2 恒转矩输出工况 175

3.11.3 恒定节气门工况 177

3.11.4 变坡度工况 178

3.12 滑行 179

3.12.1 恒值滚动阻力假设 180

3.12.2 滚动阻力为速度函数的假设 184

3.12.3 旋转质量转动惯量的影响 184

3.13 传动功率损失 186

3.13.1 传动效率 186

3.13.2 转矩流 189

3.13.3 滚动阻力的影响 189

3.14 总结 190

3.15 复习题 191

3.16 练习题 191

扩展阅读 199

参考文献 199

4变速器 200

4.1 引言 200

4.2 变速器的作用 200

4.3 变速器传动比的设计 202

4.3.1 最低档 202

4.3.2 最高档 207

4.3.3 中间档 213

4.3.4 其他影响因素 222

4.4 变速器运动学关系及齿轮齿数 224

4.4.1 标准齿轮 226

4.4.2 行星齿轮组 228

4.5 手动变速器 231

4.5.1 构造和操作 231

4.5.2 摩擦式离合器 233

4.5.3 膜片弹簧 242

4.5.4 离合器接合动力学 250

4.6 自动变速器 264

4.6.1 传统自动变速器 265

4.6.2 AMT 267

4.6.3 DCT 268

4.7 CVT 272

4.7.1 无级变速器的分类 273

4.7.2 摩擦式无级变速器 274

4.7.3 棘轮式无级变速器 276

4.7.4 非机械式无级变速器 278

4.7.5 怠速和起动 279

4.8 总结 280

4.9 复习题 280

4.10 练习题 281

扩展阅读 288

参考文献 288

5燃油消耗 289

5.1 引言 289

5.2 发动机的能耗 290

5.2.1 BSFC脉谱图 290

5.2.2 BSFC和发动机效率 291

5.3 驾驶循环 293

5.3.1 典型的驾驶循环 293

5.3.2 计算 294

5.3.3 汽车试验 297

5.4 汽车的油耗 297

5.4.1 油耗估算 299

5.4.2 基于脉谱图的油耗 301

5.4.3 旋转质量的影响 304

5.5 换档的影响 305

5.5.1 换档对EOP的影响 305

5.5.2 EOP 309

5.6 软件 312

5.6.1 解决方法 312

5.6.2 ADVISOR 314

5.7 自动变速器 315

5.7.1 发动机状态 315

5.7.2 驾驶人的意图 315

5.7.3 换档依据 316

5.7.4 控制器 316

5.7.5 多档传动理论 317

5.8 提高燃油效率的其他措施 318

5.8.1 动力系统零部件的改进 318

5.8.2 汽车轻量化 319

5.8.3 发动机 320

5.8.4 变速器 321

5.9 结论 322

5.10 复习题 322

5.11 练习题 323

扩展阅读 327

参考文献 328

6传动系统动力学 329

6.1 引言 329

6.2 传动系统动力学建模 330

6.2.1 建模方法 330

6.2.2 线性和非线性模型对比 331

6.2.3 软件的运用 332

6.3 传动系统部件的键合图模型 333

6.3.1 发动机 333

6.3.2 离合器 333

6.3.3 变速器 335

6.3.4 传动轴和驱动轴 335

6.3.5 差速器 336

6.3.6 车轮 337

6.3.7 车身 337

6.4 传动系统模型 337

6.4.1 完整的传动系统模型 338

6.4.2 直行 338

6.4.3 刚体模型 339

6.4.4 离合器为柔体的动力传动系统 340

6.4.5 传动轴为柔体的动力传动系统 341

6.4.6 离合器和传动轴为柔体的动力传动系统 342

6.5 分析 343

6.5.1 离合器为柔体的影响 343

6.5.2 传动轴为柔体的影响 347

6.5.3 离合器和传动轴为柔体的影响 350

6.5.4 频率响应 351

6.5.5 改进 358

6.6 总结 358

6.7 复习题 358

6.8 练习题 359

扩展阅读 362

参考文献 362

7混合动力汽车 363

7.1 引言 363

7.2 混合动力汽车的类型 363

7.2.1 基本分类 364

7.2.2 基本操作模式 365

7.2.3 其他衍生类 366

7.2.4 混合程度 370

7.3 动力分流装置 372

7.3.1 简单动力分流设备 372

7.3.2 基于能量管理的复合功率分流设备 384

7.4 混合动力汽车组件特性 389

7.4.1 内燃机 389

7.4.2 电机 389

7.4.3 电池 394

7.5 混合动力汽车性能分析 402

7.5.1 串联式混合动力汽车 402

7.5.2 并联式混合动力汽车 407

7.6 混合动力汽车组件尺寸 410

7.6.1 设计总则 411

7.6.2 基于性能的尺寸设计 412

7.6.3 尺寸优化设计 433

7.7 能量管理 435

7.7.1 控制潜能 436

7.7.2 控制 440

7.8 结论 442

7.9 复习题 442

7.10 练习题 443

扩展阅读 444

参考文献 445

附录 键合图建模介绍 446

A.1 基本概念 446

A.2 标准元件 446

A.2.1 源 446

A.2.2 被动元件 447

A.2.3 二通口元件 448

A.2.4 连接结 450

A.3 构建键合图 451

A.4 运动方程 453

A.4.1 因果关系 453

A.4.2 分配过程 454

A.4.3 键合图编号 455

A.4.4 组分方程 456

A.4.5 键合图简化 456

A.4.6 运动方程的推导 457