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第1章 混合动力汽车 1

1.1 2010年混合动力发动机现状 10

1.2 发动机单一驱动的局限性 13

1.3 车辆电气化和多电汽车 14

1.4 道路运行车辆的性能特点 16

1.4.1 新一代汽车合作伙伴计划 16

1.4.2 发动机小型化 18

1.4.3 驱动工况特性 20

1.4.4 混合动力汽车的性能指标 24

1.4.5 车辆动力学基础 25

1.5 道路行驶载荷的计算 29

1.5.1 道路行驶载荷的组成 29

1.5.2 摩擦力与车轮滑移 34

1.6 燃油经济性预测 36

1.6.1 车辆排放 37

1.6.2 制动燃油消耗率 37

1.6.3 燃油经济性与燃油消耗率之间的换算 38

1.7 内燃机简介 40

1.7.1 什么是制动平均有效压力 41

1.7.2 制动燃油消耗量对制动平均有效压力的灵敏度 43

1.7.3 ICE基础知识：燃油消耗率曲线 45

1.7.4 排放法规 46

1.8 并网混合动力汽车 49

1.8.1 并网汽车：汽车到电网 49

1.8.2 并网汽车HEV20和HEV60 52

1.8.3 电量保持和电量消耗 55

1.9 练习 56

参考文献 57

第2章 混合动力汽车结构 59

2.1 串联式结构 62

2.1.1 机车驱动 63

2.1.2 串-并联混联结构 65

2.1.3 负荷跟踪结构 67

2.2 前传动式并行结构 68

2.2.1 能量回收系统 69

2.2.2 微混合动力结构 70

2.2.3 轻混合动力结构 71

2.2.4 动力辅助 74

2.2.5 双模式混合动力 75

2.3 前传动式混联结构 76

2.3.1 功率分流 77

2.3.2 变速功率分流器 81

2.3.3 无级自动变速器 84

2.3.4 集成混合动力辅助变速器 85

2.4 后传动式并行结构 87

2.4.1 后传动式结构 88

2.4.2 轮毂电机混合动力 89

2.5 液压后传动式结构 90

2.5.1 液压辅助起动系统 90

2.5.2 液-电后传动式结构 91

2.5.3 高压电驱动 91

2.6 飞轮储能系统 93

2.6.1 德克萨斯A＆M大学的反式电机 93

2.6.2 汽油电动传动系统 93

2.6.3 瑞士联邦理工大学的飞轮概念 95

2.7 超级电容器混合动力汽车 96

2.7.1 使用超级电容器的接触网供电车辆 96

2.7.2 使用道旁超级电容器的接触网供电车辆 97

2.7.3 使用超级电容器的无轨电车 98

2.8 电动四轮驱动 99

2.8.1 电动四轮驱动系统 99

2.8.2 大霸王厢式货车 100

2.9 练习 101

参考文献 102

第3章 混合动力装置性能参数 105

3.1 坡度和巡航目标 109

3.1.1 爬坡能力 112

3.1.2 全负荷状态 112

3.2 初始起动及加速 113

3.2.1 前两秒 113

3.2.2 变换车道 113

3.3 制动和能量再生 114

3.3.1 串行RBS 114

3.3.2 并行RBS 117

3.3.3 RBS与ABS的交互作用 117

3.3.4 RBS与IVD/VSC/ESP的交互作用 118

3.4 行驶工况的影响 118

3.4.1 行驶工况类型 119

3.4.2 PHEV的EV及REV工况 120

3.4.3 平均车速及其对燃油经济性的影响 122

3.4.4 加速／减速过程动力学 122

3.4.5 全负荷起动 123

3.5 电气部分 123

3.5.1 发动机小型化 123

3.5.2 续航里程和车辆性能 124

3.6 使用需求 124

3.6.1 客户使用情况 124

3.6.2 电气负荷 125

3.6.3 坡道停车和蠕滑 125

3.6.4 空档怠速 125

3.7 练习 126

参考文献 126

第4章 驱动系统的参数设计 127

4.1 电力驱动系统与内燃机的匹配 128

4.1.1 变速器的选择 130

4.1.2 传动比的选择 130

4.1.3 自动变速器构造 132

4.2 驱动电机的参数设计 136

4.2.1 第1步 137

4.2.2 第2步 139

4.2.3 第3步 142

4.2.4 转矩和功率 144

4.2.5 恒功率转速比 146

4.2.6 电机尺寸规格 148

4.3 电力电子器件的参数设定 151

4.3.1 开关的工艺选择 153

4.3.2 kV·A/kW和功率因数 153

4.3.3 纹波电容的设计 157

4.3.4 开关频率和脉宽调制 159

4.4 选择储能技术 161

4.4.1 铅酸蓄电池技术 168

4.4.2 镍氢电池 169

4.4.3 锂离子电池 170

4.4.4 金属-空气电池 172

4.4.5 燃料电池 172

4.4.6 超级电容器 177

4.4.7 飞轮 180

4.5 电气线束 180

4.5.1 对线束的要求 181

4.5.2 逆变器母线 183

4.5.3 高压分离技术 185

4.5.4 配电中心 186

4.6 通信系统 186

4.6.1 通信协议：CAN 188

4.6.2 电网和数据网络 189

4.6.3 未来通信协议：TTCAN 191

4.6.4 未来通信协议：车载网络 192

4.6.5 未来通信协议间的竞争 195

4.6.6 诊断测试代码 196

4.7 辅助子系统 196

4.7.1 转向系统 197

4.7.2 制动系统 197

4.7.3 客舱气候控制系统 198

4.7.4 热管理系统 198

4.7.5 人机界面 201

4.8 成本和重量预算 201

4.8.1 成本分析 202

4.8.2 质量预算 203

4.9 练习 204

参考文献 205

第5章 电力驱动系统技术 209

5.1 永磁材料 209

5.1.1 永磁材料简介 210

5.1.2 铝镍钴材料 212

5.1.3 稀土永磁体 213

5.2 无刷电机 216

5.2.1 无刷直流电机 218

5.2.2 无刷交流电机 222

5.2.3 表面式永磁电机的设计要点 226

5.2.4 双模式逆变器 233

5.3 内置式永磁体 236

5.3.1 内埋式磁体设计 237

5.3.2 压缩通量式设计 240

5.3.3 机械式磁场削弱 243

5.3.4 多层设计 245

5.4 异步电机 246

5.4.1 传统异步电机 246

5.4.2 绕组重构 249

5.4.3 变极式异步电机 250

5.5 可变磁阻电机 259

5.5.1 开关磁阻电机 260

5.5.2 同步磁阻电机 263

5.5.3 径向叠片同步磁阻电机 265

5.6 不同电机技术的优缺点比较 265

5.6.1 电机动态性能比较 265

5.6.2 电机应用于纯电动汽车驱动系统时的性能比较 267

5.6.3 电机应用于混合动力汽车驱动系统时的性能比较 268

5.7 练习 270

参考文献 271

第6章 交流驱动的电力电子器件 275

6.1 半导体设备技术 276

6.1.1 功率半导体发展趋势 277

6.1.2 宽带隙器件 277

6.2 脉宽调制的本质 279

6.3 谐振脉冲调制 283

6.4 空间矢量脉宽调制 285

6.5 多电平逆变器 293

6.6 脉宽调制技术的比较 293

6.7 DC/DC转换器 295

6.8 热设计 297

6.9 可靠性研究 301

6.10 电流调节器的传感器 303

6.11 最小纹波的交错式脉宽调制 305

6.12 练习 306

参考文献 308

第7章 驱动系统控制技术 310

7.1 磁场定向控制的本质 311

7.2 磁场定向控制动力学 315

7.3 无传感器控制 321

7.4 效率优化 324

7.5 直接转矩控制 327

7.6 练习 329

参考文献 330

第8章 驱动系统效率 332

8.1 牵引电机 332

8.1.1 铁心损耗 334

8.1.2 铜损和趋肤效应 338

8.2 逆变器 340

8.2.1 传导损耗 341

8.2.2 开关损耗 342

8.2.3 反向恢复损耗 343

8.3 配电系统 343

8.4 储能系统 345

8.5 效率映射图 345

8.6 练习 349

参考文献 350

第9章 混合动力汽车的使用特性 352

9.1 市区循环工况 359

9.2 公路循环工况 360

9.3 联合工况 360

9.4 新欧洲驱动工况 361

9.5 日本10-15模式 363

9.6 混合动力汽车的常规驱动工况 364

9.7 练习 365

参考文献 367

第10章 储能技术 369

10.1 电池系统 370

10.1.1 铅酸电池 375

10.1.2 镍氢电池 376

10.1.3 锂离子电池 381

10.2 电容器储能系统 386

10.2.1 对称超级电容器 390

10.2.2 非对称超级电容器 394

10.2.3 超级电容器与蓄电池结合 395

10.2.4 混合电池举例 402

10.2.5 超级电容器电池均衡技术 404

10.3 氢气存储 410

10.3.1 金属氢化物 412

10.3.2 高压气体 412

10.4 飞轮系统 414

10.5 气动系统 415

10.6 储能系统建模 415

10.6.1 电池模型 416

10.6.2 燃料电池模型 420

10.6.3 超级电容器模型 422

10.7 练习 429

参考文献 432

第11章 混合动力汽车试验及验证 436

11.1 汽车滑行试验 437

11.2 运动型多功能汽车的滑行试验 440

11.3 SUV牵引拖车的滑行试验 441

11.4 Class-8牵引车试验 444

11.5 Class-8牵引车加挂车的滑行试验 446

11.6 练习 450

参考文献 451

第12章 自动电气化交通运输 452

12.1 个人快速交通 454

12.2 自动化高速公路系统 455

12.3 非接触式电力传送 457

12.3.1 电感耦合技术 458

12.3.2 近场辐射的功率传输 459

12.4 货物运输 460

12.5 练习 468

参考文献 468

附录 470

参考文献 472