第1章 引言 1
1.1 汽车的总体要求 1
1.2 汽车控制系统的历史 1
1.3 汽车控制系统的前景 2
第2章 发动机热力学循环 3
2.1 导论 3
2.1.1 热力学第一定律 3
2.1.2 比热容 6
2.1.3 理想气体的状态变化 8
2.1.4 热力学循环 14
2.2 发动机理论循环 18
2.2.1 点燃式发动机 18
2.2.2 压燃式发动机 20
2.2.3 双燃烧循环 22
2.2.4 不同发动机的比较 24
2.3 其他形式的动力装置 27
2.3.1 燃气轮机 27
2.3.2 斯特林发动机 30
2.3.3 蒸汽机 32
2.3.4 不同二次能源和动力系统的潜力 34
第3章 发动机管理系统 36
3.1 发动机基本工作过程 36
3.1.1 有效功 36
3.1.2 空燃比 40
3.1.3 发动机类型 41
3.1.4 混合气着火 42
3.1.5 火焰传播 43
3.1.6 能量转化 44
3.2 发动机控制 47
3.2.1 内燃机排放 47
3.2.2 燃油供给控制 48
3.2.3 燃油间歇喷射 50
3.2.4 喷油时间计算 51
3.2.5 循环进气量 52
3.2.6 进气歧管动态特性 54
3.2.7 点火提前角控制 56
3.2.8 发动机Map图优化 58
第4章 柴油机建模 62
4.1 柴油机的四冲程循环 62
4.2 换气流动 63
4.2.1 排气流动 64
4.2.2 进气流动 65
4.3 空燃比 66
4.3.1 排气冲程 66
4.3.2 进气冲程 67
4.3.3 压缩与燃烧 67
4.4 质量守恒 67
4.5 燃油喷射 68
4.6 燃油蒸发 70
4.7 燃烧过程 73
4.7.1 零维模型 74
4.7.2 热力学方程 74
4.7.3 能量守恒 74
4.7.4 体积功 75
4.7.5 热量损失 75
4.7.6 能量转化 76
4.7.7 流体的焓 76
4.7.8 气体充量的内能 77
4.7.9 状态变量计算 77
4.8 模型参数拟合 78
4.9 炭烟生成 81
第5章 发动机控制系统 84
5.1 空燃比控制 84
5.1.1 点燃式发动机的化学计量比工况 84
5.1.2 氧传感器 88
5.1.3 基于空燃比控制的发动机模型 90
5.1.4 空燃比控制回路 91
5.1.5 测量结果 94
5.1.6 自适应空燃比控制 97
5.2 怠速控制 101
5.2.1 能量转换模型和转矩平衡 102
5.2.2 状态空间控制 103
5.2.3 测量结果 106
5.3 爆震控制 109
5.3.1 点燃式发动机的爆震 109
5.3.2 爆震传感器 111
5.3.3 信号处理 113
5.3.4 爆震控制 115
5.3.5 自适应爆震控制 116
5.4 气缸喷油量均衡补偿 119
5.4.1 发动机稳态工况的有效功残差 120
5.4.2 发动机瞬变工况的有效功残差 120
5.4.3 喷油Map图的自适应 123
第6章 诊断 125
6.1 汽车发动机的诊断 125
6.2 OBDⅡ 126
6.3 诊断简介 128
6.4 基于模型的诊断 130
6.5 故障 131
6.6 基于模型诊断的原理 133
6.6.1 残差产生器设计 134
6.6.2 残差评价 136
6.6.3 基于模型诊断在汽油机中的应用实例 137
6.7 诊断实例——汽油机进气系统 138
6.7.1 进气系统建模 139
6.7.2 模型参数辨识 141
6.7.3 诊断系统 142
6.7.4 残差产生 142
6.7.5 残差评价 144
6.7.6 诊断系统实施 145
6.7.7 诊断系统验证 145
6.8 诊断实例——失火检测 152
6.8.1 曲轴转动惯量 152
6.8.2 曲轴力矩平衡 154
6.8.3 线性系统表示 155
6.8.4 Kalman滤波器设计 156
6.8.5 结果 157
6.9 诊断系统的工程应用 159
第7章 传动系控制 160
7.1 传动系建模 160
7.1.1 传动系基本方程 160
7.1.2 传动系基本模型 164
7.1.3 模型方程综合 165
7.1.4 建模示例 166
7.2 变速器空挡位下的传动系建模 182
7.2.1 静态换挡测试 183
7.2.2 动态换挡测试 183
7.2.3 解耦模型 185
7.3 传动系控制 186
7.3.1 背景 187
7.3.2 实车测试和传动系控制问题 188
7.3.3 传动系控制目标 191
7.3.4 传动系控制结构说明 191
7.3.5 系统状态空间表述 191
7.3.6 控制器表述 194
7.3.7 反馈特性 195
7.3.8 基于LQG/LTR方法的传动系控制 197
7.4 传动系速度控制 203
7.4.1 RQV控制 203
7.4.2 问题表述 205
7.4.3 传动系速度控制——基于主动衰减，实现传统RQV特性 206
7.4.4 传感器信号选择的影响 210
7.4.5 速度控制器仿真 215
7.4.6 速度控制器测试 217
7.4.7 总结 218
7.5 传动系换挡控制 219
7.5.1 传动系内部转矩 219
7.5.2 变速器转矩控制准则 225
7.5.3 变速器转矩控制器设计 228
7.5.4 传感器信号选择的影响 230
7.5.5 换挡控制器仿真 233
7.5.6 换挡控制器测试 234
7.6 乘用车动力传动系防冲击控制 239
7.6.1 乘用车动力传动系模型 241
7.6.2 控制器设计 244
7.6.3 系统性能 247
第8章 车辆建模 249
8.1 引言 249
8.2 坐标系 250
8.3 轮胎模型 251
8.3.1 轮胎接地点速度 252
8.3.2 车轮滑移率和轮胎侧偏角 259
8.3.3 附着系数计算 263
8.3.4 附着力计算 265
8.3.5 轮胎特性 267
8.3.6 轮胎半径定义 269
8.4 整车模型 270
8.4.1 平动计算 270
8.4.2 转动计算 273
8.4.3 悬架 274
8.4.4 简化的双轨模型 279
8.4.5 车辆稳定性分析 283
8.5 车辆模型验证 285
8.5.1 验证步骤 285
8.5.2 验证结果 286
第9章 车辆参数与状态 290
9.1 车速估计 290
9.1.1 传感器信息预处理 290
9.1.2 Kalman滤波法 292
9.1.3 模糊逻辑简介 293
9.1.4 模糊估计器 294
9.1.5 车速估计器结果 298
9.2 车辆横摆角速度估计 300
9.2.1 数据预处理 300
9.2.2 采用轮速计算横摆角速度 301
9.2.3 输入 301
9.2.4 输出 303
9.2.5 模糊系统 303
9.2.6 测试验证：交通环岛行驶工况 303
9.3 行驶轨迹再现 304
9.3.1 车辆位置坐标 305
9.3.2 轨迹再现结果 306
9.3.3 鲁棒性分析 306
9.4 车辆参数辨识 309
9.4.1 附着特性 310
9.4.2 转动惯量 313
9.4.3 减振器特性 319
9.5 车辆参数近似估计 320
9.5.1 轮胎接地载荷计算 320
9.5.2 轮胎侧偏刚度调整 322
9.5.3 俯仰角与侧倾角估计 323
9.5.4 车辆质量的估计 325
9.6 质心侧偏角观测器 326
9.6.1 非线性观测器基本理论 326
9.6.2 观测器设计 328
9.6.3 质心侧偏角观测器验证 329
9.7 路面坡度估计 331
9.7.1 方法1：基于纵向加速度和轮速 332
9.7.2 方法2：基于模型的路面坡度角观测 333
第10章 车辆控制系统 337
10.1 ABS控制系统 337
10.1.1 轮胎接地点力矩平衡 337
10.1.2 ABS控制循环 338
10.1.3 ABS循环检测 339
10.2 横摆动力学控制 343
10.2.1 简单控制律设计 344
10.2.2 参考值推导 345
第11章 道路和驾驶员模型 350
11.1 道路模型 350
11.1.1 道路模型的要求 350
11.1.2 路径定义 351
11.1.3 路面附着和风力条件 354
11.2 PID驾驶员模型 354
11.3 混合驾驶员模型 355
11.3.1 车辆控制任务 356
11.3.2 作为控制器的驾驶人特性 358
11.3.3 信息处理 359
11.3.4 驾驶员全模型 361
11.3.5 人类信息获取模型 361
11.3.6 事件到达时间间隔和服务时间 364
11.3.7 参考值计算 366
11.3.8 纵向和侧向控制 369
A 附录 381
A.1 雅可比矩阵／非线性双轨模型 381
A.2 非线性双轨简化模型的能观性 384
A.2.1 第一步：泰勒展开式 384
A.2.2 第二步：在实际工况点附近进行线性化 385
A.2.3 能观性证明 386
A.3 广义预测控制器设计 388
A.3.1 预测模型 389
A.3.2 Diophantine方程的递推算法 390
A.3.3 控制律 391
A.3.4 控制器参数选择 391
A.4 驾驶员模型参数 392
A.5 基于最小二乘法的参数估计 393
A.5.1 最小二乘法的参数估计方法 393
A.5.2 基于递推最小二乘法的参数估计 394
A.5.3 协方差离散平方根滤波 395
B 符号对照表 397
B.1 数学定义 397
B.2 物理变量 398
B.3 英文缩写 411
B.4 单位 412
参考文献 413