第1章 发动机设计简介 1
1.1内燃机 1
1.1.1发动机组成部件和术语 1
1.1.2四冲程火花点火式（汽油）发动机 2
1.1.3配气相位图 4
1.2二冲程汽油机 4
1.2.1回流扫气 4
1.2.2曲轴箱盘形阀和簧片阀进气控制 4
1.2.3二冲程和四冲程汽油机比较 6
1.3四冲程压燃式（柴油）发动机 7
1.4二冲程柴油机 9
1.5汽油发动机和柴油发动机的比较 10
1.6发动机性能术语 11
1.6.1活塞排量或气缸工作容积 11
1.6.2平均有效压力 11
1.6.3发动机转矩 11
1.6.4发动机功率 11
1.6.5发动机排量 12
1.7压缩比 12
第2章 发动机测试 14
2.1引言 14
2.2转矩测量用耳轴式（托架式）测功机 14
2.3使用串联轴或转矩测量凸缘测量转矩 15
2.4转矩测量的误差校正和估算 16
2.5加速和减速条件下的转矩测量 17
2.6转速测量 18
2.7测功机选择概述 18
2.8测功机分类 18
2.8.1串联混合测功机 21
2.8.2一、二或四象限测功机 21
2.9发动机与测功机性能的匹配 22
2.10发动机的起动 23
2.10.1发动机的起动（无起动机） 23
2.10.2发动机的起动（有起动机） 23
2.10.3非电起动系统 23
2.11测功机的选择 24
2.12选用测功机应考虑的其他问题 24
2.13发动机与测功机的连接 25
2.13.1引言 25
2.13.2连接问题的实质 25
2.13.3辅助阅读材料 25
2.13.4扭转振动与临界转速 25
2.13.5连接轴的设计 28
2.13.6应力集中、键槽和无键毂连接 29
2.13.7轴的振颤 29
2.13.8联轴器 29
2.13.9挠性联轴器的减振作用 30
2.13.10传动轴设计举例 31
2.13.11发动机与测功机连接：设计程序概述 34
2.13.12飞轮 34
2.13.13符号与单位 35
参考文献 35
其他阅读材料 35
第3章 发动机排放控制 36
3.1早期的排放控制措施 36
3.2美国联邦测试循环的演变 37
3.3催化转化 38
3.4二元催化转化 38
3.5催化转化器 39
3.6催化剂载体 39
3.7用于整体式催化转化器的金属基体 40
3.8福特用来预热催化剂的废气点火系统 41
3.9三元催化转化器 41
3.10电控系统 41
3.11热空气进气系统 41
3.12蒸发排放物 42
3.13曲轴箱排放物的控制 43
3.14空气喷射和补气阀 43
3.15 空气控制阀 43
3.16一些结构更复杂的阀的布置情况 44
3.17蒸气回收与炭罐清污系统 45
3.18柴油机排放 47
3.19降低排放：相互矛盾的要求 47
3.20氮氧化物（NO.） 47
3.21未燃碳氢化合物 49
3.22一氧化碳 50
3.23颗粒物 50
3.24颗粒物捕集器 50
3.25燃油质量对柴油机废气排放的影响 51
3.26黑烟 51
3.27白烟 52
第4章 发动机数字控制系统 53
4.1简介 53
4.2发动机数字控制 53
4.3发动机数字控制特征 53
4.4燃油控制模式 54
4.4.1起动 56
4.4.2暖机 56
4.4.3开环控制 56
4.4.4闭环控制 57
4.4.5加速加浓 58
4.4.6减速减稀 59
4.4.7怠速控制 59
4.5废气再循环控制 60
4.6可变配气正时控制 60
4.7电子点火控制 61
4.7.1点火正时的闭环控制 62
4.7.2 SA修正方案 64
4.8发动机集中控制系统 65
4.8.1二次空气喷射控制 65
4.8.2炭罐清污控制 65
4.8.3系统自动调节 66
4.8.4系统诊断 66
4.9控制模式小结 66
4.9.1起动 66
4.9.2暖机 66
4.9.3开环控制 66
4.9.4闭环控制 66
4.9.5急加速 67
4.9.6减速和怠速 67
4.10发动机电子控制系统的改进 67
4.10.1发动机集中控制系统 67
4.10.2 EGO传感器的改进 67
4.10.3喷油正时 67
4.10.4自动变速器控制 68
4.10.5液力变矩器锁止控制 68
4.10.6牵引控制 68
4.10.7 RV动力传动系控制 69
第5章 变速器 72
5.1绪论 72
5.2汽车对变速器的要求 72
5.2.1汽车布置 72
5.2.2汽车起步 73
5.2.3车辆要求——动力传动系功能 73
5.2.4改变传动比——变速器和汽车的匹配 74
5.3手动变速器 77
5.3.1前轮驱动汽车变速器（乘用车） 77
5.3.2后轮驱动汽车变速器（乘用车和商用车） 78
5.3.3换档和同步器 78
5.3.4各档传动比——如何实现 80
5.3.5离合器 81
5.3.6自动控制手动变速器 81
5.4自动变速器 82
5.4.1 Jatco JF506E高级变速器 82
5.4.2流体动力变矩器 83
5.4.3行星齿轮机构——自动变速器的关键部件 85
5.4.4 JF 506E自动变速器工作原理 86
5.4.5换档策略 87
5.4.6自动变速器控制器（ATCU） 88
5.5连续可变无级变速器（CVT） 89
5.5.1无级变速器（CVT）的理论基础 89
5.5.2液力变速器 90
5.5.3带式无级变速原理 90
5.5.4带式无级变速器 91
5.5.5牵引式环面无级变速原理 92
5.5.6牵引式环面无级变速器 93
5.6变速器应用问题 94
5.6.1工作环境 94
5.6.2效率 94
5.6.3其他变速器部件 95
参考书目 96
深入学习材料 96
其他有价值的参考资料 96
第6章 电动汽车 97
6.1引言 97
6.2蓄电池 97
6.2.1先进铅蓄电池 97
6.2.2钠一硫蓄电池 97
6.2.3镍一金属氢化物蓄电池 98
6.2.4氯化钠/镍蓄电池 100
6.2.5太阳能电池 101
6.2.6锂电池 102
6.2.7超级电容器 102
6.2.8飞轮储能 102
6.3蓄电池汽车改装技术 104
6.3.1改装案例研究 104
6.3.2电动机控制方案的选择 104
6.4电动汽车发展历史 107
6.5当代电动汽车技术 108
6.5.1本田“EV” 109
6.5.2通用汽车公司的“EVi” 109
6.5.3交流驱动 110
6.5.4福特e-Ka：锂电池电源 112
6.6电动厢式车和货车设计 112
6.6.1厢式货车向车队汽车的改装 112
6.6.2福特EXT 112
6.6.3英国EVA对CVS的建议 113
6.6.4晶闸管控制 115
6.6.5福特Ecostar 115
6.6.6 Bradshaw Envirovan环保厢式车 117
6.7燃料电池电动汽车 118
6.7.1通用公司的Zafira项目 118
6.7.2福特P2000 118
6.7.3液态氢或燃料重整 118
6.7.4戴姆勒-克莱斯勒的燃料电池样车 118
参考文献 121
其他阅读资料 121
第7章 混合动力汽车 122
7.1引言 122
7.2混合动力的前景 122
7.2.1图谱控制驱动管理 122
7.2.2开发混合动力车的合理性 123
7.2.3混合型混合动力驱动的配置 125
7.3混合动力技术案例研究 125
7.3.1小型汽车的混合动力解决方案 125
7.3.2更好的混合动力组合解决方案 125
7.3.3转子发动机与永磁电动机的动力组合及原理概述 125
7.3.4汪克尔转子发动机 127
7.3.5混合动力小客车 127
7.3.6出租车混合驱动 128
7.3.7复合式混合动力系统 130
7.3.8混合驱动加装飞轮 130
7.4量产混合动力汽车 132
7.4.1丰田普锐斯系统 133
7.4.2量产混合动力汽车的新成员 135
7.5混合动力客运车和商用车 138
7.5.1混合动力公共汽车 138
7.5.2压缩天然气一电动混合动力车 138
7.5.3先进的混合动力客车 141
7.5.4先进的混合动力货车 142
参考文献 143
第8章 悬架类型和驱动型式 144
8.1车辆悬架的一般特性 144
8.2独立车轮悬架——概述 147
8.2.1对悬架的要求 147
8.2.2双横臂式悬架 147
8.2.3麦弗逊式滑柱和滑柱式减振器 148
8.2.4后桥纵臂式悬架 150
8.2.5半纵臂式后悬架 150
8.2.6多连杆式悬架 151
8.3非独立悬架和半独立悬架 156
8.3.1非独立悬架 156
8.3.2半独立曲柄悬架 158
8.4前置发动机后轮驱动 159
8.4.1前置发动机后轮驱动设计优缺点 161
8.4.2非驱动前桥 161
8.4.3后驱动桥 162
8.5发动机后置和发动机中置的驱动型式 166
8.6前轮驱动 167
8.6.1结构类型 167
8.6.2前轮驱动优缺点 168
8.6.3前驱动桥 170
8.6.4非驱动后桥 172
8.7四轮驱动 177
8.7.1全时四轮驱动优缺点 177
8.7.2带超速档的四轮驱动车辆 179
8.7.3商用和全地形车辆的手动可分离式四轮驱动 180
8.7.4全时四轮驱动，四轮驱动乘用车基本型 181
8.7.5全时四轮驱动，基本型为标准设计乘用车 184
8.7.6各种四轮驱动总结 186
第9章 转向系统 189
9.1转向系统概述 189
9.1.1转向系统的要求 189
9.1.2独立悬架上的转向系统 190
9.1.3非独立悬架上的转向系统 190
9.2齿轮齿条式转向器 192
9.2.1优点和缺点 192
9.2.2结构型式 192
9.2.3转向横拉杆铰接在转向器的齿条侧端 192
9.2.4转向横拉杆中部取下的机械转向器 194
9.3循环球式转向器 195
9.3.1优点和缺点 195
9.3.2结构型式 195
9.4助力转向系统 196
9.4.1液压助力转向系统 196
9.4.2电动液压式助力转向系统 197
9.4.3电动助力转向系统 198
9.5转向管柱 200
9.6转向减振器 204
9.7转向运动学 204
9.7.1转向器的类型和位置影响 204
9.7.2转向连杆配置 205
9.7.3转向横拉杆的长度和位置 205
第10章 轮胎 212
10.1对轮胎的要求 212
10.1.1可互换性 212
10.1.2对轿车轮胎的要求 212
10.1.3对商用车轮胎的要求 213
10.2轮胎设计 213
10.2.1斜交轮胎 213
10.2.2子午线轮胎 213
10.2.3无内胎轮胎和有内胎轮胎 215
10.2.4高宽比 215
10.2.5轮胎规格和标志 216
10.2.6轮胎承载能力和充气压力 219
10.2.7胎侧标志 223
10.2.8滚动周长和行驶速度 223
10.2.9轮胎对车速表的影响 223
10.2.10轮胎花纹 224
10.3车轮 226
10.3.1概念 226
10.3.2轿车、轻型商用车及其挂车的轮辋 226
10.3.3轿车、轻型商用车及其挂车的车轮 227
10.3.4车轮安装 228
10.4轮胎弹性 228
10.5轮胎不均匀度 229
10.6滚动阻力 231
10.6.1直线行驶时的滚动阻力 231
10.6.2转弯时的滚动阻力 232
10.6.3其他影响因素 232
10.7纵向附着摩擦与滑动摩擦 232
10.7.1滑动率 232
10.7.2摩擦系数 233
10.7.3路面影响 233
10.8侧向力和摩擦系数 234
10.8.1侧向力、侧偏角和摩擦系数 234
10.8.2车辆的自转向特性 234
10.8.3摩擦系数和滑动率 236
10.8.4干燥路面上的侧偏特性 236
10.8.5影响因素 236
10.9合成附着系数 239
10.10轮胎回正力矩和轮胎拖距 240
10.10.1轮胎回正力矩概述 240
10.10.2轮胎拖距 240
10.10.3前轮上的影响因素 240
10.11轮胎倾覆力矩和力作用点偏移 242
10.12转矩转向 242
10.12.1由于法向力变化产生的转矩转向 242
10.12.2轮胎回正力矩引起的转矩转向 243
10.12.3运动学和弹性动力学影响 244
第11章 操纵性 245
11.1引言 245
11.2轮胎和车桥特性 245
11.2.1轮胎特性的介绍 245
11.2.2有效车桥侧偏特性 247
11.3车辆操纵稳定性 250
11.3.1汽车运动平面的微分方程 251
11.3.2两自由度模型的线性分析 253
11.3.3非线性稳态转向解 259
11.3.4制动或驱动时的车辆 263
11.3.5力矩方法 265
11.3.6汽车一挂车组合 266
11.3.7在较复杂轮胎侧偏条件下的车辆动力学 268
第12章 制动系统 269
12.1概述 269
12.1.1制动系统的功能和使用条件 269
12.1.2制动系统设计方法 269
12.1.3制动系统部件和结构 270
12.2法规 270
12.3制动基础知识 272
12.3.1汽车制动运动学 272
12.3.2汽车制动动力学 274
12.3.3轮胎与路面之间的摩擦力 274
12.4制动力比例关系与附着力利用率 275
12.4.1静力学分析 275
12.4.2使用恒定制动比进行制动 276
12.4.3制动效率 277
12.4.4附着力利用率 279
12.4.5车轮抱死 279
12.4.6车桥抱死对汽车稳定性的影响 279
12.4.7汽车车身在制动时的俯仰运动 281
12.4.8可变制动比的制动 282
12.5材料特性 285
12.5.1对制动系统的材料要求 285
12.5.2铸铁制动盘金相分析 285
12.5.3制动盘替代材料 286
12.5.4制动盘材料/设计评价 286
12.6先进的制动技术 288
12.6.1驾驶人行为分析模型 288
12.6.2线传制动 288
12.6.3防抱死制动系统 288
12.6.4牵引力控制系统 288
参考书目和深入学习材料 288
第13章 车辆控制系统 290
13.1引言 290
13.2典型巡航控制系统 290
13.2.1速度响应曲线 291
13.2.2数字巡航控制 293
13.2.3节气门执行器 293
13.3巡航控制电子技术 295
13.3.1基于步进电动机的执行器 295
13.3.2真空操纵的执行器 296
13.3.3高级巡航控制 298
13.4防抱死制动系统 298
13.5电子悬架系统 302
13.5.1通过可变滑柱液体粘度改变阻尼 303
13.5.2可变弹簧刚度 303
13.5.3电子悬架控制系统 304
13.6电子转向控制 305
第14章 智能交通系统 307
14.1全球定位技术 307
14.1.1 GPS历史 307
14.1.2 NAVSTAR GPS系统 307
14.1.3卫星定位基础 309
14.1.4 GPS接收器技术 313
14.1.5 GPS应用技术 316
14.1.6结论 318
参考文献（1） 318
14.2决策架构 318
14.2.1引言 318
14.2.2机器人控制架构及自主运动 319
14.2.3用于自动汽车的Sharp控制决策架构 325
14.2.4试验结果 330
14.2.5车辆运动规划 332
参考文献（2） 342
第15章 汽车建模 346
15.1引言 346
15.2车身 347
15.3测量输出 348
15.4悬架系统表示 349
15.4.1概述 349
15.4.2集中质量模型 349
15.4.3等效侧倾刚度模型 350
15.4.4摆臂模型 350
15.4.5杆系模型 350
15.4.6概念悬架方法 350
15.5弹簧和减振器建模 354
15.5.1简单模型的处理 354
15.5.2钢板弹簧建模 355
15.6防侧倾杆 355
15.7确定等效侧倾刚度模型中的侧倾刚度 357
15.8空气动力学效应 359
15.9车辆制动建模 360
15.10牵引建模 364
15.11其他传动部件 365
15.12转向系统 367
15.12.1转向系统机构建模 367
15.12.2转向比 368
15.12.3车辆机动操作的转向输入 369
15.13驾驶人行为 370
15.13.1转向控制器 371
15.13.2路径跟踪控制器模型 373
15.13.3车身侧偏角控制 375
15.13.4双回路驾驶人模型 377
15.14案例研究7——整车操纵模型比较 377
15.15总结 385
第16章 结构设计 386
16.1车辆结构类型术语和概述 386
16.1.1刚度和强度的基本要求 386
16.1.2车辆结构类型历史和概述 386
16.2标准轿车——基本负荷路径 397
16.2.1引言 397
16.2.2标准轿车的弯曲负荷工况 398
16.2.3标准轿车的扭转负荷 401
16.2.4侧向负荷情况 410
16.2.5制动（纵向）负荷 413
16.2.6总结和讨论 415
第17章 车辆安全性 418
17.1碰撞试验 418
17.2乘员保护 421
17.3乘员安全试验 422
17.4保护行人免受严重伤害 423
17.5主动安全 424
17.6结构安全和安全气囊 424
17.7乘员室的完整性 426
17.8小型车的问题 427
17.9侧面碰撞 427
17.10智能安全气囊 427
17.11座椅安全带 428
17.12主动安全的改进措施 429
17.13轮胎、悬架和转向 429
17.14一般电子控制系统 429
17.15电动助力转向 429
17.16制动器 430
17.17自动制动和牵引力控制 430
17.18新近出现的先进系统 430
17.19悬架控制 430
17.20人机工程与安全性 431
17.21座椅 431
17.22踏板的控制 432
第18章 材料 433
18.1车身结构设计与材料选用 433
18.1.1引言 433
18.1.2历史视角和不断演变的材料工艺学 433
18.1.3有限元分析 438
18.1.4宝马采用的现代设计方法 441
18.1.5板件耐冲击性与刚度试验 445
18.1.6疲劳 447
18.1.7其他车身结构 448
18.1.8材料与设计的融合 455
18.1.9塑料与复合材料部件的工程要求 460
18.1.10成本分析 460
18.1.11要点总结（1） 462
参考文献（1） 462
18.2车身结构材料的考虑因素与使用 463
18.2.1引言 463
18.2.2可选材料与选择依据 466
18.2.3铝 477
18.2.4镁 479
18.2.5聚合物与复合材料 480
18.2.6要点总结（2） 482
参考文献（2） 483
第19章 空气动力学 484
19.1概述 484
19.2空气动力 484
19.3气动阻力 484
19.4降低气动阻力 485
19.5稳定性和横向风 487
19.6噪声 488
19.7发动机室的通风 488
19.8乘员室的通风 489
19.9风洞测试 489
19.10计算流体动力学 489
参考书目 490
深入学习材料 490
第20章 声振精细化 491
20.1引言和定义 491
20.2本章覆盖的范围 491
20.3汽车声振精细化的目的 492
20.4在汽车制造领域中如何实现声振精细化 492
20.5汽车声振精细化历史：一个典型汽车品牌20年的历程 493
20.6声振精细化目标 494
20.6.1整车外部噪声指标 495
20.6.2单个零部件外部噪声指标 495
20.6.3整车内部噪声指标 496
20.6.4乘坐品质指标（包括振动感受指标） 497
参考文献 497
第21章 内部噪声 499
21.1噪声的主观和客观评价方法 499
21.1.1背景知识 499
21.1.2空气噪声和结构噪声之间的平衡 500
21.1.3有关车辆内部噪声的测量 500
21.1.4内部噪声的主观评价 500
21.2噪声路径分析 501
21.2.1背景知识 501
21.2.2噪声路径分析的相干方法 502
21.2.3噪声路径分析的标准方法 503
21.2.4噪声路径分析的非侵入方法 504
21.3测量内燃机和其他汽车噪声源的声功率 505
21.3.1近声场和远声场 505
21.3.2测量声功率的各种方法 505
21.3.3在自由声场中采用声压技术测量声功率 505
21.3.4扩散声场中声功率的测量 506
21.3.5半混响远声场中声功率的测量 506
21.3.6近声场中声功率测量 507
21.3.7用表面振速测量确定声功率 508
21.3.8用声强仪确定声功率 508
21.3.9不同环境下测量声功率的标准方法 509
21.4发动机噪声 509
21.4.1发动机噪声介绍 509
21.4.2燃烧噪声 510
21.4.3机械噪声 511
21.4.4发动机转速和负载对噪声的影响 511
21.4.5测量发动机噪声 511
21.4.6发动机噪声分级 511
21.4.7发动机噪声控制 512
21.5道路噪声 512
21.5.1道路噪声简介 512
21.5.2内部道路噪声 512
21.5.3分析道路结构噪声 512
21.5.4控制内部道路噪声 513
21.6气动（风）噪声 513
21.7制动噪声 513
21.8“吱吱”、“咯咯”、“嘶嘶”声 514
21.9通过多孔材料的吸声来控制噪声 514
21.9.1实用方法 514
21.9.2多孔材料吸声的物理过程 516
21.9.3流动阻抗 516
21.9.4多孔性 517
21.9.5结构因子 517
21.9.6改进的一维线性平面波动方程 517
21.10通过面板的声传递最小化来控制噪声 518
21.10.1方法介绍 518
21.10.2隔声罩声学性能测量 518
21.10.3解读由隔声罩和面板制造商提供的声学特性数据 519
21.10.4声学密封条的重要性及侧向传声的控制 520
21.10.5穿过面板的声传递 521
21.10.6大隔声罩内外的声音 524
21.10.7贴近安装的隔声罩内部和外部噪声 525
附录21.A有关系统的一些背景信息 525
附录21.B卷积 526
附录21.C协方差函数、相关和相干 527
附录21.D频率响应函数 529
附录21.E带有终端阻抗的管中的平面波 529
附录21.F线性质量守恒方程的求导本附录内部引自Fahy和Walker（1998） 530
附录21.c非线性（和线性）无粘性流体运动欧拉方程式的求导 531
参考文献 531
第22章 外部噪声 534
22.1汽车噪声认证 534
22.1.1认证背景 534
22.1.2 EC噪声认证 534
22.1.3车辙和大气的影响 535
22.1.4 EC内噪声认证的未来发展 536
22.1.5美国和其他非欧盟国家的噪声认证 536
22.1.6满足认证噪声限制的结果 536
22.2噪声源分级 537
22.3进气系统和排气系统：性能和噪声影响 538
22.3.1介绍 538
22.3.2进气噪声——目标 539
22.3.3有关进气系统设计的问题 539
22.3.4进气系统 539
22.3.5进气系统设计者 539
22.3.6进气系统研发周期 539
22.3.7主要进气系统部件 539
22.3.8进气口位置 539
22.3.9进气管和滤清器壳尺寸 540
22.3.10为改进发动机性能而进行的进气和排气系统设计 540
22.3.11进气及排气噪声源 548
22.3.12流动管路声学 551
22.3.13进气噪声控制：案例研究 556
22.3.14排气噪声控制 559
22.4轮胎噪声 561
22.4.1轮胎空气噪声源 562
22.4.2路面对轮胎空气噪声的影响 562
22.4.3测量轮胎空气噪声 563
22.4.4通过设计控制轮胎空气噪声 563
附录22.A气门和气门口几何形状 563
参考文献 563
第23章 汽车仪表及远程信息处理 567
23.1现代汽车仪表 567
23.2输入输出信号转换 568
23.3采样 570
23.4燃油量测量 571
23.5冷却液温度测量 572
23.6机油压力测量 572
23.7车速测量 573
23.8显示设备 573
23.9 LED 574
23.10 LCD 574
23.11 VFD 575
23.12 CRT 576
23.12.1扫描电路 577
23.12.2 CAN总线 580
23.13玻璃驾驶舱 580
23.14行程信息计算机 580
23.15 远程信息处理 581
23.16汽车诊断 581
附录 常用法定计量单位及其换算 582