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汽车发动机与传动系统建模及控制
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资料介绍
汽车发动机与传动系统建模及控制
作者：（瑞典）拉尔斯 埃里克松（LarsEriksson），（瑞典）拉尔斯 尼尔森（LarsNiels
出版时间：2018年版
内容简介
本书介绍了一套完整新颖的发动机及传动系统建模与控制方法。主要包括车辆-驱动的基本原理、发动机的工作原理、发动机的建模和控制、传动系统的建模和控制、诊断和可靠性。书末附有热力学数据和传热公式。 与传统的从力学及流体力学的角度阐述建模问题的汽车系统动力学书籍不同，本书是从车辆系统和控制系统开发的角度说明问题，具有更强的应用价值和可借鉴性。书中采用大量的数据、图表以及实例进行说明，将理论应用于工程实践，并贴近实际的工程应用。书中所介绍的汽车部件模型和控制方法都是经过工程检验并被广泛采用的。这是一本经过实际教学及科研实践验证的国外经典教材。 本书面向的读者较为广泛，包括汽车相关专业的高校教师、本科生、研究生；从事汽车设计、制造的工程师及技术人员。甚至从事电控技术研究的相关人员也可以将本书作为教材和参考资料。本书的引进翻译为我国大学车辆工程教学提供了一本优秀的教材，为技术人员提供了实用的专业书籍，能够促进我国汽车产业的发展。
目录
第1部分 车辆-驱动的基本原理
1 引言 2
1.1 发展趋势 2
1.1.1 能源与环境 3
1.1.2 小型化 4
1.1.3 混动化 5
1.1.4 驾驶辅助系统和优化驾驶 5
1.1.5 工程中的挑战 6
1.2 汽车的动力系统 6
1.2.1 动力系统最优操纵控制 7
1.2.2 动力系统建模和模型的重要性 8
1.2.3 模型知识的可持续性 8
1.3 本书结构 9
2 车辆 11
2.1 车辆纵向动力学 11
2.2 行驶阻力 12
2.2.1 空气阻力 13
2.2.2 冷却系统阻力和可调进气格栅 13
2.2.3 车辆跟随时的空气阻力 14
2.2.4 滚动阻力及其物理意义 15
2.2.5 滚动阻力(建模) 16
2.2.6 轮胎滑动（打滑） 18
2.2.7 滚动阻力(含热模型) 18
2.2.8 重力 20
2.2.9 分量的相对大小 20
2.3 行驶阻力模型 21
2.3.1 传动控制系统模型 21
2.3.2 标准行驶阻力模型 22
2.3.3 工况分析建模 22
2.4 驾驶员行为和道路建模 23
2.4.1 简单的驾驶员模型 24
2.4.2 道路模型 24
2.5 工况仿真 25
2.6 汽车性能/特征 26
2.7 燃油经济性 27
2.7.1 能量密度 27
2.7.2 从油箱到车轮——桑基能量分流图 28
2.7.3 油井到车轮的比较 29
2.8 排放法规 29
3 动力系统 34
3.1 动力系统结构 34
3.1.1 废气能量回收 35
3.1.2 混合动力系统 36
3.1.3 电气化 36
3.2 车辆驱动控制 38
3.2.1 车辆驱动控制目标 38
3.2.2 实施框架 39
3.2.3 控制结构的要求 39
3.3 基于转矩的动力系统控制 40
3.3.1 转矩需求和转矩命令的传递 40
3.3.2 基于转矩的驱动控制——驾驶员意图 41
3.3.3 基于转矩的驱动控制——车辆需求（的限制） 42
3.3.4 基于转矩的驱动控制——传动系统管理 42
3.3.5 基于转矩驱动控制——传动系统-发动机集成控制 42
3.3.6 处理转矩请求——转矩储备和干预 43
3.4 混合动力系统 45
3.4.1 ICE（内燃机） 的处理方式 45
3.4.2 电机的处理方式 45
3.4.3 电池管理 45
3.5 展望和仿真 46
3.5.1 仿真结构 46
3.5.2 循环/行驶工况 46
3.5.3 正向仿真 47
3.5.4 准静态逆向仿真 47
3.5.5 工况跟随 47
3.5.6 逆向动态仿真 48
3.5.7 应用和要求 49
3.5.8 与方法关的同一模块 50
第2部分 发动机的工作原理
4 发动机简介 52
4.1 空气、燃料及空燃比 52
4.1.1 空气 53
4.1.2 燃料 53
4.1.3 化学计量学和空燃比（A/F） 54
4.2 发动机结构参数 55
4.3 发动机性能 56
4.3.1 功率、转矩和平均有效压力 56
4.3.2 效率和燃油消耗率 57
4.3.3 容积效率 58
4.4 小型化与涡轮增压 59
5 热力学与工作循环 62
5.1 四行程发动机的工作循环 62
5.2 热力学循环分析 65
5.2.1 发动机工作过程的理想模型 66
5.2.2 循环效率的推导 69
5.2.3 气体交换和泵气功 70
5.2.4 残余气体和理想循环的容积效率 72
5.3 理想循环效率 75
5.3.1 负荷、泵气功与效率 77
5.3.2 空燃比(A/F)与效率 78
5.3.3 理想与实际循环的差异 80
5.4 缸内燃烧过程建模 81
5.4.1 单区模型 81
5.4.2 放热与已燃质量分数分析 82
5.4.3 已燃质量分数的特征 85
5.4.4 单区模型其他组成部分 86
5.4.5 单区气缸压力模型 88
5.4.6 多区模型 89
5.4.7 零维模型的应用 91
6 燃烧和排放 92
6.1 混合气准备与燃烧 92
6.1.1 燃油喷射 92
6.1.2 SI和CI发动机工作过程对比 93
6.2 SI发动机的燃烧 94
6.2.1 SI发动机的循环变动 94
6.2.2 爆燃和自燃 95
6.2.3 自燃和辛烷值 96
6.3 CI发动机的燃烧 98
6.4 发动机排放 99
6.4.1 排放形成的总趋势 99
6.4.2 SI发动机污染物的形成 102
6.4.3 压燃式发动机排放物的形成 104
6.5 尾气处理 106
6.5.1 催化剂的效率、温度和起燃 107
6.5.2 SI发动机的后处理——TWC 108
6.5.3 CI发动机的尾气后处理技术 109
6.5.4 排放的减少与控制 111
第3部分 发动机的建模和控制
7 平均值发动机建模 114
7.1 发动机的传感器和执行器 115
7.1.1 传感器、系统和执行器的响应 115
7.1.2 发动机组件建模 117
7.2 节流组件模型 118
7.2.1 不可压缩流体 119
7.2.2 可压缩流体 121
7.3 节气门流量建模 123
7.4 进入气缸的质量流量 125
7.5 容积 128
7.6 示例——进气歧管模型 131
7.7 燃油路径和空燃比 133
7.7.1 燃油泵、燃油轨、进料喷射器 133
7.7.2 喷油器 134
7.7.3 燃料制备过程的动态应 135
7.7.4 气体传输与混合 137
7.7.5 空燃比（A/F） 传感器 138
7.7.6 燃油路径模型验证 141
7.7.7 催化器和后催化器传感器 141
作者：（瑞典）拉尔斯 埃里克松（LarsEriksson），（瑞典）拉尔斯 尼尔森（LarsNiels
出版时间：2018年版
内容简介
本书介绍了一套完整新颖的发动机及传动系统建模与控制方法。主要包括车辆-驱动的基本原理、发动机的工作原理、发动机的建模和控制、传动系统的建模和控制、诊断和可靠性。书末附有热力学数据和传热公式。 与传统的从力学及流体力学的角度阐述建模问题的汽车系统动力学书籍不同，本书是从车辆系统和控制系统开发的角度说明问题，具有更强的应用价值和可借鉴性。书中采用大量的数据、图表以及实例进行说明，将理论应用于工程实践，并贴近实际的工程应用。书中所介绍的汽车部件模型和控制方法都是经过工程检验并被广泛采用的。这是一本经过实际教学及科研实践验证的国外经典教材。 本书面向的读者较为广泛，包括汽车相关专业的高校教师、本科生、研究生；从事汽车设计、制造的工程师及技术人员。甚至从事电控技术研究的相关人员也可以将本书作为教材和参考资料。本书的引进翻译为我国大学车辆工程教学提供了一本优秀的教材，为技术人员提供了实用的专业书籍，能够促进我国汽车产业的发展。
目录
第1部分 车辆-驱动的基本原理
1 引言 2
1.1 发展趋势 2
1.1.1 能源与环境 3
1.1.2 小型化 4
1.1.3 混动化 5
1.1.4 驾驶辅助系统和优化驾驶 5
1.1.5 工程中的挑战 6
1.2 汽车的动力系统 6
1.2.1 动力系统最优操纵控制 7
1.2.2 动力系统建模和模型的重要性 8
1.2.3 模型知识的可持续性 8
1.3 本书结构 9
2 车辆 11
2.1 车辆纵向动力学 11
2.2 行驶阻力 12
2.2.1 空气阻力 13
2.2.2 冷却系统阻力和可调进气格栅 13
2.2.3 车辆跟随时的空气阻力 14
2.2.4 滚动阻力及其物理意义 15
2.2.5 滚动阻力(建模) 16
2.2.6 轮胎滑动（打滑） 18
2.2.7 滚动阻力(含热模型) 18
2.2.8 重力 20
2.2.9 分量的相对大小 20
2.3 行驶阻力模型 21
2.3.1 传动控制系统模型 21
2.3.2 标准行驶阻力模型 22
2.3.3 工况分析建模 22
2.4 驾驶员行为和道路建模 23
2.4.1 简单的驾驶员模型 24
2.4.2 道路模型 24
2.5 工况仿真 25
2.6 汽车性能/特征 26
2.7 燃油经济性 27
2.7.1 能量密度 27
2.7.2 从油箱到车轮——桑基能量分流图 28
2.7.3 油井到车轮的比较 29
2.8 排放法规 29
3 动力系统 34
3.1 动力系统结构 34
3.1.1 废气能量回收 35
3.1.2 混合动力系统 36
3.1.3 电气化 36
3.2 车辆驱动控制 38
3.2.1 车辆驱动控制目标 38
3.2.2 实施框架 39
3.2.3 控制结构的要求 39
3.3 基于转矩的动力系统控制 40
3.3.1 转矩需求和转矩命令的传递 40
3.3.2 基于转矩的驱动控制——驾驶员意图 41
3.3.3 基于转矩的驱动控制——车辆需求（的限制） 42
3.3.4 基于转矩的驱动控制——传动系统管理 42
3.3.5 基于转矩驱动控制——传动系统-发动机集成控制 42
3.3.6 处理转矩请求——转矩储备和干预 43
3.4 混合动力系统 45
3.4.1 ICE（内燃机） 的处理方式 45
3.4.2 电机的处理方式 45
3.4.3 电池管理 45
3.5 展望和仿真 46
3.5.1 仿真结构 46
3.5.2 循环/行驶工况 46
3.5.3 正向仿真 47
3.5.4 准静态逆向仿真 47
3.5.5 工况跟随 47
3.5.6 逆向动态仿真 48
3.5.7 应用和要求 49
3.5.8 与方法关的同一模块 50
第2部分 发动机的工作原理
4 发动机简介 52
4.1 空气、燃料及空燃比 52
4.1.1 空气 53
4.1.2 燃料 53
4.1.3 化学计量学和空燃比（A/F） 54
4.2 发动机结构参数 55
4.3 发动机性能 56
4.3.1 功率、转矩和平均有效压力 56
4.3.2 效率和燃油消耗率 57
4.3.3 容积效率 58
4.4 小型化与涡轮增压 59
5 热力学与工作循环 62
5.1 四行程发动机的工作循环 62
5.2 热力学循环分析 65
5.2.1 发动机工作过程的理想模型 66
5.2.2 循环效率的推导 69
5.2.3 气体交换和泵气功 70
5.2.4 残余气体和理想循环的容积效率 72
5.3 理想循环效率 75
5.3.1 负荷、泵气功与效率 77
5.3.2 空燃比(A/F)与效率 78
5.3.3 理想与实际循环的差异 80
5.4 缸内燃烧过程建模 81
5.4.1 单区模型 81
5.4.2 放热与已燃质量分数分析 82
5.4.3 已燃质量分数的特征 85
5.4.4 单区模型其他组成部分 86
5.4.5 单区气缸压力模型 88
5.4.6 多区模型 89
5.4.7 零维模型的应用 91
6 燃烧和排放 92
6.1 混合气准备与燃烧 92
6.1.1 燃油喷射 92
6.1.2 SI和CI发动机工作过程对比 93
6.2 SI发动机的燃烧 94
6.2.1 SI发动机的循环变动 94
6.2.2 爆燃和自燃 95
6.2.3 自燃和辛烷值 96
6.3 CI发动机的燃烧 98
6.4 发动机排放 99
6.4.1 排放形成的总趋势 99
6.4.2 SI发动机污染物的形成 102
6.4.3 压燃式发动机排放物的形成 104
6.5 尾气处理 106
6.5.1 催化剂的效率、温度和起燃 107
6.5.2 SI发动机的后处理——TWC 108
6.5.3 CI发动机的尾气后处理技术 109
6.5.4 排放的减少与控制 111
第3部分 发动机的建模和控制
7 平均值发动机建模 114
7.1 发动机的传感器和执行器 115
7.1.1 传感器、系统和执行器的响应 115
7.1.2 发动机组件建模 117
7.2 节流组件模型 118
7.2.1 不可压缩流体 119
7.2.2 可压缩流体 121
7.3 节气门流量建模 123
7.4 进入气缸的质量流量 125
7.5 容积 128
7.6 示例——进气歧管模型 131
7.7 燃油路径和空燃比 133
7.7.1 燃油泵、燃油轨、进料喷射器 133
7.7.2 喷油器 134
7.7.3 燃料制备过程的动态应 135
7.7.4 气体传输与混合 137
7.7.5 空燃比（A/F） 传感器 138
7.7.6 燃油路径模型验证 141
7.7.7 催化器和后催化器传感器 141
