汽車發(fā)動機與傳動系統(tǒng)建模及控制

第1部分 車輛-驅(qū)動的基本原理
　1　引言 2
　　1.1　發(fā)展趨勢 2
　　　1.1.1　能源與環(huán)境 3
　　　1.1.2　小型化 4
　　　1.1.3　混動化 5
　　　1.1.4　駕駛輔助系統(tǒng)和優(yōu)化駕駛 5
　　　1.1.5　工程中的挑戰(zhàn) 6
　　1.2　汽車的動力系統(tǒng) 6
　　　1.2.1　動力系統(tǒng)最優(yōu)操縱控制 7
　　　1.2.2　動力系統(tǒng)建模和模型的重要性 8
　　　1.2.3　模型知識的可持續(xù)性 8
　　1.3　本書結(jié)構(gòu) 9
　2　車輛 11
　　2.1　車輛縱向動力學(xué) 11
　　2.2　行駛阻力 12
　　　2.2.1　空氣阻力 13
　　　2.2.2　冷卻系統(tǒng)阻力和可調(diào)進氣格柵 13
　　　2.2.3　車輛跟隨時的空氣阻力 14
　　　2.2.4　滾動阻力及其物理意義 15
　　　2.2.5　滾動阻力(建模) 16
　　　2.2.6　輪胎滑動（打滑） 18
　　　2.2.7　滾動阻力(含熱模型) 18
　　　2.2.8　重力 20
　　　2.2.9　分量的相對大小 20
　　2.3　行駛阻力模型 21
　　　2.3.1　傳動控制系統(tǒng)模型 21
　　　2.3.2　標準行駛阻力模型 22
　　　2.3.3　工況分析建模 22
　　2.4　駕駛員行為和道路建模 23
　　　2.4.1　簡單的駕駛員模型 24
　　　2.4.2　道路模型 24
　　2.5　工況仿真 25
　　2.6　汽車性能/特征 26
　　2.7　燃油經(jīng)濟性 27
　　　2.7.1　能量密度 27
　　　2.7.2　從油箱到車輪——桑基能量分流圖 28
　　　2.7.3　油井到車輪的比較 29
　　2.8　排放法規(guī) 29
　3　動力系統(tǒng) 34
　　3.1　動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 34
　　　3.1.1　廢氣能量回收 35
　　　3.1.2　混合動力系統(tǒng) 36
　　　3.1.3　電氣化 36
　　3.2　車輛驅(qū)動控制 38
　　　3.2.1　車輛驅(qū)動控制目標 38
　　　3.2.2　實施框架 39
　　　3.2.3　控制結(jié)構(gòu)的要求 39
　　3.3　基于轉(zhuǎn)矩的動力系統(tǒng)控制 40
　　　3.3.1　轉(zhuǎn)矩需求和轉(zhuǎn)矩命令的傳遞 40
　3.3.2　基于轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動控制——駕駛員意圖 41
　　　3.3.3　基于轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動控制——車輛需求（的限制） 42
　　　3.3.4　基于轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動控制——傳動系統(tǒng)管理 42
　　　3.3.5　基于轉(zhuǎn)矩驅(qū)動控制——傳動系統(tǒng)-發(fā)動機集成控制 42
　　　3.3.6　處理轉(zhuǎn)矩請求——轉(zhuǎn)矩儲備和干預(yù) 43
　　3.4　混合動力系統(tǒng) 45
　　　3.4.1　ICE（內(nèi)燃機） 的處理方式 45
　　　3.4.2　電機的處理方式 45
　　　3.4.3　電池管理 45
　　3.5　展望和仿真 46
　　　3.5.1　仿真結(jié)構(gòu) 46
　　　3.5.2　循環(huán)/行駛工況 46
　　　3.5.3　正向仿真 47
　　　3.5.4　準靜態(tài)逆向仿真 47
　　　3.5.5　工況跟隨 47
　　　3.5.6　逆向動態(tài)仿真 48
　　　3.5.7　應(yīng)用和要求 49
　　　3.5.8　與方法關(guān)的同一模塊 50
第2部分 發(fā)動機的工作原理
　4　發(fā)動機簡介 52
　　4.1　空氣、燃料及空燃比 52
　　　4.1.1　空氣 53
　　　4.1.2　燃料 53
　　　4.1.3　化學(xué)計量學(xué)和空燃比（A/F） 54
　　4.2　發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù) 55
　　4.3　發(fā)動機性能 56
　　　4.3.1　功率、轉(zhuǎn)矩和平均有效壓力 56
　　　4.3.2　效率和燃油消耗率 57
　　　4.3.3　容積效率 58
　　4.4　小型化與渦輪增壓 59
　5　熱力學(xué)與工作循環(huán) 62
　　5.1　四行程發(fā)動機的工作循環(huán) 62
　　5.2　熱力學(xué)循環(huán)分析 65
　　　5.2.1　發(fā)動機工作過程的理想模型 66
　　　5.2.2　循環(huán)效率的推導(dǎo) 69
　　　5.2.3　氣體交換和泵氣功 70
　　　5.2.4　殘余氣體和理想循環(huán)的容積效率 72
　　5.3　理想循環(huán)效率 75
　　　5.3.1　負荷、泵氣功與效率 77
　　　5.3.2　空燃比(A/F)與效率 78
　　　5.3.3　理想與實際循環(huán)的差異 80
　　5.4　缸內(nèi)燃燒過程建模 81
　　　5.4.1　單區(qū)模型 81
　　　5.4.2　放熱與已燃質(zhì)量分數(shù)分析 82
　　　5.4.3　已燃質(zhì)量分數(shù)的特征 85
　　　5.4.4　單區(qū)模型其他組成部分 86
　　　5.4.5　單區(qū)氣缸壓力模型 88
　　　5.4.6　多區(qū)模型 89
　　　5.4.7　零維模型的應(yīng)用 91
　6　燃燒和排放 92
　　6.1　混合氣準備與燃燒 92
　　　6.1.1　燃油噴射 92
　　　6.1.2　SI和CI發(fā)動機工作過程對比 93
　　6.2　SI發(fā)動機的燃燒 94
　　　6.2.1　SI發(fā)動機的循環(huán)變動 94
　6.2.2　爆燃和自燃 95
　　　6.2.3　自燃和辛烷值 96
　　6.3　CI發(fā)動機的燃燒 98
　　6.4　發(fā)動機排放 99
　　　6.4.1　排放形成的總趨勢 99
　　　6.4.2　SI發(fā)動機污染物的形成 102
　　　6.4.3　壓燃式發(fā)動機排放物的形成 104
　　6.5　尾氣處理 106
　　　6.5.1　催化劑的效率、溫度和起燃 107
　　　6.5.2　SI發(fā)動機的后處理——TWC 108
　　　6.5.3　CI發(fā)動機的尾氣后處理技術(shù) 109
　　　6.5.4　排放的減少與控制 111
第3部分 發(fā)動機的建模和控制
　7　平均值發(fā)動機建模 114
　　7.1　發(fā)動機的傳感器和執(zhí)行器 115
　　　7.1.1　傳感器、系統(tǒng)和執(zhí)行器的響應(yīng) 115
　　　7.1.2　發(fā)動機組件建模 117
　　7.2　節(jié)流組件模型 118
　　　7.2.1　不可壓縮流體 119
　　　7.2.2　可壓縮流體 121
　　7.3　節(jié)氣門流量建模 123
　　7.4　進入氣缸的質(zhì)量流量 125
　　7.5　容積 128
　　7.6　示例——進氣歧管模型 131
　　7.7　燃油路徑和空燃比 133
　　　7.7.1　燃油泵、燃油軌、進料噴射器 133
　　　7.7.2　噴油器 134
　　　7.7.3　燃料制備過程的動態(tài)應(yīng) 135
　　　7.7.4　氣體傳輸與混合 137
　　　7.7.5　空燃比（A/F） 傳感器 138
　　　7.7.6　燃油路徑模型驗證 141
　　　7.7.7　催化器和后催化器傳感器 141