本书论述了传统的内燃机汽车（ICE）、电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池车（FCV）的基本原理、理论和设计。基于数学方程，对各种传统的和现代的车辆，全面地描述了它们的性能、配置、控制策略、设计方法、模-和仿真。同时还论及车辆系统的分析，即基于内燃机的驱动系，电动汽车设计，混合动力电动汽车构造，电驱动系统，串联式、并联式和轻度混合动力电驱动系的设计方法，能量存储系统，再生制动，燃料电池及其在车辆中的应用，以及燃料电池混合动力电驱动系设计。其中，强调了整体的驱动系的系统，而不仅限于其特殊部件的分析。书中通过逐步展开数学方程描述了设计方法，而且在阐述各种驱动系的设计方法时，均有仿真结果所对应的设计实例。本书不仅对从事电动车辆研发的工程学术界，以及研究生和高年级大学生们，而且对与汽车相关的制造工业、管理机构和学术界的工程师、学生、研究工作者和其他专业人员，在关于现代汽车体系方面，是一本内容广泛、综合的参考书。

前言

作者简介

第1章环境影响与现代交通运输的历史1

11大气污染1

111氧化氮化合物1

112一氧化碳2

113未完全燃烧的碳氢化合物2

114其他的污染物质2

12全球变暖3

13石油资源5

14引发的代价7

15应对将来石油供应的各种交通运输发展策略的重要性8

16电动汽车的历史11

17混合动力电动汽车的历史13

18燃料电池车的历史15

参考文献16

第2章车辆驱动和制动的基本原理18

21车辆运动的一般描述18

22车辆的阻力19

221滚动阻力19

222空气阻力21

223爬坡阻力23

23动力学方程23

24轮胎与地面间的附着力和最大牵引力25

25动力系的牵引力和车速27

26车辆动力装置和传动装置特性29

261动力装置特性29

262传动装置特性31

2621手动齿轮传动装置31

2622流体动力传动装置33

2623连续变速传动装置37

现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车目录ⅩⅢ27车辆性能37

271最高车速38

272爬坡能力39

273加速性能39

28运行的燃油经济性41

281内燃机的燃油经济性42

282车辆燃油经济性的计算42

283改进车辆燃油经济性的基本技术45

29制动性能46

291制动力46

292前后轮轴上的制动力分布48

293制动规程和制动性能分析52

2931制动规程52

2932制动性能分析54

参考文献56

第3章内燃机57

31四冲程火花点火内燃机57

311工作原理57

312运行参数59

3121发动机额定值59

3122每一循环的指示功和平均有效压力59

3123机械效率61

3124比油耗和效率61

3125排放率62

3126燃油/空气和空气/燃油之比值63

3127容积效率63

313运行与性能参数之间的关系64

314发动机运行特性64

3141发动机性能参数64

3142指示功率和有效功率与转矩65

3143油耗特性66

315影响火花点火发动机性能、效率和排放特性的设计和运行变量68

3151压缩比68

3152点火定时68

3153燃油/空气的当量比70

316排放控制71

317改善发动机性能、效率和排放的基本技术72

3171强制进气72

3172汽油直接喷射和稀燃发动机73

3173多气门和可变气门定时73

3174无节流转矩控制73

3175可变压缩比73

3176废气再循环73

3177智能点火74

3178新发动机材料74

32四冲程压燃式内燃机74

33二冲程发动机75

34汪格尔转子式发动机79

35斯特林发动机81

36燃气轮机发动机85

37拟等温布雷托循环发动机87

参考文献88

第4章电动汽车89

41电动汽车的结构89

42电动汽车的性能92

421牵引电动机的特性92

422牵引力和传动装置要求93

423车辆性能95

43正常行驶工况下的牵引力98

44能量消耗102

参考文献104

第5章混合动力电动汽车105

51混合动力电驱动系的概念105

52混合动力电驱动系的构造108

521串联式混合动力电驱动系（电耦合）109

522并联式混合动力电驱动系（机械耦合）111

5221转矩耦合的并联式混合动力电驱动系112

52211转矩耦合配置112

52212转矩耦合的电驱动系结构113

5222转速耦合的并联式混合动力电驱动系118

52221转速耦合配置118

52222转速耦合的电驱动系结构120

5223转矩耦合与转速耦合的并联式混合动力电驱动系122

52231可供选择的耦合模式122

52232两种耦合模式的配置124

参考文献127

第6章电驱动系统128

61直流电动机驱动130

611工作原理及其性能131

612组合的电枢电压与励磁控制134

613直流电动机的斩波控制134

614斩波馈电直流电动机的多象限控制138

6141正转和正转再生制动的两象限控制138

61411含换向开关的单个斩波器138

61412C型两象限斩波器139

6142四象限运行141

62异步电动机驱动141

621异步电动机的基本工作原理142

622稳态性能144

623恒压频比控制146

624电力电子控制148

625磁场定向控制150

6251磁场定向原理150

6252控制156

6253直接转子磁通定向法158

6254间接转子磁通定向法161

626应用于磁场定向控制的电压源逆变器162

6261电压源逆变器中的电压控制164

6262电压源逆变器中的电流控制167

63永磁无刷直流电动机驱动169

631永磁无刷直流电动机驱动的基本原理171

632永磁无刷直流电动机的结构和分类171

633永磁体材料性能174

6331铝镍钴174

6332铁氧体175

6333稀土永磁体175

634永磁无刷直流电动机的性能分析和控制175

6341性能分析176

6342永磁无刷直流电动机驱动的控制177

635扩展转速技术178

636无检测器技术179

6361应用检测量和数学的方法179

6362使用观测器的方法180

6363使用反电动势感测的方法180

6364独特的无检测器技术181

目录ⅩⅤ64开关磁阻电动机驱动182

641基本磁结构183

642转矩生成186

643开关磁阻电动机驱动变换器187

644运行模式190

645发电运行（再生制动）模式191

646无检测器控制193

6461基于相磁链的方法194

6462基于相电感的方法194

64621基于相电感的无检测器控制195

64622基于相增量电感的无检测器控制195

6463调制信号注入法196

64631频率调制方法196

64632幅度调制和相位调制方法196

64633基于诊断脉冲的方法197

6464基于互感电压的方法197

6465基于观测器的方法197

647开关磁阻电动机驱动的自校正技术198

6471应用算术方法的自校正198

64711具有平衡电感模式的最优化199

64712参数变化下的最优化199

6472应用人工神经网络的自校正200

648开关磁阻电动机的振动与噪声201

649开关磁阻电动机设计203

6491定、转子极数203

6492定子外径204

6493转子外径204

6494气隙205

6495定子极弧205

6496定子铁心底座205

6497性能预测205

参考文献206

第7章串联式（电耦合）混合动力电驱动系的设计原理212

71运行模式213

72控制策略214

721峰值电源最大荷电状态的控制策略214

722发动机开/关或恒温控制策略216

73串联式（电耦合）混合动力电驱动系的设计原理217

731电耦合装置217

732牵引电动机额定功率值的设计222

733发动机/发电机额定功率值的设计224

734峰值电源设计227

7341峰值电源的功率容量227

7342峰值电源的能量容量227

74设计实例228

741牵引电动机量值的设计229

742齿轮传动比的设计229

743加速性能的检验229

744爬坡能力的检验230

745发动机/发电机量值的设计230

746峰值电源功率容量的设计233

747峰值电源能量容量的设计233

748耗油量234

参考文献235

第8章并联式（机械耦合）混合动力电驱动系的设计236

81电驱动系的构造及其设计任务236

82控制策略237

821峰值电源最大荷电状态控制策略238

822发动机开/关（恒温）控制策略241

823受约束的发动机开/关控制策略242

824模糊逻辑控制技术244

825动态规划技术245

83电驱动系参数的设计248

831发动机功率设计248

832传动装置设计251

833电动机驱动功率设计252

834峰值电源设计255

84仿真257

参考文献258

第9章混联式（转矩和转速耦合）混合动力电驱动系设计和控制方法260

91电驱动系构造260

911转速耦合分析260

912电驱动系构造263

目录ⅩⅦ92电驱动系控制方法269

921控制系统269

922发动机转速控制方法269

923牵引转矩控制方法270

924电驱动系控制策略272

9241发动机转速控制策略272

9242牵引转矩控制策略274

92421低车速区域274

92422中车速区域275

92423高车速区域275

9243再生制动控制276

93电驱动系参数设计276

94实例车辆仿真277

参考文献280

第10章插塞式混合动力电动汽车设计和控制原理281

101每日驾驶行程统计281

102能量管理策略282

1021聚焦于AER的控制策略283

1022混合控制策略290

103能量储存装置设计295

参考文献297

第11章轻度混合动力电驱动系的设计299

111制动和传动装置中消耗的能量299

112并联式轻度混合动力电驱动系301

1121结构301

1122运行模式和控制策略302

1123驱动系设计303

1124性能306

113混联式轻度混合动力电驱动系310

1131含行星齿轮机构的驱动系结构310

1132运行模式和控制312

11321转速耦合的运行模式312

11322转矩耦合的运行模式313

11323单发动机牵引模式313

11324单电动机牵引模式313

11325再生制动模式314

11326发动机起动314

1133控制策略314

1134配置浮动定子电动机的驱动系315

参考文献316

ⅩⅧ现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车第12章峰值电源和能量储存装置317

121电化学蓄电池组317

1211电化学反应319

1212热力学电压319

1213比能量320

1214比功率323

1215能量效率324

1216蓄电池技术325

12161铅酸蓄电池325

12162镍基蓄电池326

121621镍铁蓄电池326

121622镍镉蓄电池326

121623NiMH蓄电池327

12163锂基蓄电池327

121631LiP蓄电池327

121632LiI蓄电池328

122超级电容器329

1221超级电容器特性329

1222超级电容器的基本原理329

1223超级电容器性能330

1224超级电容器的应用技术334

123超高速飞轮334

1231飞轮的工作原理335

1232飞轮系统的功率容量336

1233飞轮的应用技术337

124混合能量储存装置340

1241混合能量储存概念340

1242应用蓄电池和超级电容器的被动与主动的混合能量储存装置341

1243蓄电池和超级电容器的量值设计342

参考文献345

目录ⅩⅨ第13章再生制动的基本原理346

131市区行驶中的制动能量损耗346

132作为车速函数的制动能量348

133作为制动功率函数的制动能量350

134作为车速函数的制动功率351

135作为车辆减速率函数的制动能量352

136在前后轴上的制动能量353

137EV、HEV和FCV的制动系统353

1371并联式混合制动系统353

13711以电和机械制动力之间固定比设计和控制原理354

13712用于最大再生制动的设计和控制原理356

1372全可控混合制动系统358

13721用于优化制动性能的控制策略359

13722用于优化能量回收的控制策略360

参考文献362

第14章燃料电池363

141燃料电池的工作原理363

142电极电位、电流—电压曲线366

143燃料和氧化剂的消耗369

144燃料电池系统特性370

145燃料电池技术371

1451质子交换膜燃料电池372

1452碱性燃料电池373

1453磷酸燃料电池375

1454熔融碳酸盐燃料电池375

1455固态氧化物燃料电池376

1456直接甲醇燃料电池377

146燃料供应378

1461储氢378

14611压缩氢378

14612低温液氢379

14613金属氢化物380

1462制氢381

14621水蒸气重整381

14622部分氧化重整382

14623自动供热重整383

1463氢的载体——氨383

147无氢燃料电池383

参考文献384

ⅩⅩ现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车第15章燃料电池混合动力电驱动系设计386

151结构386

152控制策略387

153参数设计389

1531电动机功率设计389

1532燃料电池系统的功率设计390

1533峰值电源的功率和能量容量设计391

15331峰值电源的功率容量391

15332峰值电源的能量容量391

154设计实例392

参考文献394

第16章应用于越野车辆的串联式混合动力电驱动系设计395

161运动阻力395

1611由地层压实引起的运动阻力396

1612由地层推压引起的运动阻力398

1613传动装置的内阻力399

1614关于地层的牵引力399

1615牵引杆拉曳力399

162串联式、混合动力履带式电动车辆驱动系构造400

163驱动系的参数设计401

1631牵引电动机功率设计401

16311作为车速函数的车辆推进力402

16312电动机功率和加速性能403

16313电动机功率和爬坡能力404

16314履带式车辆转向操作406

164发动机/发电机功率设计409

165能量储存装置功率和能量设计411

1651用于牵引的峰值功率411

1652用于非牵引的峰值功率411

1653蓄电池/超级电容器的能量设计413

1654蓄电池和超级电容器的组合414

参考文献416

附录丰田Prius技术概述417

A1车辆性能417

A2Prius混合动力系和控制系统综述417

A3主要部件419

A31发动机419

A32混合动力贯通轴420

A33高压蓄电池421

A34变换器组合件423

A341升压变换器（2004和新型Prius）423

A342变换器424

A343DCDC变换器424

A344AC变换器424

A35制动系统425

A351再生制动的协同控制426

A352电制动分布控制（2004和新型Prius）426

A353制动辅助系统（2004和新型Prius）426

A36电动转向427

A37增强车辆稳定性控制（VSC）系统（2004和新型Prius）428

A4混合动力系统控制模式429索引(中英文对照)435

汉语拼音音节索引435

英语缩写字索引463