汽车动力总成系统

我们写这本书的目的是为了满足学生和汽车行业的实践工程师们的需要。对于工科学生，希望能为他们提供汽车动力总成系统设计原则的完善解释。对于实践工程师，我们尝试提供一个对更加专业的主题领域的全面介绍，例如在发动机、变速箱或混合电动部件上。这本书结合了许多机构的教学经验并得以改进，包括伊朗科学与技术大学、利兹大学、桑德兰大学和格兰菲尔德大学。本书和其他版本的区别是，我们结合了两个重要主题：1.汇集了各种工作案例并提供了许多问题的MATLAB代码。2.动力总成的一种系统方法——专注于集成化和所有组件的相互作用，例如发动机、变速箱主减速器、车轮和轮胎——分析车辆的总体性能。

前言
１　汽车动力总成基本概念１
　１.１　动力总成１
　　１.１.１　研究体系１
　　１.１.２　发展历史２
　　１.１.３　传统动力总成系统３
　　１.１.４　混合动力总成系统３
　１.２　动力总成的组成５
　　１.２.１　发动机５
　　１.２.２　变速器５
　　１.２.３　汽车结构框架５
　　１.２.４　操作系统５
　１.３　汽车性能６
　１.４　驾驶行为８
　１.５　建模准则９
　１.６　本书的目的与意义１０
　扩展阅读１１
　参考文献１１
２　内燃机动力特性１２
　２.１　概述１２
　２.２　发动机转矩产生原理１２
　　２.２.１　发动机运行模式１３
　　２.２.２　发动机燃烧１５
　　２.２.３　发动机热力循环１７
　　２.２.４　发动机输出特性３０
　　２.２.５　缸内压力变化情况３１
　２.３　发动机模型３５
　　２.３.１　发动机运动学３６
　　２.３.２　发动机转矩４３
　　２.３.３　简化模型５２
　　２.３.４　飞轮５８
　２.４　多缸发动机６１
　　２.４.１　点火顺序６１
　　２.４.２　发动机转矩６４
　　２.４.３　准稳态发动机转矩６７
　２.５　发动机转矩脉谱图７１
　　２.５.１　发动机测功机７１
　　２.５.２　底盘测功机７３
　　２.５.３　发动机转矩－转速特性７４
　２.６　发动机转矩的ＭＴ公式８０
　　２.６.１　不同形式的部分负荷特性
曲线８０
　　２.６.２　ＭＴ公式８１
　　２.６.３　注释８１
　２.７　发动机管理系统８２
　　２.７.１　基本组成８３
　　２.７.２　传感器８３
　　２.７.３　脉谱图和查询表８４
　　２.７.４　校正８６
　２.８　净输出功率８６
　　２.８.１　发动机机械效率８７
　　２.８.２　附件驱动８７
　　２.８.３　环境影响８８
　２.９　本章小结９６
　２.１０　复习题９６
　２.１１　练习题９７
　扩展阅读９９
　参考文献１００
３　汽车纵向动力学特性１０１
　３.１　简介１０１
　３.２　转矩发生器１０１
　　３.２.１　内燃机１０１
　　３.２.２　电机１０３
　３.３　牵引力１０４
　　３.３.１　轮胎摩擦力的产生１０４
　　３.３.２　牵引力的数学推导１０７
　　３.３.３　牵引力特征图１１１
　３.４　行驶阻力１１３

目　　录●●●●●
Ⅴ　
　　３.４.１　滚动阻力１１３
　　３.４.２　汽车空气动力学１１７
　　３.４.３　爬坡度１２０
　　３.４.４　行驶阻力示意图１２１
　　３.４.５　滑行试验１２１
　３.５　恒功率工况下的汽车动力性１２２
　　３.５.１　输出功率１２２
　　３.５.２　连续传动比假设１２４
　　３.５.３　动力学方程１２５
　　３.５.４　方程解析解１２８
　　３.５.５　方程数值解１２９
　　３.５.６　功率需求１３３
　　３.５.７　加速时间与加速距离１３４
　　３.５.８　速度１３８
　３.６　恒转矩工况下的汽车动力性１４０
　　３.６.１　方程解析解１４１
　　３.６.２　方程数值解１４６
　３.７　固定节气门开度工况下的
汽车动力性１４８
　　３.７.１　换档与牵引力１４８
　　３.７.２　汽车加速度、车速和
行驶距离１５０
　　３.７.３　换档时机１５４
　　３.７.４　不同档位时的速度１５６
　　３.７.５　加速性能１５９
　　３.７.６　能量消耗１５９
　３.８　加速踏板循环性能１６３
　３.９　旋转质量的影响１６６
　３.１０　轮胎滑移现象１７２
　３.１１　爬坡性能１７４
　　３.１１.１　恒功率工况１７５
　　３.１１.２　恒转矩输出工况１７５
　　３.１１.３　恒定节气门工况１７７
　　３.１１.４　变坡度工况１７８
　３.１２　滑行１７９
　　３.１２.１　恒值滚动阻力假设１８０
　　３.１２.２　滚动阻力为速度
函数的假设１８４
　　３.１２.３　旋转质量转动惯量的影响１８４
　３.１３　传动功率损失１８６
　　３.１３.１　传动效率１８６
　　３.１３.２　转矩流１８９
　　３.１３.３　滚动阻力的影响１８９
　３.１４　总结１９０
　３.１５　复习题１９１
　３.１６　练习题１９１
　扩展阅读１９９
　参考文献１９９ ４　变速器２００
　４.１　引言２００
　４.２　变速器的作用２００
　４.３　变速器传动比的设计２０２
　　４.３.１　档２０２
　　４.３.２　档２０７
　　４.３.３　中间档２１３
　　４.３.４　其他影响因素２２２
　４.４　变速器运动学关系及齿轮齿数２２４
　　４.４.１　标准齿轮２２６
　　４.４.２　行星齿轮组２２８
　４.５　手动变速器２３１
　　４.５.１　构造和操作２３１
　　４.５.２　摩擦式离合器２３３
　　４.５.３　膜片弹簧２４２
　　４.５.４　离合器接合动力学２５０
　４.６　自动变速器２６４
　　４.６.１　传统自动变速器２６５
　　４.６.２　ＡＭＴ ２６７
　　４.６.３　ＤＣＴ ２６８
　４.７　ＣＶＴ ２７２
　　４.７.１　无级变速器的分类２７３
　　４.７.２　摩擦式无级变速器２７４

前言我们写这本书是为了满足学生和在汽车行业的实践工程师的需要。对于工科学生，希望能为他们提供汽车动力总成系统设计原则的完善解释。对于实践工程师，我们尝试提供一个对更加专业的主题领域的全面介绍，如发动机、变速器和混合电动汽车部件。
本书结合了许多机构的教学经验并得以改进，包括伊朗科学与技术大学、利兹大学、桑德兰大学和格兰菲尔德大学。本书和其他图书的区别是，我们结合了两个重要主题：
１）汇集了各种工作案例，并提供了许多案例计算用的ＭＡＴＬＡＢ代码。
２）讲述动力总成设计的系统方法———专注于集成化和所有组件的相互作用，如发动机、变速器、主减速器、车轮和轮胎———分析车辆的总体性能。
基于我们教授工科学生的经验，学习工程原理有效的方式之一就是自己解决问题。因此，我们尝试提供许多案例，并给出解决方案以及相应的ＭＡＴＬＡＢ程序代码。希望读者能够自己运行这些简短程序，并对其进行修改从而能够检验其他性能问题。
术语“系统方法”广泛应用于工程中，但在特定的背景中却总是解释不清楚。
为了了解车辆的性能，有必要对所有的动力总成部件进行分析并研究它们之间如何相互作用，以及设计师如何以协调的方式来整合它们。根据我们的经验，几乎找不到全面研究集成这一重要方面的图书。
在写这本书时，汽车行业正承受着小化能源消耗和减少全球排放的巨大压力。这也导致了关于研究传统动力系统的替代系统的巨大热潮———发展电动汽车和混合动力汽车。然而，消费者似乎并不愿意在加速度、速度等传统车辆性能方面和总体能量消耗方面做出妥协和让步。驾驶性能仍然是一个关键的商业问题，而且具有驾驶乐趣的车辆也有特定要求。因此，关于车辆性能和能量消耗之间的协调设计仍然充满挑战。我们尝试通过本书提供一个通常相互矛盾的车辆设计要求方面的全面介绍。
本书专门有一个网站（ｗｗｗｗｉｌｅｙｃｏｍ／ｇｏ／ｍａｓｈａｄｉ），网站中囊括了本书中一百多道习题的解决方案和详细解释。大多数问题的解决方案是在ＭＡＴＬＡＢ软件环境中进行的，并且提供了程序目录。该网站除了提供各种案例外，还有对学生的宝贵指导和解释。
后，感谢所有的同事和朋友，感谢他们这么多年以各种方式在我们写这本书时给予的帮助