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汽車發動機與傳動系統建模及控制 版權信息
- ISBN：9787122314871
- 條形碼：9787122314871 ; 978-7-122-31487-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
汽車發動機與傳動系統建模及控制 本書特色
本書介紹了一套完整新穎的發動機及傳動系統建模與控制方法。主要包括車輛-驅動的基本原理、發動機的工作原理、發動機的建模和控制、傳動系統的建模和控制、診斷和可靠性。書末附有熱力學數據和傳熱公式。與傳統的從力學及流體力學的角度闡述建模問題的汽車系統動力學書籍不同，本書是從車輛系統和控制系統開發的角度說明問題，具有更強的應用價值和可借鑒性。書中采用大量的數據、圖表以及實例進行說明，將理論應用于工程實踐，并貼近實際的工程應用。書中所介紹的汽車部件模型和控制方法都是經過工程檢驗并被廣泛采用的。這是一本經過實際教學及科研實踐驗證的國外經典教材。本書面向的讀者較為廣泛，包括汽車相關專業的高校教師、本科生、研究生；從事汽車設計、制造的工程師及技術人員。甚至從事電控技術研究的相關人員也可以將本書作為教材和參考資料。本書的引進翻譯為我國大學車輛工程教學提供了一本優秀的教材，為技術人員提供了實用的專業書籍，能夠促進我國汽車產業的發展。
汽車發動機與傳動系統建模及控制 內容簡介
本書介紹了一套完整新穎的發動機及傳動系統建模與控制方法。主要包括車輛-驅動的基本原理、發動機的工作原理、發動機的建模和控制、傳動系統的建模和控制、診斷和可靠性。書末附有熱力學數據和傳熱公式。與傳統的從力學及流體力學的角度闡述建模問題的汽車系統動力學書籍不同，本書是從車輛系統和控制系統開發的角度說明問題，具有更強的應用價值和可借鑒性。書中采用大量的數據、圖表以及實例進行說明，將理論應用于工程實踐，并貼近實際的工程應用。書中所介紹的汽車部件模型和控制方法都是經過工程檢驗并被廣泛采用的。這是一本經過實際教學及科研實踐驗證的國外經典教材。本書面向的讀者較為廣泛，包括汽車相關專業的高校教師、本科生、研究生；從事汽車設計、制造的工程師及技術人員。甚至從事電控技術研究的相關人員也可以將本書作為教材和參考資料。本書的引進翻譯為我國大學車輛工程教學提供了一本很好的教材，為技術人員提供了實用的專業書籍，能夠促進我國汽車產業的發展。
汽車發動機與傳動系統建模及控制 目錄
第1部分 車輛-驅動的基本原理
1 引言 2
1.1 發展趨勢 2
1.1.1 能源與環境 3
1.1.2 小型化 4
1.1.3 混動化 5
1.1.4 駕駛輔助系統和優化駕駛 5
1.1.5 工程中的挑戰 6
1.2 汽車的動力系統 6
1.2.1 動力系統*優操縱控制 7
1.2.2 動力系統建模和模型的重要性 8
1.2.3 模型知識的可持續性 8
1.3 本書結構 9
2 車輛 11
2.1 車輛縱向動力學 11
2.2 行駛阻力 12
2.2.1 空氣阻力 13
2.2.2 冷卻系統阻力和可調進氣格柵 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 29
3 動力系統 34
3.1 動力系統結構 34
3.1.1 廢氣能量回收 35
3.1.2 混合動力系統 36
3.1.3 電氣化 36
3.2 車輛驅動控制 38
3.2.1 車輛驅動控制目標 38
3.2.2 實施框架 39
3.2.3 控制結構的要求 39
3.3 基于轉矩的動力系統控制 40
3.3.1 轉矩需求和轉矩命令的傳遞 40
3.3.2 基于轉矩的驅動控制——駕駛員意圖 41
3.3.3 基于轉矩的驅動控制——車輛需求（的限制） 42
3.3.4 基于轉矩的驅動控制——傳動系統管理 42
3.3.5 基于轉矩驅動控制——傳動系統-發動機集成控制 42
3.3.6 處理轉矩請求——轉矩儲備和干預 43
3.4 混合動力系統 45
3.4.1 ICE（內燃機） 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 仿真結構 46
3.5.2 循環/行駛工況 46
3.5.3 正向仿真 47
3.5.4 準靜態逆向仿真 47
3.5.5 工況跟隨 47
3.5.6 逆向動態仿真 48
3.5.7 應用和要求 49
3.5.8 與方法無關的同一模塊 50
第2部分 發動機的工作原理
4 發動機簡介 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 化學計量學和空燃比（A/F） 54
4.2 發動機結構參數 55
4.3 發動機性能 56
4.3.1 功率、轉矩和平均有效壓力 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 熱力學與工作循環 62
5.1 四行程發動機的工作循環 62
5.2 熱力學循環分析 65
5.2.1 發動機工作過程的理想模型 66
5.2.2 循環效率的推導 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的容積效率 72
5.3 理想循環效率 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 理想與實際循環的差異 80
5.4 缸內燃燒過程建模 81
5.4.1 單區模型 81
5.4.2 放熱與已燃質量分數分析 82
5.4.3 已燃質量分數的特征 85
5.4.4 單區模型其他組成部分 86
5.4.5 單區氣缸壓力模型 88
5.4.6 多區模型 89
5.4.7 零維模型的應用 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發動機工作過程對比 93
6.2 SI發動機的燃燒 94
6.2.1 SI發動機的循環變動 94
6.2.2 爆燃和自燃 95
6.2.3 自燃和辛烷值 96
6.3 CI發動機的燃燒 98
6.4 發動機排放 99
6.4.1 排放形成的總趨勢 99
6.4.2 SI發動機污染物的形成 102
6.4.3 壓燃式發動機排放物的形成 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發動機的后處理——TWC 108
6.5.3 CI發動機的尾氣后處理技術 109
6.5.4 排放的減少與控制 111
第3部分 發動機的建模和控制
7 平均值發動機建模 114
7.1 發動機的傳感器和執行器 115
7.1.1 傳感器、系統和執行器的響應 115
7.1.2 發動機組件建模 117
7.2 節流組件模型 118
7.2.1 不可壓縮流體 119
7.2.2 可壓縮流體 121
7.3 節氣門流量建模 123
7.4 進入氣缸的質量流量 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應 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
7.8 缸內壓力和瞬時轉矩 142
7.8.1 壓縮漸近線 143
7.8.2 膨脹漸近線 144
7.8.3 燃燒 145
7.8.4 氣體交換和模型編制 146
7.8.5 發動機轉矩的產生 146
7.9 發動機轉矩均值模型 147
7.9.1 總指示功 148
7.9.2 泵送功 151
7.9.3 發動機摩擦力 151
7.9.4 轉矩產生中的時間延遲 152
7.9.5 曲軸動力學 153
7.10 發動機排氣溫度 154
7.11 熱傳遞與廢氣溫度 155
7.11.1 管道溫度的變化 155
7.11.2 排氣系統中的熱傳遞模型 156
7.11.3 排氣系統溫度模型 156
7.12 熱交換器和中冷器 161
7.13 節氣門的運動 163
8 渦輪增壓基礎和模型 168
8.1 增壓和渦輪增壓基礎 168
8.2 渦輪增壓基本原理和性能表現 170
8.2.1 發動機平均值模型中的渦輪增壓器 171
8.2.2 壓縮機性能的熱力學**定律分析 172
8.2.3 渦輪性能的熱力學**定律分析 173
8.2.4 渦輪和壓縮機的連接 174
8.2.5 進氣密度的增加 175
8.3 量綱分析 176
8.3.1 可壓縮流體分析 176
8.3.2 修正后的模型結構 177
8.4 壓縮機和渦輪的特性圖 178
8.4.1 壓縮機特性圖基礎 178
8.4.2 渦輪特性圖基礎 180
8.4.3 確定渦輪特性圖的測量過程 180
8.4.4 渦輪性能計算明細 182
8.4.5 熱傳遞和渦輪效率 183
8.5 渦輪增壓器模型及其參數化 185
8.6 壓縮機工作原理及建模 186
8.6.1 壓縮機物理建模 186
8.6.2 壓縮機效率模型 190
8.6.3 壓縮機流量模型 191
8.6.4 壓縮機的熄火現象 193
8.6.5 壓縮機喘振 196
8.7 渦輪的運轉及建模 199
8.7.1 渦輪的質量流量 200
8.7.2 渦輪的效率 202
8.7.3 可變幾何渦輪 202
8.8 瞬態響應和渦輪遲滯 203
8.9 案例——渦輪增壓汽油機 204
8.10 案例——渦輪增壓柴油機 206
9 發動機管理系統的介紹 210
9.1 發動機管理系統（EMS） 210
9.1.1 EMS模塊的建立 210
9.1.2 基于曲軸和時間事件的系統 212
9.2 基本功能和軟件結構 212
9.2.1 基于轉矩的結構 213
9.2.2 特殊模式和事件 213
9.2.3 自動代碼生成和信息交換 214
9.3 標定和參數表示 214
9.3.1 發動機map圖 214
9.3.2 基于模型的開發 216
10 點燃式發動機的基本控制 217
10.1 三個基本的SI發動機控制器 218
10.1.1 產品系統實例 218
10.1.2 使用map圖進行基本控制 220
10.1.3 轉矩、充氣和壓力控制 220
10.1.4 簡單轉矩模型下的壓力設定點 221
10.1.5 全轉矩模型下的設定點 221
10.1.6 壓力控制 222
10.2 節氣門伺服機構 224
10.3 燃油控制和空燃比λ 的控制 227
10.3.1 空燃比λ 的前饋和反饋控制結構 227
10.3.2 帶有基本燃油計量的λ 前饋控制 228
10.3.3 空燃比λ 的反饋控制 229
10.3.4 燃油動態特性和噴油器補償 233
10.3.5 基于λ 控制和自適應的觀測器 234
10.3.6 雙傳感器和三傳感器的λ控制 237
10.4 影響空燃比λ 的其他因素 238
10.4.1 滿負荷加濃 238
10.4.2 發動機超速及反拖 238
10.4.3 影響空氣和燃油計算的輔助系統 239
10.4.4 冷啟動加濃 241
10.4.5 單氣缸的λ 控制 241
10.5 點火控制 241
10.5.1 爆燃控制——反饋控制 243
10.5.2 點火能量——駐留時間控制 245
10.5.3 長期轉矩、短期轉矩以及轉矩儲備 246
10.6 怠速控制 247
10.7 轉矩管理和怠速控制 248
10.8 渦輪控制 249
10.8.1 抗喘振控制的壓縮機 249
10.8.2 增壓壓力控制 250
10.8.3 帶有增益調度的增壓控制 252
10.8.4 渦輪增壓器和爆燃控制 255
10.9 可靠性和故障弱化 255
11 柴油機的基本控制 256
11.1 柴油發動機工況和控制綜述 256
11.1.1 柴油機排放的權衡 256
11.1.2 柴油機構造和基礎知識 257
11.2 基本轉矩控制 259
11.3 附加轉矩控制 260
11.4 燃油量控制 261
11.4.1 控制信號——多重燃油噴射 262
11.4.2 燃油噴射控制策略 262
11.5 氣流控制 264
11.5.1 廢氣再循環（EGR） 264
11.5.2 EGR和變截面渦輪（VGT） 265
11.6 案例研究： EGR和VGT控制與調整 268
11.6.1 控制目標 269
11.6.2 用于控制設計的系統性能 270
11.6.3 控制結構 272
11.6.4 PID參數化、執行和調整 274
11.6.5 歐洲瞬態循環工況下的評估 277
11.6.6 EGR VGT案例研究總結 279
11. 7 柴油機后處理控制 280
12 發動機的一些高級概念 281
12.1 可變氣門執行機構 281
12.1.1 氣門特性 282
12.1.2 可變氣門執行機構的影響 283
12.1.3 其他的氣門功能 285
12.1.4 VVA對基于模型控制的影響 286
12.1.5 進氣和燃料控制策略評價 286
12.2 可變壓縮比 287
12.2.1 實例——SAAB可變壓縮比發動機 287
12.2.2 其他控制 288
12.3 信號解析和反饋控制 291
12.3.1 離子傳感技術 291
12.3.2 實例——離子傳感點火反饋控制 294
12.3.3 總結和信號處理實例 298
第4部分 傳動系統的建模和控制
13 傳動系統介紹 300
13.1 傳動系統 301
13.2 傳動系統建模和控制的動機 301
13.2.1 主要的目標和變量 301
13.2.2 傳動系統控制與縱向車輛驅動控制的對比 301
13.2.3 物理背景 302
13.2.4 驅動應用的背景 302
13.3 沒有適當控制下的不良行為 302
13.3.1 車輛跛行和車輛喘振 302
13.3.2 穿越側隙——延遲和跛行 303
13.3.3 擋位脫開后的振動 304
13.4 方法 306
13.4.1 時間尺度 306
13.4.2 建模和控制 306
14 傳動系統建模 307
14.1 總體建模方法 307
14.1.1 傳動系統的圖解方案 307
14.1.2 傳動系統綜合方程 308
14.2 基本的完整模型——剛性傳動系統 309
14.2.1 合并方程 310
14.2.2 反射的質量和慣量 311
14.3 傳動系統喘振 311
14.3.1 傳動系統建模的試驗 312
14.3.2 驅動軸彈性建模 313
14.4 傳動系統的其他動態特性 317
14.4.1 參數估計的影響 317
14.4.2 驗證數據的誤差特性 317
14.4.3 傳動軸彈性的影響 318
14.4.4 串聯彈簧的參數估計 319
14.4.5 傳感器動態特性 319
14.5 離合器影響和總體齒隙 321
14.5.1 彈性離合器和驅動軸的模型 321
14.5.2 非線性離合器和彈性驅動軸 323
14.5.3 總體側隙 325
14.6 空擋和離合器分離時的建模 326
14.6.1 試驗 327
14.6.2 解耦模型 327
14.7 離合器建模 328
14.7.1 物理因素的影響 329
14.7.2 離合器的特性 330
14.7.3 離合器的狀態 330
14.8 變矩器 330
14.9 模型建立的結束語 332
14.9.1 模型的設置 332
14.9.2 模型的支持 332
14.9.3 控制系統的設計及驗證仿真 332
15 傳動系統控制 333
15.1 傳動系統控制的特征 334
15.1.1 傳動系統控制的集成 334
15.1.2 關于傳感器位置的結論 335
15.1.3 轉矩動作 335
15.1.4 變速箱 336
15.1.5 發動機作為轉矩提供裝置的情況 337
15.1.6 控制方法 337
15.2 傳動系統控制基礎 338
15.2.1 驅動軸模型的狀態空間方程 338
15.2.2 對于干擾的描述 339
15.2.3 對于測量的描述 339
15.2.4 性能輸出 339
15.2.5 控制目標 340
15.2.6 控制器結構 340
15.2.7 傳遞函數的符號 341
15.2.8 反饋性能的某些特征 341
15.2.9 簡化后的傳遞函數解析 343
15.3 傳動系統速度控制 345
15.3.1 RQV控制 346
15.3.2 防喘振控制目標的方程化 348
15.3.3 包含主動衰減和RQV 調速器特性的速度控制 349
15.3.4 傳感器位置產生的影響 353
15.3.5 負載估計 354
15.3.6 對防喘振控制器評估 355
15.3.7 負載干擾抑制演示 356
15.3.8 防喘振控制的試驗驗證 357
15.3.9 消除誤解的試驗 358
15.4 傳動系統轉矩的控制 359
15.4.1 換擋時傳動系統轉矩控制的目的 360
15.4.2 轉矩控制的潛在問題示例 361
15.4.3 傳動系統換擋時的轉矩控制方法 363
15.5 變速箱轉矩控制 363
15.5.1 變速箱轉矩模型的建立 363
15.5.2 變速箱轉矩控制準則 366
15.5.3 換擋條件 367
15.5.4 *終控制準則 369
15.5.5 可行主動衰減的生成 369
15.5.6 對于仿真和傳感器位置影響的驗證 370
15.6 驅動軸扭轉量控制 372
15.6.1 使用PID控制器進行衰減控制的回顧 373
15.6.2 控制器結構 373
15.6.3 傳動系統扭轉量觀測器 374
15.6.4 控制器的場地試驗驗證 376
15.6.5 換擋品質的驗證 376
15.6.6 傳動系統存在初始振動的處理 377
15.7 要點重述及結束語 378
15.7.1 一般方法 379
15.7.2 重要的見解 379
15.7.3 控制準則的制定 379
15.7.4 功能性的驗證 379
15.7.5 轉矩限制處理的試驗驗證 380
15.7.6 收益 380
第5部分 診斷和可靠性
16 診斷和可靠性 382
16.1 可靠性 383
16.1.1 功能安全——意外轉矩 383
16.1.2 功能安全標準 384
16.1.3 控制器的資格/條件/前提 385
16.1.4 故障狀況的調節 386
16.1.5 展望 386
16.1.6 聯系 387
16.2 基本定義和概念 387
16.2.1 故障和失效 387
16.2.2 檢測、隔離、識別和診斷 388
16.2.3 虛警和漏檢 389
16.2.4 被動與主動（介入） 389
16.2.5 離線與在線(車載) 389
16.3 方法介紹 389
16.3.1 簡單的傳感器故障 390
16.3.2 簡單的執行器故障 390
16.3.3 三重傳感器冗余 390
16.3.4 用虛擬傳感器實現的三重冗余 391
16.3.5 冗余和基于模型的診斷 392
16.3.6 形成決策——殘差評價 393
16.3.7 渦輪增壓發動機中的泄漏 396
16.4 診斷系統工程 398
16.5 選擇的汽車應用實例 399
16.5.1 催化轉換器和氧傳感器 399
16.5.2 節氣門監控 400
16.5.3 燃油蒸發回收系統的監測 401
16.5.4 失火 404
16.5.5 進氣 408
16.5.6 柴油機模型 416
16.6 歷史、立法和OBD 418
16.7 立法 419
16.7.1 OBDⅡ系統 419
16.7.2 OBDⅡ標準的范例 421
A 熱力學數據和傳熱公式
A.1 熱力學數據和某些常數 424
A.2 燃料數據 424
A.3 無量綱數 425
A.4 傳熱基礎 426
A.4.1 傳導 430
A.4.2 對流 431
A.4.3 輻射 432
A.4.4 電阻類比 432
A.4.5 四階方程的解 433
1 引言 2
1.1 發展趨勢 2
1.1.1 能源與環境 3
1.1.2 小型化 4
1.1.3 混動化 5
1.1.4 駕駛輔助系統和優化駕駛 5
1.1.5 工程中的挑戰 6
1.2 汽車的動力系統 6
1.2.1 動力系統*優操縱控制 7
1.2.2 動力系統建模和模型的重要性 8
1.2.3 模型知識的可持續性 8
1.3 本書結構 9
2 車輛 11
2.1 車輛縱向動力學 11
2.2 行駛阻力 12
2.2.1 空氣阻力 13
2.2.2 冷卻系統阻力和可調進氣格柵 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 29
3 動力系統 34
3.1 動力系統結構 34
3.1.1 廢氣能量回收 35
3.1.2 混合動力系統 36
3.1.3 電氣化 36
3.2 車輛驅動控制 38
3.2.1 車輛驅動控制目標 38
3.2.2 實施框架 39
3.2.3 控制結構的要求 39
3.3 基于轉矩的動力系統控制 40
3.3.1 轉矩需求和轉矩命令的傳遞 40
3.3.2 基于轉矩的驅動控制——駕駛員意圖 41
3.3.3 基于轉矩的驅動控制——車輛需求（的限制） 42
3.3.4 基于轉矩的驅動控制——傳動系統管理 42
3.3.5 基于轉矩驅動控制——傳動系統-發動機集成控制 42
3.3.6 處理轉矩請求——轉矩儲備和干預 43
3.4 混合動力系統 45
3.4.1 ICE（內燃機） 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 仿真結構 46
3.5.2 循環/行駛工況 46
3.5.3 正向仿真 47
3.5.4 準靜態逆向仿真 47
3.5.5 工況跟隨 47
3.5.6 逆向動態仿真 48
3.5.7 應用和要求 49
3.5.8 與方法無關的同一模塊 50
第2部分 發動機的工作原理
4 發動機簡介 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 化學計量學和空燃比（A/F） 54
4.2 發動機結構參數 55
4.3 發動機性能 56
4.3.1 功率、轉矩和平均有效壓力 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 熱力學與工作循環 62
5.1 四行程發動機的工作循環 62
5.2 熱力學循環分析 65
5.2.1 發動機工作過程的理想模型 66
5.2.2 循環效率的推導 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的容積效率 72
5.3 理想循環效率 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 理想與實際循環的差異 80
5.4 缸內燃燒過程建模 81
5.4.1 單區模型 81
5.4.2 放熱與已燃質量分數分析 82
5.4.3 已燃質量分數的特征 85
5.4.4 單區模型其他組成部分 86
5.4.5 單區氣缸壓力模型 88
5.4.6 多區模型 89
5.4.7 零維模型的應用 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發動機工作過程對比 93
6.2 SI發動機的燃燒 94
6.2.1 SI發動機的循環變動 94
6.2.2 爆燃和自燃 95
6.2.3 自燃和辛烷值 96
6.3 CI發動機的燃燒 98
6.4 發動機排放 99
6.4.1 排放形成的總趨勢 99
6.4.2 SI發動機污染物的形成 102
6.4.3 壓燃式發動機排放物的形成 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發動機的后處理——TWC 108
6.5.3 CI發動機的尾氣后處理技術 109
6.5.4 排放的減少與控制 111
第3部分 發動機的建模和控制
7 平均值發動機建模 114
7.1 發動機的傳感器和執行器 115
7.1.1 傳感器、系統和執行器的響應 115
7.1.2 發動機組件建模 117
7.2 節流組件模型 118
7.2.1 不可壓縮流體 119
7.2.2 可壓縮流體 121
7.3 節氣門流量建模 123
7.4 進入氣缸的質量流量 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應 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
7.8 缸內壓力和瞬時轉矩 142
7.8.1 壓縮漸近線 143
7.8.2 膨脹漸近線 144
7.8.3 燃燒 145
7.8.4 氣體交換和模型編制 146
7.8.5 發動機轉矩的產生 146
7.9 發動機轉矩均值模型 147
7.9.1 總指示功 148
7.9.2 泵送功 151
7.9.3 發動機摩擦力 151
7.9.4 轉矩產生中的時間延遲 152
7.9.5 曲軸動力學 153
7.10 發動機排氣溫度 154
7.11 熱傳遞與廢氣溫度 155
7.11.1 管道溫度的變化 155
7.11.2 排氣系統中的熱傳遞模型 156
7.11.3 排氣系統溫度模型 156
7.12 熱交換器和中冷器 161
7.13 節氣門的運動 163
8 渦輪增壓基礎和模型 168
8.1 增壓和渦輪增壓基礎 168
8.2 渦輪增壓基本原理和性能表現 170
8.2.1 發動機平均值模型中的渦輪增壓器 171
8.2.2 壓縮機性能的熱力學**定律分析 172
8.2.3 渦輪性能的熱力學**定律分析 173
8.2.4 渦輪和壓縮機的連接 174
8.2.5 進氣密度的增加 175
8.3 量綱分析 176
8.3.1 可壓縮流體分析 176
8.3.2 修正后的模型結構 177
8.4 壓縮機和渦輪的特性圖 178
8.4.1 壓縮機特性圖基礎 178
8.4.2 渦輪特性圖基礎 180
8.4.3 確定渦輪特性圖的測量過程 180
8.4.4 渦輪性能計算明細 182
8.4.5 熱傳遞和渦輪效率 183
8.5 渦輪增壓器模型及其參數化 185
8.6 壓縮機工作原理及建模 186
8.6.1 壓縮機物理建模 186
8.6.2 壓縮機效率模型 190
8.6.3 壓縮機流量模型 191
8.6.4 壓縮機的熄火現象 193
8.6.5 壓縮機喘振 196
8.7 渦輪的運轉及建模 199
8.7.1 渦輪的質量流量 200
8.7.2 渦輪的效率 202
8.7.3 可變幾何渦輪 202
8.8 瞬態響應和渦輪遲滯 203
8.9 案例——渦輪增壓汽油機 204
8.10 案例——渦輪增壓柴油機 206
9 發動機管理系統的介紹 210
9.1 發動機管理系統（EMS） 210
9.1.1 EMS模塊的建立 210
9.1.2 基于曲軸和時間事件的系統 212
9.2 基本功能和軟件結構 212
9.2.1 基于轉矩的結構 213
9.2.2 特殊模式和事件 213
9.2.3 自動代碼生成和信息交換 214
9.3 標定和參數表示 214
9.3.1 發動機map圖 214
9.3.2 基于模型的開發 216
10 點燃式發動機的基本控制 217
10.1 三個基本的SI發動機控制器 218
10.1.1 產品系統實例 218
10.1.2 使用map圖進行基本控制 220
10.1.3 轉矩、充氣和壓力控制 220
10.1.4 簡單轉矩模型下的壓力設定點 221
10.1.5 全轉矩模型下的設定點 221
10.1.6 壓力控制 222
10.2 節氣門伺服機構 224
10.3 燃油控制和空燃比λ 的控制 227
10.3.1 空燃比λ 的前饋和反饋控制結構 227
10.3.2 帶有基本燃油計量的λ 前饋控制 228
10.3.3 空燃比λ 的反饋控制 229
10.3.4 燃油動態特性和噴油器補償 233
10.3.5 基于λ 控制和自適應的觀測器 234
10.3.6 雙傳感器和三傳感器的λ控制 237
10.4 影響空燃比λ 的其他因素 238
10.4.1 滿負荷加濃 238
10.4.2 發動機超速及反拖 238
10.4.3 影響空氣和燃油計算的輔助系統 239
10.4.4 冷啟動加濃 241
10.4.5 單氣缸的λ 控制 241
10.5 點火控制 241
10.5.1 爆燃控制——反饋控制 243
10.5.2 點火能量——駐留時間控制 245
10.5.3 長期轉矩、短期轉矩以及轉矩儲備 246
10.6 怠速控制 247
10.7 轉矩管理和怠速控制 248
10.8 渦輪控制 249
10.8.1 抗喘振控制的壓縮機 249
10.8.2 增壓壓力控制 250
10.8.3 帶有增益調度的增壓控制 252
10.8.4 渦輪增壓器和爆燃控制 255
10.9 可靠性和故障弱化 255
11 柴油機的基本控制 256
11.1 柴油發動機工況和控制綜述 256
11.1.1 柴油機排放的權衡 256
11.1.2 柴油機構造和基礎知識 257
11.2 基本轉矩控制 259
11.3 附加轉矩控制 260
11.4 燃油量控制 261
11.4.1 控制信號——多重燃油噴射 262
11.4.2 燃油噴射控制策略 262
11.5 氣流控制 264
11.5.1 廢氣再循環（EGR） 264
11.5.2 EGR和變截面渦輪（VGT） 265
11.6 案例研究： EGR和VGT控制與調整 268
11.6.1 控制目標 269
11.6.2 用于控制設計的系統性能 270
11.6.3 控制結構 272
11.6.4 PID參數化、執行和調整 274
11.6.5 歐洲瞬態循環工況下的評估 277
11.6.6 EGR VGT案例研究總結 279
11. 7 柴油機后處理控制 280
12 發動機的一些高級概念 281
12.1 可變氣門執行機構 281
12.1.1 氣門特性 282
12.1.2 可變氣門執行機構的影響 283
12.1.3 其他的氣門功能 285
12.1.4 VVA對基于模型控制的影響 286
12.1.5 進氣和燃料控制策略評價 286
12.2 可變壓縮比 287
12.2.1 實例——SAAB可變壓縮比發動機 287
12.2.2 其他控制 288
12.3 信號解析和反饋控制 291
12.3.1 離子傳感技術 291
12.3.2 實例——離子傳感點火反饋控制 294
12.3.3 總結和信號處理實例 298
第4部分 傳動系統的建模和控制
13 傳動系統介紹 300
13.1 傳動系統 301
13.2 傳動系統建模和控制的動機 301
13.2.1 主要的目標和變量 301
13.2.2 傳動系統控制與縱向車輛驅動控制的對比 301
13.2.3 物理背景 302
13.2.4 驅動應用的背景 302
13.3 沒有適當控制下的不良行為 302
13.3.1 車輛跛行和車輛喘振 302
13.3.2 穿越側隙——延遲和跛行 303
13.3.3 擋位脫開后的振動 304
13.4 方法 306
13.4.1 時間尺度 306
13.4.2 建模和控制 306
14 傳動系統建模 307
14.1 總體建模方法 307
14.1.1 傳動系統的圖解方案 307
14.1.2 傳動系統綜合方程 308
14.2 基本的完整模型——剛性傳動系統 309
14.2.1 合并方程 310
14.2.2 反射的質量和慣量 311
14.3 傳動系統喘振 311
14.3.1 傳動系統建模的試驗 312
14.3.2 驅動軸彈性建模 313
14.4 傳動系統的其他動態特性 317
14.4.1 參數估計的影響 317
14.4.2 驗證數據的誤差特性 317
14.4.3 傳動軸彈性的影響 318
14.4.4 串聯彈簧的參數估計 319
14.4.5 傳感器動態特性 319
14.5 離合器影響和總體齒隙 321
14.5.1 彈性離合器和驅動軸的模型 321
14.5.2 非線性離合器和彈性驅動軸 323
14.5.3 總體側隙 325
14.6 空擋和離合器分離時的建模 326
14.6.1 試驗 327
14.6.2 解耦模型 327
14.7 離合器建模 328
14.7.1 物理因素的影響 329
14.7.2 離合器的特性 330
14.7.3 離合器的狀態 330
14.8 變矩器 330
14.9 模型建立的結束語 332
14.9.1 模型的設置 332
14.9.2 模型的支持 332
14.9.3 控制系統的設計及驗證仿真 332
15 傳動系統控制 333
15.1 傳動系統控制的特征 334
15.1.1 傳動系統控制的集成 334
15.1.2 關于傳感器位置的結論 335
15.1.3 轉矩動作 335
15.1.4 變速箱 336
15.1.5 發動機作為轉矩提供裝置的情況 337
15.1.6 控制方法 337
15.2 傳動系統控制基礎 338
15.2.1 驅動軸模型的狀態空間方程 338
15.2.2 對于干擾的描述 339
15.2.3 對于測量的描述 339
15.2.4 性能輸出 339
15.2.5 控制目標 340
15.2.6 控制器結構 340
15.2.7 傳遞函數的符號 341
15.2.8 反饋性能的某些特征 341
15.2.9 簡化后的傳遞函數解析 343
15.3 傳動系統速度控制 345
15.3.1 RQV控制 346
15.3.2 防喘振控制目標的方程化 348
15.3.3 包含主動衰減和RQV 調速器特性的速度控制 349
15.3.4 傳感器位置產生的影響 353
15.3.5 負載估計 354
15.3.6 對防喘振控制器評估 355
15.3.7 負載干擾抑制演示 356
15.3.8 防喘振控制的試驗驗證 357
15.3.9 消除誤解的試驗 358
15.4 傳動系統轉矩的控制 359
15.4.1 換擋時傳動系統轉矩控制的目的 360
15.4.2 轉矩控制的潛在問題示例 361
15.4.3 傳動系統換擋時的轉矩控制方法 363
15.5 變速箱轉矩控制 363
15.5.1 變速箱轉矩模型的建立 363
15.5.2 變速箱轉矩控制準則 366
15.5.3 換擋條件 367
15.5.4 *終控制準則 369
15.5.5 可行主動衰減的生成 369
15.5.6 對于仿真和傳感器位置影響的驗證 370
15.6 驅動軸扭轉量控制 372
15.6.1 使用PID控制器進行衰減控制的回顧 373
15.6.2 控制器結構 373
15.6.3 傳動系統扭轉量觀測器 374
15.6.4 控制器的場地試驗驗證 376
15.6.5 換擋品質的驗證 376
15.6.6 傳動系統存在初始振動的處理 377
15.7 要點重述及結束語 378
15.7.1 一般方法 379
15.7.2 重要的見解 379
15.7.3 控制準則的制定 379
15.7.4 功能性的驗證 379
15.7.5 轉矩限制處理的試驗驗證 380
15.7.6 收益 380
第5部分 診斷和可靠性
16 診斷和可靠性 382
16.1 可靠性 383
16.1.1 功能安全——意外轉矩 383
16.1.2 功能安全標準 384
16.1.3 控制器的資格/條件/前提 385
16.1.4 故障狀況的調節 386
16.1.5 展望 386
16.1.6 聯系 387
16.2 基本定義和概念 387
16.2.1 故障和失效 387
16.2.2 檢測、隔離、識別和診斷 388
16.2.3 虛警和漏檢 389
16.2.4 被動與主動（介入） 389
16.2.5 離線與在線(車載) 389
16.3 方法介紹 389
16.3.1 簡單的傳感器故障 390
16.3.2 簡單的執行器故障 390
16.3.3 三重傳感器冗余 390
16.3.4 用虛擬傳感器實現的三重冗余 391
16.3.5 冗余和基于模型的診斷 392
16.3.6 形成決策——殘差評價 393
16.3.7 渦輪增壓發動機中的泄漏 396
16.4 診斷系統工程 398
16.5 選擇的汽車應用實例 399
16.5.1 催化轉換器和氧傳感器 399
16.5.2 節氣門監控 400
16.5.3 燃油蒸發回收系統的監測 401
16.5.4 失火 404
16.5.5 進氣 408
16.5.6 柴油機模型 416
16.6 歷史、立法和OBD 418
16.7 立法 419
16.7.1 OBDⅡ系統 419
16.7.2 OBDⅡ標準的范例 421
A 熱力學數據和傳熱公式
A.1 熱力學數據和某些常數 424
A.2 燃料數據 424
A.3 無量綱數 425
A.4 傳熱基礎 426
A.4.1 傳導 430
A.4.2 對流 431
A.4.3 輻射 432
A.4.4 電阻類比 432
A.4.5 四階方程的解 433
展開全部
汽車發動機與傳動系統建模及控制 作者簡介
郭建華，吉林大學汽車工程學院教師，車輛工程專業博士，機械工程專業碩士，副教授，主講的課程有汽車構造、汽車理論以及混合動力汽車的相關本科研究生課程。研究領域為新能源汽車，主要研究方向為混合動力汽車控制策略研究。 近年來發表EI以上學術論文20余篇，主編或參編4本專業書籍，曾獲吉林省科技進步一等獎1項，二等獎1項，其他省部級科技進步獎3項。 《機械零部件名詞術語圖解詞典(中英文)》擔任主編。
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