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第1章 混合动力汽车1

1.1 2010年混合动力发动机现状10

1.2 发动机单一驱动的局限性13

1.3 车辆电气化和多电汽车14

1.4 道路运行车辆的性能特点16

1.4.1 新一代汽车合作伙伴计划16

1.4.2 发动机小型化18

1.4.3 驱动工况特性20

1.4.4 混合动力汽车的性能指标24

1.4.5 车辆动力学基础25

1.5 道路行驶载荷的计算29

1.5.1 道路行驶载荷的组成29

1.5.2 摩擦力与车轮滑移34

1.6 燃油经济性预测36

1.6.1 车辆排放37

1.6.2 制动燃油消耗率37

1.6.3 燃油经济性与燃油消耗率之间的换算38

1.7 内燃机简介40

1.7.1 什么是制动平均有效压力41

1.7.2 制动燃油消耗量对制动平均有效压力的灵敏度43

1.7.3 ICE基础知识：燃油消耗率曲线45

1.7.4 排放法规46

1.8 并网混合动力汽车49

1.8.1 并网汽车：汽车到电网49

1.8.2 并网汽车HEV20和HEV6052

1.8.3 电量保持和电量消耗55

1.9 练习56

参考文献57

第2章 混合动力汽车结构59

2.1 串联式结构62

2.1.1 机车驱动63

2.1.2 串-并联混联结构65

2.1.3 负荷跟踪结构67

2.2 前传动式并行结构68

2.2.1 能量回收系统69

2.2.2 微混合动力结构70

2.2.3 轻混合动力结构71

2.2.4 动力辅助74

2.2.5 双模式混合动力75

2.3 前传动式混联结构76

2.3.1 功率分流77

2.3.2 变速功率分流器81

2.3.3 无级自动变速器84

2.3.4 集成混合动力辅助变速器85

2.4 后传动式并行结构87

2.4.1 后传动式结构88

2.4.2 轮毂电机混合动力89

2.5 液压后传动式结构90

2.5.1 液压辅助起动系统90

2.5.2 液-电后传动式结构91

2.5.3 高压电驱动91

2.6 飞轮储能系统93

2.6.1 德克萨斯A＆M大学的反式电机93

2.6.2 汽油电动传动系统93

2.6.3 瑞士联邦理工大学的飞轮概念95

2.7 超级电容器混合动力汽车96

2.7.1 使用超级电容器的接触网供电车辆96

2.7.2 使用道旁超级电容器的接触网供电车辆97

2.7.3 使用超级电容器的无轨电车98

2.8 电动四轮驱动99

2.8.1 电动四轮驱动系统99

2.8.2 大霸王厢式货车100

2.9 练习101

参考文献102

第3章 混合动力装置性能参数105

3.1 坡度和巡航目标109

3.1.1 爬坡能力112

3.1.2 全负荷状态112

3.2 初始起动及加速113

3.2.1 前两秒113

3.2.2 变换车道113

3.3 制动和能量再生114

3.3.1 串行RBS114

3.3.2 并行RBS117

3.3.3 RBS与ABS的交互作用117

3.3.4 RBS与IVD/VSC/ESP的交互作用118

3.4 行驶工况的影响118

3.4.1 行驶工况类型119

3.4.2 PHEV的EV及REV工况120

3.4.3 平均车速及其对燃油经济性的影响122

3.4.4 加速／减速过程动力学122

3.4.5 全负荷起动123

3.5 电气部分123

3.5.1 发动机小型化123

3.5.2 续航里程和车辆性能124

3.6 使用需求124

3.6.1 客户使用情况124

3.6.2 电气负荷125

3.6.3 坡道停车和蠕滑125

3.6.4 空档怠速125

3.7 练习126

参考文献126

第4章 驱动系统的参数设计127

4.1 电力驱动系统与内燃机的匹配128

4.1.1 变速器的选择130

4.1.2 传动比的选择130

4.1.3 自动变速器构造132

4.2 驱动电机的参数设计136

4.2.1 第1步137

4.2.2 第2步139

4.2.3 第3步142

4.2.4 转矩和功率144

4.2.5 恒功率转速比146

4.2.6 电机尺寸规格148

4.3 电力电子器件的参数设定151

4.3.1 开关的工艺选择153

4.3.2 kV·A/kW和功率因数153

4.3.3 纹波电容的设计157

4.3.4 开关频率和脉宽调制159

4.4 选择储能技术161

4.4.1 铅酸蓄电池技术168

4.4.2 镍氢电池169

4.4.3 锂离子电池170

4.4.4 金属-空气电池172

4.4.5 燃料电池172

4.4.6 超级电容器177

4.4.7 飞轮180

4.5 电气线束180

4.5.1 对线束的要求181

4.5.2 逆变器母线183

4.5.3 高压分离技术185

4.5.4 配电中心186

4.6 通信系统186

4.6.1 通信协议：CAN188

4.6.2 电网和数据网络189

4.6.3 未来通信协议：TTCAN191

4.6.4 未来通信协议：车载网络192

4.6.5 未来通信协议间的竞争195

4.6.6 诊断测试代码196

4.7 辅助子系统196

4.7.1 转向系统197

4.7.2 制动系统197

4.7.3 客舱气候控制系统198

4.7.4 热管理系统198

4.7.5 人机界面201

4.8 成本和重量预算201

4.8.1 成本分析202

4.8.2 质量预算203

4.9 练习204

参考文献205

第5章 电力驱动系统技术209

5.1 永磁材料209

5.1.1 永磁材料简介210

5.1.2 铝镍钴材料212

5.1.3 稀土永磁体213

5.2 无刷电机216

5.2.1 无刷直流电机218

5.2.2 无刷交流电机222

5.2.3 表面式永磁电机的设计要点226

5.2.4 双模式逆变器233

5.3 内置式永磁体236

5.3.1 内埋式磁体设计237

5.3.2 压缩通量式设计240

5.3.3 机械式磁场削弱243

5.3.4 多层设计245

5.4 异步电机246

5.4.1 传统异步电机246

5.4.2 绕组重构249

5.4.3 变极式异步电机250

5.5 可变磁阻电机259

5.5.1 开关磁阻电机260

5.5.2 同步磁阻电机263

5.5.3 径向叠片同步磁阻电机265

5.6 不同电机技术的优缺点比较265

5.6.1 电机动态性能比较265

5.6.2 电机应用于纯电动汽车驱动系统时的性能比较267

5.6.3 电机应用于混合动力汽车驱动系统时的性能比较268

5.7 练习270

参考文献271

第6章 交流驱动的电力电子器件275

6.1 半导体设备技术276

6.1.1 功率半导体发展趋势277

6.1.2 宽带隙器件277

6.2 脉宽调制的本质279

6.3 谐振脉冲调制283

6.4 空间矢量脉宽调制285

6.5 多电平逆变器293

6.6 脉宽调制技术的比较293

6.7 DC/DC转换器295

6.8 热设计297

6.9 可靠性研究301

6.10 电流调节器的传感器303

6.11 最小纹波的交错式脉宽调制305

6.12 练习306

参考文献308

第7章 驱动系统控制技术310

7.1 磁场定向控制的本质311

7.2 磁场定向控制动力学315

7.3 无传感器控制321

7.4 效率优化324

7.5 直接转矩控制327

7.6 练习329

参考文献330

第8章 驱动系统效率332

8.1 牵引电机332

8.1.1 铁心损耗334

8.1.2 铜损和趋肤效应338

8.2 逆变器340

8.2.1 传导损耗341

8.2.2 开关损耗342

8.2.3 反向恢复损耗343

8.3 配电系统343

8.4 储能系统345

8.5 效率映射图345

8.6 练习349

参考文献350

第9章 混合动力汽车的使用特性352

9.1 市区循环工况359

9.2 公路循环工况360

9.3 联合工况360

9.4 新欧洲驱动工况361

9.5 日本10-15模式363

9.6 混合动力汽车的常规驱动工况364

9.7 练习365

参考文献367

第10章 储能技术369

10.1 电池系统370

10.1.1 铅酸电池375

10.1.2 镍氢电池376

10.1.3 锂离子电池381

10.2 电容器储能系统386

10.2.1 对称超级电容器390

10.2.2 非对称超级电容器394

10.2.3 超级电容器与蓄电池结合395

10.2.4 混合电池举例402

10.2.5 超级电容器电池均衡技术404

10.3 氢气存储410

10.3.1 金属氢化物412

10.3.2 高压气体412

10.4 飞轮系统414

10.5 气动系统415

10.6 储能系统建模415

10.6.1 电池模型416

10.6.2 燃料电池模型420

10.6.3 超级电容器模型422

10.7 练习429

参考文献432

第11章 混合动力汽车试验及验证436

11.1 汽车滑行试验437

11.2 运动型多功能汽车的滑行试验440

11.3 SUV牵引拖车的滑行试验441

11.4 Class-8牵引车试验444

11.5 Class-8牵引车加挂车的滑行试验446

11.6 练习450

参考文献451

第12章 自动电气化交通运输452

12.1 个人快速交通454

12.2 自动化高速公路系统455

12.3 非接触式电力传送457

12.3.1 电感耦合技术458

12.3.2 近场辐射的功率传输459

12.4 货物运输460

12.5 练习468

参考文献468

附录470

参考文献472