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第1章 发动机设计简介1

1.1内燃机1

1.1.1发动机组成部件和术语1

1.1.2四冲程火花点火式（汽油）发动机2

1.1.3配气相位图4

1.2二冲程汽油机4

1.2.1回流扫气4

1.2.2曲轴箱盘形阀和簧片阀进气控制4

1.2.3二冲程和四冲程汽油机比较6

1.3四冲程压燃式（柴油）发动机7

1.4二冲程柴油机9

1.5汽油发动机和柴油发动机的比较10

1.6发动机性能术语11

1.6.1活塞排量或气缸工作容积11

1.6.2平均有效压力11

1.6.3发动机转矩11

1.6.4发动机功率11

1.6.5发动机排量12

1.7压缩比12

第2章 发动机测试14

2.1引言14

2.2转矩测量用耳轴式（托架式）测功机14

2.3使用串联轴或转矩测量凸缘测量转矩15

2.4转矩测量的误差校正和估算16

2.5加速和减速条件下的转矩测量17

2.6转速测量18

2.7测功机选择概述18

2.8测功机分类18

2.8.1串联混合测功机21

2.8.2一、二或四象限测功机21

2.9发动机与测功机性能的匹配22

2.10发动机的起动23

2.10.1发动机的起动（无起动机）23

2.10.2发动机的起动（有起动机）23

2.10.3非电起动系统23

2.11测功机的选择24

2.12选用测功机应考虑的其他问题24

2.13发动机与测功机的连接25

2.13.1引言25

2.13.2连接问题的实质25

2.13.3辅助阅读材料25

2.13.4扭转振动与临界转速25

2.13.5连接轴的设计28

2.13.6应力集中、键槽和无键毂连接29

2.13.7轴的振颤29

2.13.8联轴器29

2.13.9挠性联轴器的减振作用30

2.13.10传动轴设计举例31

2.13.11发动机与测功机连接：设计程序概述34

2.13.12飞轮34

2.13.13符号与单位35

参考文献35

其他阅读材料35

第3章 发动机排放控制36

3.1早期的排放控制措施36

3.2美国联邦测试循环的演变37

3.3催化转化38

3.4二元催化转化38

3.5催化转化器39

3.6催化剂载体39

3.7用于整体式催化转化器的金属基体40

3.8福特用来预热催化剂的废气点火系统41

3.9三元催化转化器41

3.10电控系统41

3.11热空气进气系统41

3.12蒸发排放物42

3.13曲轴箱排放物的控制43

3.14空气喷射和补气阀43

3.15 空气控制阀43

3.16一些结构更复杂的阀的布置情况44

3.17蒸气回收与炭罐清污系统45

3.18柴油机排放47

3.19降低排放：相互矛盾的要求47

3.20氮氧化物（NO.）47

3.21未燃碳氢化合物49

3.22一氧化碳50

3.23颗粒物50

3.24颗粒物捕集器50

3.25燃油质量对柴油机废气排放的影响51

3.26黑烟51

3.27白烟52

第4章 发动机数字控制系统53

4.1简介53

4.2发动机数字控制53

4.3发动机数字控制特征53

4.4燃油控制模式54

4.4.1起动56

4.4.2暖机56

4.4.3开环控制56

4.4.4闭环控制57

4.4.5加速加浓58

4.4.6减速减稀59

4.4.7怠速控制59

4.5废气再循环控制60

4.6可变配气正时控制60

4.7电子点火控制61

4.7.1点火正时的闭环控制62

4.7.2 SA修正方案64

4.8发动机集中控制系统65

4.8.1二次空气喷射控制65

4.8.2炭罐清污控制65

4.8.3系统自动调节66

4.8.4系统诊断66

4.9控制模式小结66

4.9.1起动66

4.9.2暖机66

4.9.3开环控制66

4.9.4闭环控制66

4.9.5急加速67

4.9.6减速和怠速67

4.10发动机电子控制系统的改进67

4.10.1发动机集中控制系统67

4.10.2 EGO传感器的改进67

4.10.3喷油正时67

4.10.4自动变速器控制68

4.10.5液力变矩器锁止控制68

4.10.6牵引控制68

4.10.7 RV动力传动系控制69

第5章 变速器72

5.1绪论72

5.2汽车对变速器的要求72

5.2.1汽车布置72

5.2.2汽车起步73

5.2.3车辆要求——动力传动系功能73

5.2.4改变传动比——变速器和汽车的匹配74

5.3手动变速器77

5.3.1前轮驱动汽车变速器（乘用车）77

5.3.2后轮驱动汽车变速器（乘用车和商用车）78

5.3.3换档和同步器78

5.3.4各档传动比——如何实现80

5.3.5离合器81

5.3.6自动控制手动变速器81

5.4自动变速器82

5.4.1 Jatco JF506E高级变速器82

5.4.2流体动力变矩器83

5.4.3行星齿轮机构——自动变速器的关键部件85

5.4.4 JF 506E自动变速器工作原理86

5.4.5换档策略87

5.4.6自动变速器控制器（ATCU）88

5.5连续可变无级变速器（CVT）89

5.5.1无级变速器（CVT）的理论基础89

5.5.2液力变速器90

5.5.3带式无级变速原理90

5.5.4带式无级变速器91

5.5.5牵引式环面无级变速原理92

5.5.6牵引式环面无级变速器93

5.6变速器应用问题94

5.6.1工作环境94

5.6.2效率94

5.6.3其他变速器部件95

参考书目96

深入学习材料96

其他有价值的参考资料96

第6章 电动汽车97

6.1引言97

6.2蓄电池97

6.2.1先进铅蓄电池97

6.2.2钠一硫蓄电池97

6.2.3镍一金属氢化物蓄电池98

6.2.4氯化钠/镍蓄电池100

6.2.5太阳能电池101

6.2.6锂电池102

6.2.7超级电容器102

6.2.8飞轮储能102

6.3蓄电池汽车改装技术104

6.3.1改装案例研究104

6.3.2电动机控制方案的选择104

6.4电动汽车发展历史107

6.5当代电动汽车技术108

6.5.1本田“EV”109

6.5.2通用汽车公司的“EVi”109

6.5.3交流驱动110

6.5.4福特e-Ka：锂电池电源112

6.6电动厢式车和货车设计112

6.6.1厢式货车向车队汽车的改装112

6.6.2福特EXT112

6.6.3英国EVA对CVS的建议113

6.6.4晶闸管控制115

6.6.5福特Ecostar115

6.6.6 Bradshaw Envirovan环保厢式车117

6.7燃料电池电动汽车118

6.7.1通用公司的Zafira项目118

6.7.2福特P2000118

6.7.3液态氢或燃料重整118

6.7.4戴姆勒-克莱斯勒的燃料电池样车118

参考文献121

其他阅读资料121

第7章 混合动力汽车122

7.1引言122

7.2混合动力的前景122

7.2.1图谱控制驱动管理122

7.2.2开发混合动力车的合理性123

7.2.3混合型混合动力驱动的配置125

7.3混合动力技术案例研究125

7.3.1小型汽车的混合动力解决方案125

7.3.2更好的混合动力组合解决方案125

7.3.3转子发动机与永磁电动机的动力组合及原理概述125

7.3.4汪克尔转子发动机127

7.3.5混合动力小客车127

7.3.6出租车混合驱动128

7.3.7复合式混合动力系统130

7.3.8混合驱动加装飞轮130

7.4量产混合动力汽车132

7.4.1丰田普锐斯系统133

7.4.2量产混合动力汽车的新成员135

7.5混合动力客运车和商用车138

7.5.1混合动力公共汽车138

7.5.2压缩天然气一电动混合动力车138

7.5.3先进的混合动力客车141

7.5.4先进的混合动力货车142

参考文献143

第8章 悬架类型和驱动型式144

8.1车辆悬架的一般特性144

8.2独立车轮悬架——概述147

8.2.1对悬架的要求147

8.2.2双横臂式悬架147

8.2.3麦弗逊式滑柱和滑柱式减振器148

8.2.4后桥纵臂式悬架150

8.2.5半纵臂式后悬架150

8.2.6多连杆式悬架151

8.3非独立悬架和半独立悬架156

8.3.1非独立悬架156

8.3.2半独立曲柄悬架158

8.4前置发动机后轮驱动159

8.4.1前置发动机后轮驱动设计优缺点161

8.4.2非驱动前桥161

8.4.3后驱动桥162

8.5发动机后置和发动机中置的驱动型式166

8.6前轮驱动167

8.6.1结构类型167

8.6.2前轮驱动优缺点168

8.6.3前驱动桥170

8.6.4非驱动后桥172

8.7四轮驱动177

8.7.1全时四轮驱动优缺点177

8.7.2带超速档的四轮驱动车辆179

8.7.3商用和全地形车辆的手动可分离式四轮驱动180

8.7.4全时四轮驱动，四轮驱动乘用车基本型181

8.7.5全时四轮驱动，基本型为标准设计乘用车184

8.7.6各种四轮驱动总结186

第9章 转向系统189

9.1转向系统概述189

9.1.1转向系统的要求189

9.1.2独立悬架上的转向系统190

9.1.3非独立悬架上的转向系统190

9.2齿轮齿条式转向器192

9.2.1优点和缺点192

9.2.2结构型式192

9.2.3转向横拉杆铰接在转向器的齿条侧端192

9.2.4转向横拉杆中部取下的机械转向器194

9.3循环球式转向器195

9.3.1优点和缺点195

9.3.2结构型式195

9.4助力转向系统196

9.4.1液压助力转向系统196

9.4.2电动液压式助力转向系统197

9.4.3电动助力转向系统198

9.5转向管柱200

9.6转向减振器204

9.7转向运动学204

9.7.1转向器的类型和位置影响204

9.7.2转向连杆配置205

9.7.3转向横拉杆的长度和位置205

第10章 轮胎212

10.1对轮胎的要求212

10.1.1可互换性212

10.1.2对轿车轮胎的要求212

10.1.3对商用车轮胎的要求213

10.2轮胎设计213

10.2.1斜交轮胎213

10.2.2子午线轮胎213

10.2.3无内胎轮胎和有内胎轮胎215

10.2.4高宽比215

10.2.5轮胎规格和标志216

10.2.6轮胎承载能力和充气压力219

10.2.7胎侧标志223

10.2.8滚动周长和行驶速度223

10.2.9轮胎对车速表的影响223

10.2.10轮胎花纹224

10.3车轮226

10.3.1概念226

10.3.2轿车、轻型商用车及其挂车的轮辋226

10.3.3轿车、轻型商用车及其挂车的车轮227

10.3.4车轮安装228

10.4轮胎弹性228

10.5轮胎不均匀度229

10.6滚动阻力231

10.6.1直线行驶时的滚动阻力231

10.6.2转弯时的滚动阻力232

10.6.3其他影响因素232

10.7纵向附着摩擦与滑动摩擦232

10.7.1滑动率232

10.7.2摩擦系数233

10.7.3路面影响233

10.8侧向力和摩擦系数234

10.8.1侧向力、侧偏角和摩擦系数234

10.8.2车辆的自转向特性234

10.8.3摩擦系数和滑动率236

10.8.4干燥路面上的侧偏特性236

10.8.5影响因素236

10.9合成附着系数239

10.10轮胎回正力矩和轮胎拖距240

10.10.1轮胎回正力矩概述240

10.10.2轮胎拖距240

10.10.3前轮上的影响因素240

10.11轮胎倾覆力矩和力作用点偏移242

10.12转矩转向242

10.12.1由于法向力变化产生的转矩转向242

10.12.2轮胎回正力矩引起的转矩转向243

10.12.3运动学和弹性动力学影响244

第11章 操纵性245

11.1引言245

11.2轮胎和车桥特性245

11.2.1轮胎特性的介绍245

11.2.2有效车桥侧偏特性247

11.3车辆操纵稳定性250

11.3.1汽车运动平面的微分方程251

11.3.2两自由度模型的线性分析253

11.3.3非线性稳态转向解259

11.3.4制动或驱动时的车辆263

11.3.5力矩方法265

11.3.6汽车一挂车组合266

11.3.7在较复杂轮胎侧偏条件下的车辆动力学268

第12章 制动系统269

12.1概述269

12.1.1制动系统的功能和使用条件269

12.1.2制动系统设计方法269

12.1.3制动系统部件和结构270

12.2法规270

12.3制动基础知识272

12.3.1汽车制动运动学272

12.3.2汽车制动动力学274

12.3.3轮胎与路面之间的摩擦力274

12.4制动力比例关系与附着力利用率275

12.4.1静力学分析275

12.4.2使用恒定制动比进行制动276

12.4.3制动效率277

12.4.4附着力利用率279

12.4.5车轮抱死279

12.4.6车桥抱死对汽车稳定性的影响279

12.4.7汽车车身在制动时的俯仰运动281

12.4.8可变制动比的制动282

12.5材料特性285

12.5.1对制动系统的材料要求285

12.5.2铸铁制动盘金相分析285

12.5.3制动盘替代材料286

12.5.4制动盘材料/设计评价286

12.6先进的制动技术288

12.6.1驾驶人行为分析模型288

12.6.2线传制动288

12.6.3防抱死制动系统288

12.6.4牵引力控制系统288

参考书目和深入学习材料288

第13章 车辆控制系统290

13.1引言290

13.2典型巡航控制系统290

13.2.1速度响应曲线291

13.2.2数字巡航控制293

13.2.3节气门执行器293

13.3巡航控制电子技术295

13.3.1基于步进电动机的执行器295

13.3.2真空操纵的执行器296

13.3.3高级巡航控制298

13.4防抱死制动系统298

13.5电子悬架系统302

13.5.1通过可变滑柱液体粘度改变阻尼303

13.5.2可变弹簧刚度303

13.5.3电子悬架控制系统304

13.6电子转向控制305

第14章 智能交通系统307

14.1全球定位技术307

14.1.1 GPS历史307

14.1.2 NAVSTAR GPS系统307

14.1.3卫星定位基础309

14.1.4 GPS接收器技术313

14.1.5 GPS应用技术316

14.1.6结论318

参考文献（1）318

14.2决策架构318

14.2.1引言318

14.2.2机器人控制架构及自主运动319

14.2.3用于自动汽车的Sharp控制决策架构325

14.2.4试验结果330

14.2.5车辆运动规划332

参考文献（2）342

第15章 汽车建模346

15.1引言346

15.2车身347

15.3测量输出348

15.4悬架系统表示349

15.4.1概述349

15.4.2集中质量模型349

15.4.3等效侧倾刚度模型350

15.4.4摆臂模型350

15.4.5杆系模型350

15.4.6概念悬架方法350

15.5弹簧和减振器建模354

15.5.1简单模型的处理354

15.5.2钢板弹簧建模355

15.6防侧倾杆355

15.7确定等效侧倾刚度模型中的侧倾刚度357

15.8空气动力学效应359

15.9车辆制动建模360

15.10牵引建模364

15.11其他传动部件365

15.12转向系统367

15.12.1转向系统机构建模367

15.12.2转向比368

15.12.3车辆机动操作的转向输入369

15.13驾驶人行为370

15.13.1转向控制器371

15.13.2路径跟踪控制器模型373

15.13.3车身侧偏角控制375

15.13.4双回路驾驶人模型377

15.14案例研究7——整车操纵模型比较377

15.15总结385

第16章 结构设计386

16.1车辆结构类型术语和概述386

16.1.1刚度和强度的基本要求386

16.1.2车辆结构类型历史和概述386

16.2标准轿车——基本负荷路径397

16.2.1引言397

16.2.2标准轿车的弯曲负荷工况398

16.2.3标准轿车的扭转负荷401

16.2.4侧向负荷情况410

16.2.5制动（纵向）负荷413

16.2.6总结和讨论415

第17章 车辆安全性418

17.1碰撞试验418

17.2乘员保护421

17.3乘员安全试验422

17.4保护行人免受严重伤害423

17.5主动安全424

17.6结构安全和安全气囊424

17.7乘员室的完整性426

17.8小型车的问题427

17.9侧面碰撞427

17.10智能安全气囊427

17.11座椅安全带428

17.12主动安全的改进措施429

17.13轮胎、悬架和转向429

17.14一般电子控制系统429

17.15电动助力转向429

17.16制动器430

17.17自动制动和牵引力控制430

17.18新近出现的先进系统430

17.19悬架控制430

17.20人机工程与安全性431

17.21座椅431

17.22踏板的控制432

第18章 材料433

18.1车身结构设计与材料选用433

18.1.1引言433

18.1.2历史视角和不断演变的材料工艺学433

18.1.3有限元分析438

18.1.4宝马采用的现代设计方法441

18.1.5板件耐冲击性与刚度试验445

18.1.6疲劳447

18.1.7其他车身结构448

18.1.8材料与设计的融合455

18.1.9塑料与复合材料部件的工程要求460

18.1.10成本分析460

18.1.11要点总结（1）462

参考文献（1）462

18.2车身结构材料的考虑因素与使用463

18.2.1引言463

18.2.2可选材料与选择依据466

18.2.3铝477

18.2.4镁479

18.2.5聚合物与复合材料480

18.2.6要点总结（2）482

参考文献（2）483

第19章 空气动力学484

19.1概述484

19.2空气动力484

19.3气动阻力484

19.4降低气动阻力485

19.5稳定性和横向风487

19.6噪声488

19.7发动机室的通风488

19.8乘员室的通风489

19.9风洞测试489

19.10计算流体动力学489

参考书目490

深入学习材料490

第20章 声振精细化491

20.1引言和定义491

20.2本章覆盖的范围491

20.3汽车声振精细化的目的492

20.4在汽车制造领域中如何实现声振精细化492

20.5汽车声振精细化历史：一个典型汽车品牌20年的历程493

20.6声振精细化目标494

20.6.1整车外部噪声指标495

20.6.2单个零部件外部噪声指标495

20.6.3整车内部噪声指标496

20.6.4乘坐品质指标（包括振动感受指标）497

参考文献497

第21章 内部噪声499

21.1噪声的主观和客观评价方法499

21.1.1背景知识499

21.1.2空气噪声和结构噪声之间的平衡500

21.1.3有关车辆内部噪声的测量500

21.1.4内部噪声的主观评价500

21.2噪声路径分析501

21.2.1背景知识501

21.2.2噪声路径分析的相干方法502

21.2.3噪声路径分析的标准方法503

21.2.4噪声路径分析的非侵入方法504

21.3测量内燃机和其他汽车噪声源的声功率505

21.3.1近声场和远声场505

21.3.2测量声功率的各种方法505

21.3.3在自由声场中采用声压技术测量声功率505

21.3.4扩散声场中声功率的测量506

21.3.5半混响远声场中声功率的测量506

21.3.6近声场中声功率测量507

21.3.7用表面振速测量确定声功率508

21.3.8用声强仪确定声功率508

21.3.9不同环境下测量声功率的标准方法509

21.4发动机噪声509

21.4.1发动机噪声介绍509

21.4.2燃烧噪声510

21.4.3机械噪声511

21.4.4发动机转速和负载对噪声的影响511

21.4.5测量发动机噪声511

21.4.6发动机噪声分级511

21.4.7发动机噪声控制512

21.5道路噪声512

21.5.1道路噪声简介512

21.5.2内部道路噪声512

21.5.3分析道路结构噪声512

21.5.4控制内部道路噪声513

21.6气动（风）噪声513

21.7制动噪声513

21.8“吱吱”、“咯咯”、“嘶嘶”声514

21.9通过多孔材料的吸声来控制噪声514

21.9.1实用方法514

21.9.2多孔材料吸声的物理过程516

21.9.3流动阻抗516

21.9.4多孔性517

21.9.5结构因子517

21.9.6改进的一维线性平面波动方程517

21.10通过面板的声传递最小化来控制噪声518

21.10.1方法介绍518

21.10.2隔声罩声学性能测量518

21.10.3解读由隔声罩和面板制造商提供的声学特性数据519

21.10.4声学密封条的重要性及侧向传声的控制520

21.10.5穿过面板的声传递521

21.10.6大隔声罩内外的声音524

21.10.7贴近安装的隔声罩内部和外部噪声525

附录21.A有关系统的一些背景信息525

附录21.B卷积526

附录21.C协方差函数、相关和相干527

附录21.D频率响应函数529

附录21.E带有终端阻抗的管中的平面波529

附录21.F线性质量守恒方程的求导本附录内部引自Fahy和Walker（1998）530

附录21.c非线性（和线性）无粘性流体运动欧拉方程式的求导531

参考文献531

第22章 外部噪声534

22.1汽车噪声认证534

22.1.1认证背景534

22.1.2 EC噪声认证534

22.1.3车辙和大气的影响535

22.1.4 EC内噪声认证的未来发展536

22.1.5美国和其他非欧盟国家的噪声认证536

22.1.6满足认证噪声限制的结果536

22.2噪声源分级537

22.3进气系统和排气系统：性能和噪声影响538

22.3.1介绍538

22.3.2进气噪声——目标539

22.3.3有关进气系统设计的问题539

22.3.4进气系统539

22.3.5进气系统设计者539

22.3.6进气系统研发周期539

22.3.7主要进气系统部件539

22.3.8进气口位置539

22.3.9进气管和滤清器壳尺寸540

22.3.10为改进发动机性能而进行的进气和排气系统设计540

22.3.11进气及排气噪声源548

22.3.12流动管路声学551

22.3.13进气噪声控制：案例研究556

22.3.14排气噪声控制559

22.4轮胎噪声561

22.4.1轮胎空气噪声源562

22.4.2路面对轮胎空气噪声的影响562

22.4.3测量轮胎空气噪声563

22.4.4通过设计控制轮胎空气噪声563

附录22.A气门和气门口几何形状563

参考文献563

第23章 汽车仪表及远程信息处理567

23.1现代汽车仪表567

23.2输入输出信号转换568

23.3采样570

23.4燃油量测量571

23.5冷却液温度测量572

23.6机油压力测量572

23.7车速测量573

23.8显示设备573

23.9 LED574

23.10 LCD574

23.11 VFD575

23.12 CRT576

23.12.1扫描电路577

23.12.2 CAN总线580

23.13玻璃驾驶舱580

23.14行程信息计算机580

23.15 远程信息处理581

23.16汽车诊断581

附录 常用法定计量单位及其换算582