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第1章 引言1

1.1 动机1

1.2 目的2

1.3 上游过程3

1.4 车载能量载体的能量密度7

1.5 获得更好燃料经济性的途径9

第2章 车辆能量和燃油消耗基本概念10

2.1 车辆能量损失和性能分析10

2.1.1 能量损失10

2.1.2 车辆性能和驾驶性13

2.1.3 车辆运行模式15

2.2 循环工况中的机械能需求16

2.2.1 测试循环工况16

2.2.2 机械能需求18

2.2.3 能量消耗的一些讨论21

2.3 燃油消耗的预测方法和工具25

2.3.1 平均运行点法25

2.3.2 准静态法28

2.3.3 动态法30

2.3.4 优化问题31

2.3.5 软件工具32

2.4 习题34

第3章 基于内燃机的动力驱动系统36

3.1 内燃机模型36

3.1.1 绪论36

3.1.2 归一化的发动机变量37

3.1.3 发动机效率的表示37

3.2 变速器模型39

3.2.1 绪论39

3.2.2 传动比的选择39

3.2.3 变速器效率41

3.2.4 摩擦离合器和变矩器的损耗42

3.3 基于内燃机的动力驱动系统的燃油消耗44

3.3.1 绪论44

3.3.2 平均工作点法44

3.3.3 准静态法46

3.3.4 提高基于内燃机的动力总成单元燃油经济性的措施48

3.4 习题50

第4章 电动和混合电动推进系统51

4.1 电动推进系统51

4.1.1 已有的概念51

4.1.2 电动汽车建模52

4.2 混合电动推进系统52

4.2.1 介绍52

4.2.2 系统配置53

4.2.3 功率流55

4.2.4 功能分类57

4.2.5 现有车辆情况60

4.2.6 混合动力车辆建模61

4.3 电动机62

4.3.1 介绍62

4.3.2 电动机的准静态模型65

4.3.3 电机动态模型69

4.4 增程器78

4.5 电池79

4.5.1 介绍79

4.5.2 电池的准静态模型83

4.5.3 电池的动态建模91

4.6 超级电容97

4.6.1 介绍97

4.6.2 超级电容的准静态模型98

4.6.3 超级电容的动态建模101

4.7 电功率链102

4.7.1 介绍102

4.7.2 电功率链准静态建模102

4.7.3 电功率链动态建模103

4.8 转矩耦合器104

4.8.1 介绍104

4.8.2 转矩耦合器的准静态建模105

4.8.3 转矩耦合器的动态建模105

4.9 功率分配装置106

4.9.1 介绍106

4.9.2 功率分配装置的准静态建模106

4.9.3 功率分配装置的动态建模110

4.10 习题113

第5章 非电混合驱动系统121

5.1 短期存储系统121

5.2 飞轮123

5.2.1 简介123

5.2.2 飞轮储能器的准静态建模126

5.2.3 飞轮储能器的动态建模128

5.3 无级变速器129

5.3.1 简介129

5.3.2 无级变速器的准静态建模130

5.3.3 无级变速器的动态建模132

5.4 液压储能器133

5.4.1 简介133

5.4.2 液压储能器的准静态建模134

5.4.3 液压储能器的动态建模138

5.5 液压泵／马达139

5.5.1 简介139

5.5.2 液压泵／马达的准静态建模140

5.5.3 液压泵／马达的动态建模141

5.6 气动混合发动机系统142

5.6.1 简介142

5.6.2 运行模式143

5.7 问题147

第6章 燃料电池推进系统148

6.1 燃料电池电动车辆和燃料电池混合动力车辆148

6.1.1 简介148

6.1.2 概念车发展现状149

6.2 燃料电池150

6.2.1 简介150

6.2.2 燃料电池的准静态建模158

6.2.3 燃料电池的动态建模169

6.3 重整器171

6.3.1 介绍171

6.3.2 燃料重整器的准静态建模173

6.3.3 燃料重整器的动态建模176

6.4 习题176

第7章 监督控制算法178

7.1 动力总成单元控制178

7.2 启发式能量管理策略180

7.3 最优能量管理策略183

7.3.1 最优控制问题的形成183

7.3.2 非因果控制方法（离线优化）185

7.3.3 因果控制方法（在线次优控制器）190

7.4 习题197

附录204

附录A 实例研究204

A.1 实例学习1：传动比优化204

A.1.1 介绍204

A.1.2 软件结构204

A.1.3 结果205

A.2 实例学习2：双离合器系统——换档策略207

A.2.1 介绍207

A.2.2 模型描述和问题的公式化207

A.2.3 结论209

A.3 实例学习3：内燃机和飞轮动力系统209

A.3.1 介绍209

A.3.2 建模和试验验证210

A.3.3 数值优化211

A.3.4 结论212

A.4 实例学习4：并联式混合动力车辆优化控制213

A.4.1 简介214

A.4.2 建模和试验验证214

A.4.3 控制策略215

A.4.4 结果217

A.5 实例研究5：最优车辆跟随策略222

A.5.1 建模和问题描述222

A.5.2 指定最终距离的最优控制223

A.5.3 不指定最终距离的最优控制226

A.6 实例研究6：用于竞赛的燃料电池电动汽车的燃料最优轨迹229

A.6.1 建模230

A.6.2 最优控制233

A.6.3 结果235

A.7 案例研究7：串联混合动力公交车最优控制236

A.7.1 建模和验证237

A.7.2 最优控制240

A.7.3 结果242

A.8 实例研究8：气动混合发动机244

A.8.1 面向控制的模型245

A.8.2 最优控制策略249

A.8.3 仿真结果251

A.8.4 试验验证253

附录B 最优控制理论256

B.1 参数优化问题256

B.1.1 无约束问题256

B.1.2 数值解法257

B.1.3 等式约束极值问题259

B.1.4 不等式约束极值问题261

B.2 最优控制262

B.2.1 引言262

B.2.2 基本问题的最优控制263

B.2.3 哈密尔顿一次积分267

B.2.4 最终状态确定的最优控制267

B.2.5 不定最终时间最优控制268

B.2.6 输入带边界的最优控制268

附录C 动态规划271

C.1 引言271

C.2 原理272

C.2.1 问题定义272

C.2.2 最优性原理272

C.2.3 确定性动态规划273

C.2.4 随机动态规划273

C.2.5 复杂程度274

C.3 算法实现的问题274

C.3.1 网格选择274

C.3.2 最近邻点或插值275

C.3.3 标量或集的执行276

C.3.4 实例：中度并联混合动力汽车的转矩分配277

参考文献281