本书系统介绍了汽车动力传动系统的基本构成、控制原理及其在电动化与自动驾驶背景下的最新应用。全书围绕内燃机、电动机、传动机构、排放法规与能量管理等关键模块展开， 详尽剖析了内燃机与电驱动的能量转换过程、转矩控制方法、变速器控制逻辑及动力分配策略等内容。同时， 书中还结合实际案例探讨了人机交互、驾驶行为建模、振动噪声控制以及先进驱动系统对乘坐舒适性与车辆稳定性的影响。特别是在自动驾驶辅助系统的研究部分， 作者从动力控制出发， 延伸至整车控制协同与ＨＭＩ 接口设计， 理论结合实践， 体现出高度的系统性与前沿性。作为融合传统汽车工程与智能控制理念的重要著作， 本书适合汽车工程、控制工程等专业的高校师生及从事汽车动力传动系统控制技术研发的研究人员、工程师阅读使用。

1.双色印刷，图文清晰
2.技术前沿，分析了动力传动系统在自动驾驶中的应用与优化方法，为读者揭示了未来汽车动力系统的发展方向
3.内容丰富，理论与实践相结合，为读者提供了全面的知识体系和实用的技术指南
4.引进日文原版图书，原作者在汽车动力传动领域深耕多年，积累了丰富的产业实践经验

动力传动系统由动力装置（如内燃机和电动机）、起步装置， 以及传动机构（如变速器和差速器） 组成。
动力传动系统的任务是顺畅安全地提供所需的驱动力，并在保证舒适性和效率的情况下完成控制任务。
在发动机中， 首先要求安全、连续、稳定地产生动力，其次要完成驾驶员预期的动力输出控制。在起步装置和传动机构中， 需要完成发动机和车辆之间的功率匹配（特别是在最小功率损耗条件下实现速度匹配）， 最低要求是不出现机械损坏（即使重复使用也不会大幅度降低耐久性）， 避免振动噪声引起乘客不适。同时， 排放性能以及安全性必须符合法律法规才能进行销售。此外， 需要考虑环境问题或将环境污染降到最低。
相对较轻但质量超过１０００ｋｇ 的车辆在以接近２００ｋｍ／ ｈ（５５.６ｍ／ ｓ） 的速度下行驶时出现控制错误或行驶不稳定会导致安全事故。所以， 必须使用合适的模型设计控制算法，并将其应用到控制器的程序中。因此， 在使用控制模型之前， 需要理解动力传动的物理特性。由此可知燃料电池汽车和串联式混合动力电动汽车具有相同的驱动机构， 只是前者通过燃料电池发电， 后者依赖内燃机带动发电机发电。另外， 我们也更容易理解串并联混合动力汽车的发动机和电动机的动力分配控制。也就是说， 需要将物理特性理解为用数学公式表达的定性理论， 同时需要定量地掌握力、速度和时间， 而对控制对象的控制则是在其低维动态（不影响准确性） 的基础上构建的。
本书对上述方法进行了详细介绍。第１ 章介绍了发动机的能量转换过程，以及驱动方式与动力源的关系及发展历史。第２ 章首先介绍了将内燃机作为动力源时内燃机正常运转的基本燃油消耗计算和点火控制， 然后介绍了转矩输出控制和尾气处理控制。第３ 章对电动机的驱动原理进行了说明。根据磁场和电流的关系定义电动机输出转矩， 驱动电动机通过改变电流方向进行连续的功率转换， 以永磁体直流电机为例进行说明。在这种方法中， 由于磁场是恒定的，因此电动机产生的转矩与电路电流成正比。此外， 还对广泛用于电流控制的ＰＷＭ 控制技术进行了说明。第４ 章介绍了从发动机到车轮的传动机构， 主要是起步装置和变速器。内燃机停止状态无法直接输出转矩， 因此需要变矩器等起步装置， 而在高速工况下， 则需要减速器和变速器以实现高效的动力传递。特别是在机械式无级自动变速器（ＣＶＴ） 和双离合变速器（ＤＣＴ） 中， 如果没有合理控制就无法正常工作， 因此需要对变速器控制方法进行说明。对于驱动轮之间的动力分配装置， 在只有一台发动机的情况下， 至少需要差速器， 并且通过机械限滑差速器（ＬＳＤ） 或电子控制的动力分配装置来提高动态性能。动力分配机制对于串并联混合电动汽车（ＨＥＶ） 至关重要。第５ 章介绍了排放法规与能量管理。对各国的燃料消耗排放测试方法和车载诊断系统（ＯＢＤ） 测量方法进行了说明， 并重点介绍了燃料消耗排放限制和相应的能源管理问题。ＣＯ２排放量是通过法定的测试循环进行测量的， 不同测试循环下汽车行驶单位距离的负荷特性存在显著差异。内燃机中转矩越大， 运转效率越高， 相反地， 在电动机中转矩（电流） 越大， 效率相对越低。动力源通过使用蓄能元件（如电池） 来优化运行。第６ 章将驾驶员和汽车（受控系统） 的交互关系视为动态的人机交互（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ， ＨＭＩ） 问题进行讨论。随后对作为高级辅助驾驶和自动驾驶基础的动力传动系统驱动控制问题进行说明。辅助驾驶和自动化的基础技术能够分别对驱动、制动以及转向系统进行控制， 完成目标轨迹跟踪任务， 是一种通过电子线控系统（Ｘ-ｂｙ-Ｗｉｒｅ 系统） 进行的驱动控制。其中， 人的驾驶操作和被操控车辆的制动器之间没有机械连接。另外， 从舒适性的角度出发， 还讨论了包括驾驶员在内的控制系统的操作以及汽车动力传动系统引起的振动噪声问题。特别是对噪声源的特性和主动控制进行了说明。第７章使用动力传动系统模型进行了分析和评估， 控制需要定性捕捉现象， 定量进行行为评估。为此需要进行受控对象的建模和数值实验（数值模拟）， 并考虑建模的规模、准确性以及计算时间。最后， 附录部分讲解了基于模型解析所必需的线性微分方程式的计算方法、拉普拉斯变换和频率响应、数值解析和公式处理软件的内容。
本书作者在汽车公司从事发动机和传动机构的研究开发工作长达２７ 年， 后进入大学教授内燃机和动力传动知识。作者认为， 即使仅参与一部分的动力系统控制工作， 也必须掌握汽车驱动和传动的相关知识。因此， 本书不仅介绍了控制方法， 还讲述了能量转换和传动过程以及驾驶员的行为等内容。此外， 对于传动系统不仅要有定性理解， 在考虑控制时还需要有定量理解， 为此， 第７章对动力系统模型进行了分析， 附录部分介绍了用于数值分析以及求解公式模型的计算机代数系统的处理方法。

栂井一英，现任大阪产业大学工学部交通机械工学科教授，同时担任动力传动系统研究室研究员，是日本计测自动控制学会、国际自动机工程师学会及日本汽车工程师学会等多个专业学术组织的核心成员。栂井一英教授在汽车动力传动领域深耕多年，曾先后任职于住友轻金属工业株式会社、日立造船株式会社、三菱汽车工业株式会社，积累了丰富的产业实践经验。其研究方向广泛覆盖直喷汽油发动机、压缩点火柴油发动机、无级变速器、双离合变速器、动力传动系统NVH及人因工程等多个关键领域，长期致力于相关技术在整车上的应用与控制策略优化，学术成果与实践经验在行业内备受认可。

高振海，男，满族，1973年2月生，吉林大学车辆工程专业博士，西安交通大学控制科学与工程专业博士后。现任吉林大学汽车工程学院院长，兼任中国汽车工程学会汽车技术教育分会秘书长和吉林省汽车工程学会汽车电子分会秘书长。担任《International Journal of Vehicle Autonomous Systems》、《汽车工程》及《中国机械工程》等多个国内外权威学术期刊审稿专家；担任2012 International Conference on Advanced Vehicle Technologies and Integration的执行主席、2012 国际汽车工程师大会学生与青年工程师论坛执行主席和中国汽车工程学会首届青年学者论坛执行主席。2001年入选教育部高等学校骨干教师资助计划，2007年入选霍英东教育基金会高等学校青年教师优选资助计划，2008年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。

前　言
第1 章　汽车动力传动系统／ ００１
1.1　汽车动力传动系统的工作范围／ ００２
1.2　驱动力／ ００２
1.3　能量转换／ ００４
1.3.1　从热能向机械功的转换／ ００４
1.3.2　从电能向机械功的转换／ ００７
1.4　驱动方式与动力源／ ００８
1.4.1　动力源的发展／ ００８
1.4.2　内燃机驱动／ ００９
1.4.3　从内燃机驱动到电力驱动／ ０１１
1.4.4　电动汽车的能源供应和转换形式／ ０１１
第2 章　内燃机／ ０１３
2.1　从燃料到机械功的能量转换／ ０１４
2.1.1　循环做功／ ０１４
2.1.2　转矩、功率和内燃机的性能指标／ ０１４
2.2　单个循环过程燃料室内部的温度压力变化和热
效率／ ０１５
2.2.1　热循环的定义与公式表示／ ０１６
2.2.2　空气循环的理论热效率／ ０１８
2.2.3　内燃机有效输出压力的表达式／ ０１９
2.2.4　理论循环与实际发动机循环的差异／ ０２０
2.3　燃料的计量和供应／ ０２１
2.3.1　理论空燃比／ ０２１
2.3.2　燃料的供给和雾化／ ０２２
2.3.3　燃料雾化／ ０２４
2.3.4　燃料喷射方式／ ０２５
2.4　点火控制和分组喷射／ ０２６
2.4.1　电火花点火与压缩点火／ ０２６
2.4.2　燃料控制和点火控制的执行时序／ ０２８
2.5　输出转矩控制／ ０３０
2.5.1　响应延迟：空气输送模型／ ０３０
2.5.2　燃料能量到机械功的转换／ ０３２
2.5.3　发动机输出转矩模型／ ０３２
2.5.4　涡轮增压过程的传递函数模型／ ０３３
2.6　尾气处理技术／ ０３６
2.6.1　空燃比控制／ ０３６
2.6.2　催化剂的预热加速控制／ ０３８
第3 章　电动机／ ０３９
3.1　电流与转矩产生／ ０４０
3.2　电流供给相位切换／ ０４３
3.3　电动机转速与感应电动势／ ０４４
3.3.1　感应电动势的产生／ ０４４
3.3.2　弱磁控制／ ０４５
3.4　电路方程和运动方程／ ０４６
3.4.1　电路／ ０４６
3.4.2　机械系统／ ０４８
3.4.3　电动机的转矩和速度控制／ ０４９
3.4.4　控制系统的设计与评估／ ０５０
3.5　电流控制／ ０５１
3.5.1　基于PWM 的电流控制／ ０５１
3.5.2　转矩波动／ ０５２
3.5.3　逆变器和电源电压的升高／ ０５３
第4 章　动力传动系统／ ０５５
4.1　起步装置／ ０５６
4.1.1　离合器／ ０５６
4.1.2　液力变矩器／ ０５７
4.1.3　起步时的加速行为与效率／ ０５７
4.1.4　效率的提高与锁止离合器滑摩控制／ ０５８
4.2　变速器／ ０５９
4.2.1　有级变速器／ ０６０
4.2.2　无级（自动）变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）／ ０６４
4.3　液压控制／ ０６８
4.3.1　电磁阀的工作原理／ ０６８
4.3.2　电磁阀的流量控制与压力控制（开口面积控制，开口时间控制） ／ ０６９
4.3.3　基于PWM 的阀门开度控制／ ０７０
4.4　动力分配装置／ ０７３
4.4.1　车轮间的速度与动力分配／ ０７３
4.4.2　行星齿轮机构的动力分配／ ０７３
4.4.3　车轮间的动力分配（包括由多个电动机组成的轮毂电机系统） ／ ０７４
第5 章　排放法规与能量管理／ ０７５
5.1　全球排放测试循环工况及法规／ ０７６
5.2　燃油消耗和尾气测量的方法／ ０７９
5.2.1　以燃料为能源的车辆（内燃机汽车和HEV） ／ ０７９
5.2.2　电动（外部供给）车辆（PHEV 和BEV） ／ ０７９
5.3　车载诊断系统（OBD） ／ ０８０
5.4　能量管理／ ０８１
5.4.1　动力源的效率／ ０８１
5.4.2　储能发电和消耗分散／ ０８２
5.4.3　动力源输出功率的优化管理／ ０８３
第6 章　驾驶控制与舒适性／ ０８７
6.1　自动化驱动控制／ ０８８
6.1.1　驱动控制技术的历史／ ０８８
6.1.2　自动驾驶所需的驱动控制系统／ ０８９
6.1.3　动力源的转矩控制／ ０９０
6.1.4　动力传动系统的驱动力控制／ ０９２
6.2　针对包含驾驶员在内的控制系统的观点／ ０９３
6.2.1　人在驾驶中的能力与局限／ ０９４
6.2.2　驾驶学习算法／ ０９６
6.2.3　驾驶的简易性与人机界面（HMI）的视角／ ０９７
6.3　振动噪声／ １００
6.3.1　作为振动噪声源头的动力源／ １０１
6.3.2　加减速冲击（驱动轴的扭转振动） ／ １０２
6.3.3　动力传动系统的噪声／ １０３
第7 章　动力传动建模和评价／ １０７
7.1　模型的规模及时间／ １０８
7.2　基于物理公式的模型／ １１０
7.3　模型示例／ １１１
7.4　建模与分析的软件工具／ １１６
附　录　／ １１９
附录A　微分方程及其计算方法／ １２０
附录B　拉普拉斯变换和频率响应／ １２１
B.1　拉普拉斯变换和传递函数／ １２１
B.2　频率响应（伯德图） ／ １２２
B.3　系统的结合／ １２３
附录C　数值计算和公式处理软件／ １２４
C.1　传动系统控制软件Maxima 入门／ １２５
C.2　Scilab/Xcos 入门／ １３０
附录D　燃烧室内温度压力变化（空气循环）的计算／ １４４
D.1　空气的物理常数／ １４４
D.2　气体状态变化／ １４４
D.3　含高膨胀比循环的空气循环热效率计算／ １４５
附录E　燃料、空燃比及发热量／ １５０
E.1　燃料特性指标／ １５０
E.2　燃烧反应与空燃比／ １５１
E.3　发热量计算／ １５１
附录F　节气门至燃烧室的空气输送／ １５３
参考文献／ １５５