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《电动机车理论》可供电动汽车相关企业的工程技术人员自学研究,也可供相关企业、行政部门及行业协会等技术领导决策参考,也可作为车辆工程、机电工程、交通工程等相关专业的教学用书.《电动机车理论》所提供的科学分析思考方法,也有利于培养科技人员的创新思维,也十分适合用于汽车制造、电机及其驱动控制等相关企业对科技人员进行专业技术培训或职业教学。
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| 內容簡介： |
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《电动机车理论》综合车辆动力学、电机拖动、控制工程、交通管理等相关理论来论述电动机车理论。根据汽车行驶于多变路况和频繁起停的负载特性,分析比较了各类驱动电机的结构原理及其驱动特性,提出通过四轮直驱轮毂电机控制,按路况灵活调配电机功率,以提高运行效率和动能回收率等多项节能技术,既可成倍提高续驶里程,也更适于所述的多项电动汽车性能优化,使电动汽车有更好的行驶性能,并在量产后能较大降低制造成本,即以高性价比来确保广大民众均能真正接受，以促进其产业化顺利发展,使电动汽车尽快普及化.《电动机车理论》所涉知识面广,对电动汽车各相关技术进行了全面阐述,基础理论与实用技术结合紧密。《电动机车理论》还提供相应多媒体电子教学课件下载www.sciencep.comdownloads,方便教师、学生使用。
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| 目錄：
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序
前言
常用符号
表第一章 概述
第一节 电动汽车概况
一 电动汽车发展简介
二 电动汽车的类型 结构与特点
第二节 电动汽车的基本组成与特点
一 电动汽车的车体总成
二 动力储能装置简介
三 动力驱动系统结构与特点
四 电动汽车的整车控制系统
第三节 电动汽车产业化所涉及问题
一 电动汽车涉及的基础理论
二 电动汽车产业链特点
三 电动汽车创新商业模式
复习思考题
第二章 电动汽车驱动电机及其调速控制系统
第一节 概述
一 电机调速性能与其发展借鉴
二 汽车行驶对驱动电机的要求
三 电机驱动系统的基本组成
第二节 直流电机
一 直流电机的基本原理
二 直流电机的基本结构
三 直流电机的励磁方式
四 他励直流电机的调速与制动
五 他励直流电机的驱动控制
六 直驱力矩电机特性及其结构形状
第三节 交流电机
一 交流电机的工作原理
二 异步电机的结构及铭牌数据
三 异步电机启动特性的改进
四 交流电机的矢量控制技术
五 交流变频调速驱动控制
第四节 永磁无刷电机
一 永磁电机的分类
二 磁性转子结构与材料特性
三 永磁无刷直流电机
四 永磁交流同步电机
第五节 开关磁阻电机及驱动SRD系统
一 变磁阻电机的运行特点与种类
二 SRD系统的组成与结构原理
三 SR电机的基本方程与性能分析
四 SR电机的磁路结构设计
五 SR电机的驱动控制
六 双凸极永磁电动机
七 增强发电回馈 电磁制动的多功能SR轮毂电机
八 具有启动绕组的单相多功能SR轮毂电机
九 轴向分相具有轴向 径向三维混合磁路的多功能高效SR电机
十 使低 高速均能高效运行的方法及其SR电机
十一 明显改善转矩脉动的SR电机
第六节 直接驱动轮毂式装置
一 轮毂电机的发展与其结构类型
二 直接驱动轮毂式装置的特征
复习思考题
第三章 基于纵向力学的动力性
第一节 电动汽车动力系统的评价指标
第二节 汽车的行驶阻力
一 滚动阻力
二 空气阻力
三 坡度阻力
四 加速阻力
第三节 汽车的驱动力G行驶阻力平衡
一 汽车的驱动力
二 汽车行驶方程式
三 各类驱动装置的转速特性比较
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
一 汽车行驶的附着条件
二 汽车附着力与地面法向反作用力
三 驱动轮上的地面切向反作用力
四 附着率及其影响因素
复习思考题
第四章 电动汽车动力系统的设计
第一节 电动汽车动力系统参数的设计基础
一 电机各项参数及传动系的确定
二 动力储能装置参数的确定
第二节 纯电动公交客车的动力系统设计实例
第三节 电动轿车采用四轮直驱轮毂电机的设计实例
复习思考题
第五章 基于侧向力学的操纵稳定性
第一节 概述
一 操纵稳定性包含的内容
二 车辆坐标系
三 转向盘角阶跃输入的时域响应
四 操纵稳定性的研究方法
五 操纵稳定性的试验评价方法
第二节 轮胎的侧偏特性
一 轮胎的坐标系
二 轮胎的侧偏现象和侧偏力G侧偏角曲线
三 侧偏特性的影响因素
四 回正力矩
五 有外倾角时轮胎的滚动
第三节 线性二自由度汽车模型对前
轮角输入的响应
一 线性二自由度汽车模型的运动微分方程
二 前轮角阶跃输入的稳态响应
三 前轮角阶跃输入的瞬态响应
四 横摆角速度频率响应特性
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
一 汽车的车厢侧倾
二 侧倾时垂直载荷在左右车轮上的重新分配及对稳态响应的影响
三 车厢侧倾时车轮外倾角的变化
四 侧倾转向
五 变形转向
六 变形外倾
第五节 操纵稳定性与转向系的关系
一 转向系的功能与转向盘力特性
二 不同工况下的操纵稳定性要求
三 高速行驶时的操纵稳定性试验
第六节 操纵稳定性与切向力的关系
一 地面切向反作用力与转向特性
二 由切向反作用力控制转向特性
第七节 提高操纵稳定性的各类电子控制系统综合比较
第八节 汽车的侧翻
一 刚性汽车的准静态侧翻
二 带悬架汽车的准静态侧翻
三 汽车的瞬态侧翻
第九节 汽车操纵稳定性的路上试验
一 低速行驶转向轻便性试验
二 稳态转向特性试验
三 瞬态横摆响应试验
四 汽车回正能力试验
五 转向盘角脉冲试验
复习思考题
第六章 基于垂向力学的平顺性
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一 人体对振动的反应
二 平顺性的评价方法
第二节 路面不平度的统计特性
一 路面不平度的功率谱密度
二 空间 时间频率功率谱密度
三 路面对四轮输入的功率谱密度
第三节 简化为单质量振动系统分析
一 汽车振动系统的简化
二 单质量系统的自由振动
三 单质量系统的频率响应特性
四 单质量系统对随机输入的响应
第四节 车身 车轮双质量系统的振动
一 运动方程和振型分析
二 双质量系统的传递特性
三 车身加速度 车轮相对动载和悬架弹簧动挠度的幅频特性
四 计算系统振动响应量均方根值
五 系统参数对振动响应量均方根值的影响
第五节 双轴汽车的振动
一 振型分析
二、减小车身俯仰角加速度的分析
三、前、后轮双输入系统等效为单轮输入的折算幅频特性
四 轴距中心处和对的幅频特性
五 车身上任一点P的垂直位移对前轴上方车身位移的幅频特性
六 功率谱密度和均方根值的计算
第六节 “人体座椅”系统的振动的幅频特性
一 “人体座椅”系统的传递特性
二 “人体座椅”系统的参数选择
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
一 平顺性试验的主要内容
二 平顺性试验数据的采集和处理
复习思考题
第七章 基于地面力学的通过性
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
一 汽车支承通过性评价指标
二 汽车通过性几何参数
第二节 松软地面的物理性质
第三节 车辆的挂钩牵引力
一 车辆在松软地面上的土壤阻力
二 松软地面给车辆的土壤推力
三 挂钩牵引力
第四节 汽车通过性计算和影响因素
一 牵引通过性计算
二 影响汽车通过性的因素
第五节 间隙失效的障碍条件
第六节 汽车越过台阶 壕沟的能力
第七节 汽车的通过性试验
复习思考题
第八章 汽车的制动安全性
第一节 制动性的评价指标
第二节 制动时车轮的受力
一 地面制动力
二 制动器制动力
三 与附着力之间的关系
四 硬路面上的附着系数
第三节 汽车的制动效能及其恒定性
一 制动距离及制动减速度
二 制动距离的分析
三 制动效能的恒定性
第四节 制动时汽车的方向稳定性
一 汽车的制动跑偏
二 后轴侧滑与前轴失去转向能力
第五节 前 后轮制动力的比例关系
一 地面对前后轮的法向反作用力
二 理想的前后轮制动力分配曲线
三 具有固定比值的前 后制动器制动力与同步附着系数
四 前后制动力为固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析
五 利用附着系数与制动效率
六 前 后制动器制动力分配要求
第六节 汽车的制动性试验
复习思考题
第九章 电动汽车的性能优化
第一节 概述
一 交通现状赋予汽车业的使命
二 各种辅助安全性能装置简述
三 优化电动汽车的结构布局
第二节 防抱死制动系统ABS
一 ABS的基本功能与发展
二 ABS的基本组成与分类
三 ABS的工作原理
四 ABS的基本结构
第三节 驱动防滑转控制ASR
一 ASR的功用及与ABS的区别
二 ASR的基本组成与分类
三 ASR的工作原理
四 ASR的基本结构
第四节 汽车电子稳定系统ESP
一 ESP的基本功能
二 ESP的结构组成
三 ESP的工作原理
第五节 新型转向系统及电子差速控制
一 汽车转向系统概述
二 电子控制电动助力转向系统
三 四轮转向系统
四 电子差速转向的工作原理
五 转向系统的全面改进
第六节 安全测距防撞控制系统
一 安全测距防撞控制的实施意义
二 防撞测距传感技术
三 测距防撞控制系统的结构原理
第七节 电子控制悬架系统ECSS
一 ECSS的功能和可控悬架分类
二 半主动式电子控制悬架系统
三 全主动式电子控制悬架系统
第八节 汽车电子巡航控制系统CCS
一 汽车CCS的功用和基本原理
二 汽车CCS组成部件的功能原理
三 汽车CCS的未来发展
复习思考题
第十章 汽车业发展与治理交通之重要性
第一节 智能交通与城市交通管理的理论基础
一 智能交通系统简介
二 道路交通流理论的简要分析
三 道路通行能力分析
四 交通需求管理
第二节 改进公交设施与服务水平
一 改进公交服务设施的八项措施
二 公交线路最佳布局软件简介
三 提高出租车载客率的措施
第三节 可节 约交通资源一倍的电动微轿车
一 从提高交通资源利用率考虑车型
二 电动微轿车的技术改进
三 推出电动微轿车的综合效益
第四节 解决城市交通拥堵的措施
一 改善城市交叉路口的措施
二 解决机动车与非机动车混行和机动车停车难的问题
三 发挥交通管理等部门的作用
复习思考题
主要参考文献
后记
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| 內容試閱：
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第一章概述
第一节电动汽车概况
一？电动汽车发展简介
（一）电动汽车的早期发展
尽管电动汽车技术目前看来还处于新兴发展期，但它的产生却早于燃油车，并已经历了多个兴衰周期。电动汽车的最早构想和研制历史可追溯到1834年，ThomasDavenport创造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动，只能行驶一小段距离。而开发以可充电池为动力的电动汽车是法国人和英国人。1881年，法国工程师古斯塔夫？特鲁夫（GustaveTrouve）发明了第一辆以铅酸电池为动力的电动三轮汽车，并于1881年8月在法国巴黎举办的国际电器展览会上展出。英国人阿顿（Arden）与培里（Pery）在1882年研发了三轮电动汽车。这些均早于德国人卡尔？奔驰（KarlBenz）于1885年研制成功的世界上第一辆以汽油为燃料的汽车。
电动汽车在欧洲发明后，很快传到美国。1890年，美国第一辆蓄电池汽车在衣阿华州诞生，车速为23kmh。在此之后的十多年里，电动汽车在美国得到快速发展。到20世纪初，美国以蓄电池为动能的电动汽车已占汽车保有量的38%，仅次于占汽车保有量40%的蒸汽机汽车，而内燃机汽车当时仅为22%。即燃油车保有量仅占更为笨重的蒸汽机车的一半左右，追其原因，我们在第三章（图3-26相关分析）通过对各类驱动装置的转速特性比较分析中也许能得到启发：活塞式蒸汽机的转速负载特性远比活塞式内燃机更适合于汽车多变路况的要求。由此也说明改善电动汽车驱动电机的转速负载特性对优化汽车性能的重要性。
随着石油的大量开采？油品油质的提高以及内燃机技术的发展，特别是发动机启动器在汽车上的应用，以及大规模流水线生产（福特汽车公司于1913年开发了世界上第一条汽车装配流水线，使当时的T型车组装时间从12.5h缩短到1.5h，后来达到10s出一辆），使燃油车的性价比优势逐渐明显。电动汽车由于续驶里程短等因素，其发展优势开始走向衰退，加之投入不足，使其研究与开发工作一度停滞，技术发展曾经长期处于缓慢发展之中。
到20世纪60年代后，由于能源？环境问题使人们对电动汽车又开始重新重视，世界各国政府与汽车制造商对电动汽车的研究开发均有不同程度的投入。特别是在近十多年来，电动汽车研究开发热已进入了高峰期，并在各项技术发展上取得相应成果和进步。
（二）电动汽车在各国的发展现状及规划
近十几年来，全球各国汽车制造商均在加紧研制各类电动汽车，并在各方面取得相应进展和突破。特别是近几年为推动新能源汽车普及，世界主要的汽车工业国家已在新能源汽车的基础设施上制定？规划和出台了相应措施，据资料表明[1]：全球范围内新能源汽车基础设施的数量有望从2011年的13.5万座增加到2020年的1000.7万座。
1）日本。出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑，日本一直十分重视电动汽车的研制与开发。1976年日本成立电动汽车协会，展开了电动汽车新技术的研发工作。本田公司于1996年推出了“PLUS”纯电动汽车，并于1997年将“PLUS”推向美国。日本特别在混合动力汽车的产品发展方面比较领先，例如，1997年丰田公司推出世界上第一代批量生产的混合动力轿车普锐斯（PRIUS），于2000年7月出口北美，同年9月出口欧洲，2003年推出第二代产品，其生产工艺更为成熟，2009年又推出第三代产品，同年在美国市场的普锐斯累计销量达到100万辆，标志着丰田的混合动力技术已成功实现了产业化。而本田公司在1999年推出insight混合动力汽车。2010年日产公司推出LEAF纯电动轿车。2006年日本经济产业省（METI）和资源能源厅制定了《新国家能源战略》。2009年日本开始实施“绿色税制”。2010年日本经济产业省公布了《下一代汽车战略2010》，规划到2020年日本纯电动汽车？插电式混合动力汽车的普及率达到15%~30%，作为发展纯电动汽车必不可少的基础设施，提出到2020年将在日本建立充电设施200万座。
2）美国。1991年美国通用？福特？戴姆勒G克莱斯勒三大汽车公司共同协议，联合成立美国先进电池联合体（USABC），合作研发电动汽车所需的高能电池，同年10月总统布什批准了2.26亿美元拨款资助此项研究。1993年9月克林顿提出新一代汽车合作计划（PNGV），它由美国商务部？国防部？能源部？运输部？环保署以及国家科学基金会等联邦政府机构与三大汽车公司合作实施，进行混合动力概念车的开发等科技工作。至2002年，布什政府又制定了FredomCAR计划，用于取代PNGV计划而转向集中于燃料电池电动汽车的研究。又至2009年，奥巴马政府公布《美国复苏与再投资法案》（ARRA），曾为锂离子电池制造商提供财政拨款24亿美元，即重点转向纯电动汽车和插电式混合动力汽车的研发。即每届总统对电动汽车的护持力度各有侧重点。2010年年底通用推出Voit增程式电动车，2012年6月特斯拉公司的ModelS在美国上市，截至2013年6月美国已建成充电设施18141座。
3）欧盟与其各国。为提高欧盟各国的科技水平，充分调动欧盟各国的科技力量，避免各国科研计划的重复，有效利用欧盟各国的人力？物力资源，欧盟前后制定了一些统一的研究计划。与电动汽车及其能源相关的发展计划如下：2003年欧盟颁布了《欧洲未来氢能图景》，并制定了《欧洲氢能发展路线图》；2007年10月欧盟委员会通过了有关发展氢燃料汽车的立法建议；2008年9月欧盟通过了《关于发展新能源汽车的立法建议》；2008年11月，欧盟？欧洲工业委员会和欧洲研究社团联合制定了2020年氢能与燃料电池发展计划，将在该方面投资近10亿欧元；2010年4月欧盟委员会公布了《清洁能源和节能汽车欧洲战略》文件；2013年1月欧盟委员会宣布实施清洁燃料战略，着手在欧洲推行符合统一设计和使用标准的替代燃料站点。另外，欧盟各国也同时制定了自己国家的相关研究计划：2003年法国出台清洁能源汽车计划；2008年法国政府宣布投资4亿欧元用于研制清洁能源汽车；2009年8月德国联邦政府颁布了《德国联邦政府国家电动车发展规划》，目标为到2020年使电动汽车和插电式混合动力汽车达到100万辆；2009年9月英国能源技术研究所（ETI）宣布启动“联合城市计划”，投资1100万英镑协助各大城市部署具有成本效益和兼容性的充电站网络；2010年英国交通部发布私人购买纯电动汽车？插电式混合动力汽车和燃料电池汽车补贴细则；2011年英国政府计划投资2400万英镑，支持有助于推动英国低碳汽车发展的六项技术创新项目。
4）中国。我国在传统汽车方面，虽在改革开放后通过引进技术？对外合作？合资经营，有了长足的发展，但在其核心技术方面与国外仍有较大差距。而对于电动汽车技术研发方面，我国与发达国家几乎在同一起跑线上，这是我国汽车业赶超发达国家的极好机遇。自“十五”国家“863”计划确立“三纵三横”（三纵指混合动力汽车？纯电动汽车？燃料电池汽车；三横指电池？电机？电控）研发布局起，相继在“十一五”和“十二五”计划中出台了相关电动汽车科技发展专项规划。期间，国务院及所属部委先后颁布了《新能源汽车生产准入管理规划》《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》《汽车产业调整和振兴规划》《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》《关于加快培育和发展战略性产业的决定》《关于鼓励和引导民营企业发展战略性新兴产业的实施意见》《节能与新能源汽车产业发展规划（2012~2020年）》《关于组织开展新能源汽车产业技术创新工程的通知》等相关文件。在2008年北京奥运会期间，共有595辆自主研发的节能与新能源汽车实现了规模化？集中化？高强度的成功应用。在2010年上海世博会期间，共有1147辆新能源汽车提供交通服务。国内现有研制纯电动轿车的企业主要有比亚迪？江淮？东风？长安？奇瑞？众泰？吉利等公司。据资料统计[1]，截至2012年年底，我国83家《车辆生产企业及产品公告》企业的电动汽车年产能超过60万辆，其中长安电动汽车整车产能达20万辆，比亚迪电动汽车整车产能达10万辆，奇瑞电动汽车整车产能达5万辆；同时几大企业共在25个试点城市建设了174座充换电站？8107个充电桩。值得一提的是，2012年12月万向集团以2.566亿美元成功收购了美国锂电池制造商A123公司，使锂电池制造技术得到极大提升。
二？电动汽车的类型？结构与特点
（一）电动车辆的分类和能源多元化
1.电动车辆的类型
电动车辆是指用电能驱动，电动机作为牵引或驱动行驶的车辆。车辆使用的电力可以用多种形式供给，如公用电网？专用电网和储电装置。其中，储电装置有各种蓄电池？燃料电池？太阳能电池等。人们根据使用场所和特点，已能生产使用的各种电动车辆按常规可分为图1-1所示的几种类型。其中无轨与有轨之分，原是指城市公共交通专用的有轨道电车和无轨道电车，这里的有轨含义是车辆车轮在专用铁轨上行驶的轨道电车，如铁路上的电力火车？城市的地铁？高架轻轨电力客车等。轨道电车的特点是单相馈电制，由电网供给电力，功率？电压等级和车辆速度配置灵活，运行管理电子化？信息化？部分智能化，转向系统由路轨导引。
无轨电车是指原城市公共交通线路上运行的电动车辆，这种车辆名义上称为无轨，指的是道路上无轨道，由于车辆所需的动力必须由专用直流电力网供给，所以实际上也是受限制的。馈电方式是将正负双线架在路边的线路上，馈电线杆高约为3m，由于车辆受电杆的限制，车辆也只能在一定的宽度范围内活动。和轨道电车一样，无轨电车一般在行车途中也无法超越其他车辆。但随着非接触式无线感应充电？基于磁共振技术的无线电能传输或快速充电技术的发展，可不受电网馈电线杆或轨道的限制，而自由超车的真正无轨电车也将应运而生。即可做到边行驶边充电；或将馈电线路改为沿途站点快速充电，尤其对市区短途公交电车只要每到终点站，经数分钟快速充电就能补充单程行驶所需电能。
所谓特定车是指在特定的有限活动空间或有某种专门用途的小型电动车辆，也由于目前纯蓄电池电动车的能量不富裕的特点，而较适用于某些特定场所，性能参数要求也不高的特定车辆，如各城市公园的游览观光车？高尔夫球场车？电动自行车？电动摩托车？电动三轮车？特定电动搬运车和残疾人自驾车等，但按定义来说该类特定车辆不应属于汽车。
图1-1电动车辆的类型
2.电动汽车的类型
电动汽车也应属电动车辆的一个分支，并具有汽车的性能和属性，即指全部或部分用车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通？安全法规各项要求的汽车。电动汽车的动力线路与原内燃机动力线路不同，其车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池，即相当于原来的油箱，而驱动电机相当于传统汽车的发动机。电动汽车通常被分为蓄电池电动汽车（BateryElectricVehicle，BEV）？混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle，HEV）和燃料电池电动汽车（FuelCelElectricVehicle，FCEV）三大类。其中，蓄电池电动汽车现已习惯称为纯电动汽车（EV）。对电动汽车的具体分类如图1-2所示。由于各类车载电源特性不同，为更好地扬长避短，常会采用两种以上车载电源，为此需对混合动力予以说明：通常认为混合动力电动汽车是指以内燃机为主？蓄电池为辅的汽车；而对于采用以蓄电池为主，另加一种储能器的仍作为纯电动汽车；同样采用以燃料电池为主，另加一种储能器的作为燃料电池电动汽车。
可以看出三大类电动汽车的主要区别是车载储能装置的不同。也说明纯电动汽车是电动汽车的技术基础，混合动力电动汽车是发展中的过渡模式，而燃料电池电动汽车是较理想的目标。由于三类电动汽车都要用电机驱动来替代传统汽车所用发动机，所以优化提高电机驱动性能是其技术基础之基础。而纯电动汽车就包含了电机驱动技术的基本特征，对我国来说还存在市场？资源？技术三大优势[2]。为解决目前蓄电池比能量不足而存在的续驶里程问题，还需与内燃机组合成为混合动力电动汽车，但发展混合动力电动汽车相对我国技术优势不大，成本也总难以下降。而燃料电池是唯一同时兼备无污染？高效率？适用广？无噪声且具
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