1、,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,第3章 汽车前沿技术,【教学目标】通过本章的学习，读者可以初步掌握国内外 汽车节能、环保和安全的标准要求及其控制技术，了解纯电 动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的基本知识，对汽车轻量化技术和智能化技术有较全面的认识，增强学习 车辆工程专业的欲望。,第 1 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEER
2、ING,导入案例汽车工业经过120多年的发展，汽车已经成为人们不可缺少 的现代交通工具，给人们生活带来效率、便捷和舒适，使人 们的生活更加丰富多彩，但同时也带来石油资源消耗过度、空气污染、交通拥堵、事故频发等严重的社会问题，如何从 前沿技术上解决这些社会问题？未来汽车将如何改变人类的 生活方式？通过本章的学习，读者可以获得答案。,第 2 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 3 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.1汽车节能环保和安全标准,为了保证汽车产品的质量，特别是为了满足有关节约
3、能源、环境保护和安全等方面的要求，促进汽车生产的系列化、通 用化和标准化，各国都制订了一系列的汽车标准，作为汽车 生产企业、销售商和使用者必须共同遵守的准则。汽车标准从等级上可以分为国家标准、行业标准和企业标 准。推动汽车前沿技术发展的动力主要是有关节能、环保和安 全强制性标准的不断提高。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 4 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.1.1 汽车节能标准随着汽车工业发展和汽车保有量的快速增长，汽车节能标 准不断升级，目的是减少汽车燃料消耗量，缓解燃油供求矛
4、 盾，促进汽车产业技术进步和优化升级。目前，中国乘用车 节能标准分为4个阶段。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 5 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.1.1 汽车节能标准2011年美国公布了20122016年汽车油耗新标准，提出到2025年平均达到5.2L/100km的油耗目标。欧洲油耗新标准提出，2015年和2020年乘用车平 均燃油消耗量降至5L/100km和4.7L/100km。日本油耗新标准提出，2020年乘用车平均燃油消 耗量降至4.9L/100km。,规格严格 功夫到家
5、,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车节能技术,第 6 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,1）发动机节能技术涡轮增压技术涡轮增压发动机依靠涡轮 增压器为发动机增加约10倍 的进气量，从而增加发动机的 输出功率与转矩。使用涡轮增 压技术可以帮助汽油和柴油车 辆在不降低性能的前提下分别 节油20%和40%。在没有更环 保的替代燃料出现及更节能的
6、发动机量产的情况下，涡轮增 压发动机代表着未来一段时间 的发展方向。,第 7 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,1）发动机节能技术缸内直喷技术缸内直喷技术是指将高压喷油嘴设置在进排气门之间，高 压燃油直接注入燃烧室平顺高效地燃烧，实现了高负荷和低 负荷下的燃油消耗降低，动力明显提升，缸内直喷将成为未 来汽油机的发展趋势。,第 8 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AU
7、TOMOBILE ENGINEERING,1）发动机节能技术发动机自动启停技术汽车在行驶过程中临时停车（例如等红灯或交通堵塞）的 时候，发动机自动熄火，当需要继续前进的时候，系统自动 重启发动机。宝马、大众、奥迪、沃尔沃、奔驰、雪铁龙等 主要汽车生产商都已经推出装备自动启停系统的车辆作为节 油路径之一，油耗下降3%10%。克莱斯勒将在2017年年底 前将此技术应用于旗下90%的车型上；福特计划在2017年实 现旗下的70%车型配备自动启停系统；中国2017年自动启停 系统的新车装备率将达20%。,第 9 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威
8、海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2）汽车轻量化节能技术若汽车整车重量降 低10%，燃油效率可 提高6%8%；汽车整 备质量每减少100kg，100km油耗可降低0.30.6L；汽车质量 降低1%，油耗可降低0.7%。,第 10 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 11 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3）新能源节能技术新能源节能技术是指利用新能源代替传统的石油能源驱动 汽车行驶，从而达到节约燃油的目的。如天然气汽车、液化 石油气汽车、
9、乙醇燃料汽车、甲醇燃料汽车、生物燃料汽车、氢发动机汽车、太阳能汽车、超级电容汽车、纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车等。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 12 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.1.2 汽车环保标准汽车行驶过程中从废气中排出的CO（一氧化碳）、HC+NOx（碳氢化合物和氮氧化物）、PM（微粒，碳烟）等有害气体等，这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNO
10、LOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车排放控制技术机前排放控制技术通过提高燃油品质、使用替代燃料和新能源，减少污染物 的排放。,第 13 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 14 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车排放控制技术机内排放控制技术通过对发动机本身的结构、性能和形式的改善，减少污染 物的生成。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 15 页,（威海）汽车工程学
11、院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车排放控制技术机内排放控制技术,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车排放控制技术机外排放控制技术发动机燃烧生成的废气排出发动机排气门后，但还未排入 到大气环境之前所采取的净化技术。,第 16 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 17 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.1.3
12、汽车安全标准汽车安全标准是保障道路交通安全的重要技术基础，它涉 及到一般安全、主动安全和被动安全的标准。目前中国已制 定发布汽车安全国家标准93项，其中主动安全技术标准34项，被动安全技术标准29项，一般安全技术标准30项。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 18 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2汽车安全技术,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,1）汽车
13、制动防抱死系统（ABS）作用是在制动过程中防止车轮抱死，提高汽车在制动过程 中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制 动更为安全有效,。,第 19 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,2）汽车驱动防滑系统（ASR）能够在驱动过程 中，特别在起步、加 速、转弯等过程中防 止驱动车轮发生过渡 滑转，使得汽车在驱 动过程中保持方向稳 定性和转向操纵能力 及提高加速性能等。,第 20 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECH
14、NOLOGY,第 21 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3）自适应巡航控制系统（ACC）可通过ASR 的节气门开度调节和主动制动调节的方法调 节车速，保持安全车距行驶，避免或减小追尾事故。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 22 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,4）汽车电子稳定控制系统汽车电子稳定控制系统很多品牌的汽车都有，只是各厂家 的叫法不同而已，比如大众称其为电子稳定程序（ESP）、本田叫车辆稳定辅助系统（VSA）、丰田叫
15、车辆稳定控制（VSC），日产叫车辆动态控制（VDC），广义上的电子稳 定控制系统称为ESC才严谨。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 23 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,5）胎压监测系统胎压监测系统能实时针对轮胎胎压过低、胎压过高、快速漏 气、胎温过高等故障进行自动监测与报警，保持足够的胎压，预防爆胎事故的发生，增加驾驶汽车的安全性，减少因胎压不 足所额外产生的油耗，并延长轮胎的使用寿命。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车
16、工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,6）智能安全带安全带作为主要的乘员约束保护装置，是目前最有效的被动 安全装置，其单独使用可以减少45%左右的死亡率。能够更敏感地通过侦测驾驶人的心跳和呼吸频率，来检测驾 驶人是否处于疲惫状态。,第 24 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,7）智能安全气囊安全气囊的功能是当车辆发生碰撞事故时减轻乘员的伤害程 度，避免乘员发生二次碰撞。智能安全气囊就是在普通型的基础上增加传感器，以探测出
17、座椅上的乘员是儿童还是成年人，他们系好的安全带以及所处 的位置是怎样的高度，通过采集这些数据，由电子计算机软件 分析和处理控制安全气囊的膨胀，使其发挥最佳作用，避免安 全气囊出现无必要的膨胀，极大地提高其安全作用。,第 25 页,规格严格 功夫到家,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,第 26 页,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY8）安全座椅,安全座椅就是一种专为不同体重（或年龄段）的儿童设计，安装在汽车内，能有效提高儿童乘车安全的座椅。在汽车碰撞 或突然减速的情况下，可以减少对儿童的冲压力和限制儿童的 身体移动从而
18、减轻对他们的伤害。儿童汽车安全座椅在欧洲普 及率已经达到99%，而在中国仅不到1%。,规格严格 功夫到家,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY9）吸能车体,轿车车身的前后均应设计吸能区，以便保证在发生碰撞时，轿车车身的变形能够按照预先设计的方向逐渐变形直至停车，从而尽量减小传递到乘客舱和乘客身体的冲击，减小乘客舱的 变形，保障车内乘客安全。,第 27 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOM
19、OBILE ENGINEERING,10）汽车事故自动报警系统在汽车后视镜内安装了一个与移动电话和撞车传感器相连的 微型摄像机，与全球卫星自动定位系统相配合，一旦汽车失事，将自动向有关安全管理部门和医疗急救部门报警，提供汽车所 在位置、事故严重程度、车载人员数、戴安全带人数和人员受 伤的大致程度等信息，并保持联络，使事故人员得到及时救护。,第 28 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 29 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2新能源汽车新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源
20、（或使 用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动 力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新 技术、新结构的汽车。新能源汽车包括的范围较广，各国分类也不相同，没有统一 标准。新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等。其他新能源汽车类型 很多，也没有统一标准。生物燃料汽车、氢发动机汽车、太阳 能汽车以及使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车都属于 其他新能源汽车。有人把天然气汽车、液化石油气汽车、乙醇 燃料汽车、甲醇燃料汽车等也划分为新能源汽车。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,
21、第 30 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2新能源汽车,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.1 纯电动汽车结构与原理纯电动汽车(BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽 车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。,第 31 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL
22、OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.1 纯电动汽车结构与原理,第 32 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.1 纯电动汽车特点,第 33 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 34 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.1 纯电动汽车关键技术发展电动汽车必须解决好3个方面的关键技术，即动力电池系 统、电机驱动系统和电控
23、系统。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 35 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.1 纯电动汽车特斯拉,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 36 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.2 混合动力电动汽车结构原理混合动力电动汽车（HEV）是指驱动系统由两个或多个能同 时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实 际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。一般又
24、分为 常规混合电动动力汽车和插电式混合动力电动汽车。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.2 混合动力电动汽车特点,第 37 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.2 混合动力电动汽车关键技术关键技术除动力电池系统、电驱系统和电控系统外，还包括 如何把发动机、电动机和变速器集成一个动力总成系统，以及 燃油驱动模式和电
25、驱动模式的自动切换控制等。,第 38 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 39 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.2 混合动力电动汽车普锐斯,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 40 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.3 燃料电池电动汽车结构原理燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用 下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力 源驱动的汽车
26、。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.3 燃料电池电动汽车特点能量转换效率可以达到30%以上，而汽油机和柴油机汽车 整车效率分别为16%18和22%24；采用燃料电池系统 作为能量源，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车；以纯氢作燃料，生成物只有水，属于零排放。可以从水中制 取氢，来源广泛。,第 41 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 42 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOM
27、OBILE ENGINEERING,3.2.3 燃料电池电动汽车关键技术,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.2.3 燃料电池电动汽车实例荣威950插电式燃料电池电动汽车。该车搭载有动力蓄电池和 氢燃料电池双动力源系统。新车行驶以氢燃料电池为主，动力 蓄电池为辅，可通过市网电力系统为动力蓄电池充电。新车搭 载有两个700bar氢气瓶，其氢气储量可达4.34kg，最大续驶里程 为400km。,第 43 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE O
28、F TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3汽车轻量化技术,汽车轻量化是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗 振性以及舒适性等性能不降低，且汽车本身造价合理的前提下，有目标地减轻汽车自身的重量。汽车轻量化是设计、材料和先 进的加工制造技术的优势集成，实际上是汽车性能提高、质量 降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。有试验表明，汽车质量每减轻10%，油耗下降6%8%，排放 量下降4%。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽车的 动力性能提高。因此，汽车轻量化技术是有效降低油耗、减少 排放和提升安全性的重
29、要技术措施之一，汽车的轻量化已经成 为世界汽车发展的潮流。,第 44 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 45 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3汽车轻量化技术,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 46 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.1 汽车材料轻量化铝合金,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SC
30、HOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.1 汽车材料轻量化镁合金,第 47 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.1 汽车材料轻量化钛合金,第 48 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.1 汽车材料轻量化碳纤维,第 49 页,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF
31、 TECHNOLOGY,第 50 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.1 汽车材料轻量化碳纤维,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 51 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.2 汽车设计轻量化,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 52 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.3.3 汽车结构轻量化对于材料一定，减重的主要
32、方法是设计和制造出合理的轻 体结构。先进成型制造技术包括热冲压成型、液压成型、激光拼焊 成型等，成型材料包括高强度钢板、铝合金、碳纤维等。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 53 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,汽车轻量化的技术路径对部件的优化设计主要包括最优的承载路径、均匀化的结 构和优化的几何形状。在制造工艺方面主要是采用激光拼焊板、深拉延件和液压 成形、轻量化的铸件，先进的点焊和激光拼焊等连接技术，以 及铝合金板材的自铆技术和翻边连接技术，热成形与液压成形 技术以及滚压成形技术；
33、解决高强度零件的成形，减少零件数 量，减少结构的焊点，提高零件的性能。在材料技术方面，采用高强度钢和先进高强度钢、铝合金 与镁合金、不同材料的复合应用技术、纤维增强复合材料的应 用等，最终达到开发时间最短、成本最低和白车身性价比最佳 化的目标。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 54 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.4汽车智能化技术汽车技术的发展趋势已经越来越趋向于智能化，智 能化技术能提高汽车动力性、安全性和驾驶方便性等。,规格严格 功夫到家,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,第 55 页,（威海）汽车工程学院SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,3.4.1 汽车车载智能化技术围绕汽车安全和驾驶方便，不断推出各种汽车车载
