汽車文化課件-第7章 現(xiàn)代汽車科技概覽

1、 第第7章章 現(xiàn)代汽車科技概覽現(xiàn)代汽車科技概覽 信息時(shí)代帶來了一場(chǎng)汽信息時(shí)代帶來了一場(chǎng)汽車新技術(shù)革命。本章簡(jiǎn)要介車新技術(shù)革命。本章簡(jiǎn)要介紹了汽車電子化、網(wǎng)絡(luò)化、紹了汽車電子化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和清潔能源汽車等相智能化和清潔能源汽車等相關(guān)技術(shù)的基本概念和重要科關(guān)技術(shù)的基本概念和重要科技成果。技成果。 第第7章章 現(xiàn)代汽車科技概覽現(xiàn)代汽車科技概覽圖圖7-1汽車技術(shù)及未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)汽車技術(shù)及未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)7.1 汽車電子化汽車電子化圖圖7-2 汽車電子技術(shù)的形成與發(fā)展階段汽車電子技術(shù)的形成與發(fā)展階段7.1.1 汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）圖圖7-3 汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)的

2、組成（莫特朗尼克系統(tǒng)）汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)的組成（莫特朗尼克系統(tǒng)）圖圖7-4 汽油機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)的基本類汽油機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)的基本類型型7.1.2 柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)（Common-Rail Fuel Injection System）圖圖7-5 高壓共軌噴射系統(tǒng)的基本組成（高壓共軌噴射系統(tǒng)的基本組成（BOSCH）7.1.3 電控自動(dòng)變速器（電控自動(dòng)變速器（EAT）圖圖7-6 電控自動(dòng)變速器的基本組成電控自動(dòng)變速器的基本組成1-鎖止離合器鎖止離合器 2-變矩器變矩器 3-行星齒輪變速器行星齒輪變速器 -憜輪組憜輪組合合 -被動(dòng)齒輪被動(dòng)齒輪 -差速器差速器

3、-驅(qū)動(dòng)法蘭驅(qū)動(dòng)法蘭圖圖7-7 自動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)布置自動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)布置7.1.4 電控?zé)o級(jí)變速器（電控?zé)o級(jí)變速器（ECVT）圖圖7-8 無級(jí)變速器電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理無級(jí)變速器電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖7-9 V型鋼帶的結(jié)構(gòu)與變速原理型鋼帶的結(jié)構(gòu)與變速原理圖圖7-10 A6 Multitronic 滾動(dòng)鏈接滾動(dòng)鏈接-片式鏈條無級(jí)變速器片式鏈條無級(jí)變速器7.1.5 汽車四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（汽車四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（4WD）圖圖7-11 I-4WD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.1.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（）、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR）和電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（和電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（E

4、SP）（1）防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（）防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）圖圖7-12 轎車轎車ABS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（2）驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（）驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR）圖圖7-13 驅(qū)動(dòng)防滑（牽引力控制）系統(tǒng)的組成驅(qū)動(dòng)防滑（牽引力控制）系統(tǒng)的組成 （3）電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（）電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）圖圖7-14 電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）的組成）的組成圖圖7-15 電動(dòng)式電動(dòng)式EPS的組成的組成7.1.8 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS）圖圖7-16 汽車汽車4WS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)7.1.9 主動(dòng)懸架的電子控制主動(dòng)懸架的電子控制圖圖7-17 空氣式主動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成（福特公司）

5、空氣式主動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成（福特公司）7.1.10 巡航控制系統(tǒng)（巡航控制系統(tǒng)（CCS） 圖圖7-18 巡航控制開關(guān)巡航控制開關(guān)圖圖7-19 ACC控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的基本組成7.1.11 安全氣囊系統(tǒng)（安全氣囊系統(tǒng)（SRS）圖圖7-20 汽車正面碰撞試驗(yàn)汽車正面碰撞試驗(yàn)圖圖7-21 汽車側(cè)面碰撞試驗(yàn)汽車側(cè)面碰撞試驗(yàn)圖圖7-22 正面碰撞安全氣囊系統(tǒng)布置正面碰撞安全氣囊系統(tǒng)布置 圖圖7-23 正面碰撞和側(cè)面碰撞安全氣囊系統(tǒng)的布置正面碰撞和側(cè)面碰撞安全氣囊系統(tǒng)的布置7.1.12 汽車汽車42V電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)圖圖7-24 集成式起動(dòng)集成式起動(dòng)-發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和安裝位置發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和安裝位置7

6、.2 汽車網(wǎng)絡(luò)化汽車網(wǎng)絡(luò)化圖圖7-25 汽車上的應(yīng)用電子控制裝置汽車上的應(yīng)用電子控制裝置7.2.1 CAN總線（總線（CAN-BUS）圖圖7-26 CAN總線典型的總線結(jié)構(gòu)（多終端結(jié)構(gòu)）總線典型的總線結(jié)構(gòu)（多終端結(jié)構(gòu)）圖圖7-27 采用采用CAN總線控制的汽車信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總線控制的汽車信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)7.2.2 局部連接網(wǎng)絡(luò)（局部連接網(wǎng)絡(luò)（LIN）圖圖7-28 LIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7.2.3 基于時(shí)間觸發(fā)的車上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基于時(shí)間觸發(fā)的車上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) Flex Ray 圖圖7-29 FlexRay網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖7.2.4 線控技術(shù)線控技術(shù)汽車結(jié)構(gòu)與汽車設(shè)計(jì)的革命汽車結(jié)構(gòu)與汽車

7、設(shè)計(jì)的革命電信號(hào)（電路電信號(hào)（電路或無線信號(hào)）或無線信號(hào)）人機(jī)人機(jī)接口接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感機(jī)構(gòu)傳感機(jī)構(gòu)功能裝置功能裝置圖圖7-30 線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理圖圖7-31 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成7.2.5 光纖信息傳輸網(wǎng)絡(luò)與汽車媒體光纖信息傳輸網(wǎng)絡(luò)與汽車媒體MOST網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)圖圖7-32 車上多媒體設(shè)備、信息設(shè)備的車上多媒體設(shè)備、信息設(shè)備的MOST網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用7.3 智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車智能化智能運(yùn)輸系統(tǒng)與汽車智能化7.3.1 智能運(yùn)輸系統(tǒng)（智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS） 智能運(yùn)輸系統(tǒng)又稱智能運(yùn)輸系統(tǒng)又稱ITS（Intelligent Transport S

8、ystem），是將數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、人工智能等），是將數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、人工智能等先進(jìn)技術(shù)有效地綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸設(shè)施、服務(wù)控制和車先進(jìn)技術(shù)有效地綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸設(shè)施、服務(wù)控制和車載裝備，加強(qiáng)人、車輛、道路三者之間的信息聯(lián)絡(luò)，所形載裝備，加強(qiáng)人、車輛、道路三者之間的信息聯(lián)絡(luò)，所形成的一種高效、安全、環(huán)保、節(jié)能的綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。為有成的一種高效、安全、環(huán)保、節(jié)能的綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。為有效地解決交通阻塞、事故處理、環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約等問效地解決交通阻塞、事故處理、環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約等問題，題，20世紀(jì)世紀(jì)60年代末，美國(guó)、日本等開始了智能運(yùn)輸系統(tǒng)年代末，美國(guó)、日本等開始了智能運(yùn)輸系統(tǒng)方面的

9、研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)方面的研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)的發(fā)展，的發(fā)展， 20世紀(jì)世紀(jì)90年代以來，智能運(yùn)輸系統(tǒng)在汽車導(dǎo)航、年代以來，智能運(yùn)輸系統(tǒng)在汽車導(dǎo)航、電子收費(fèi)、輔助安全駕駛、交通管理優(yōu)化、公共交通支持、電子收費(fèi)、輔助安全駕駛、交通管理優(yōu)化、公共交通支持、商業(yè)車輛管理等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。商業(yè)車輛管理等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。7.3.2 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（CNSS） 圖圖7-33 GPS定位原理定位原理7.3.3 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)圖圖7-34 汽車汽車GPS導(dǎo)航裝置的布置導(dǎo)航裝置的布

10、置7.3.4 不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)（不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)（ECT）圖圖7-35 不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)的組成不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)的組成7.3.5 汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛車輛汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛車輛圖圖7-36 汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛車輛汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛車輛7.3.6 汽車智能駕駛系統(tǒng)汽車智能駕駛系統(tǒng) 圖圖7-37 智能車輛檢測(cè)控制裝置的布置智能車輛檢測(cè)控制裝置的布置 7.3.7 汽車智能避撞系統(tǒng)汽車智能避撞系統(tǒng)圖圖7-38 汽車智能防尾撞系統(tǒng)的組成和控制系統(tǒng)汽車智能防尾撞系統(tǒng)的組成和控制系統(tǒng)7.3.8 聲控系統(tǒng)聲控系統(tǒng)圖圖7-39 遙控自動(dòng)駕駛遙控自動(dòng)駕駛 “速銳

11、速銳” 家庭轎車家庭轎車7.4 清潔能源汽車清潔能源汽車7.4.1 代用燃料汽車代用燃料汽車圖圖7-40 1979年年BMW公司生產(chǎn)的第一輛液氫轎車公司生產(chǎn)的第一輛液氫轎車7.4.2 電動(dòng)汽車（電動(dòng)汽車（EV-Electric Vehicle）圖圖7-42 清能清能1號(hào)燃料電池城市客車號(hào)燃料電池城市客車圖圖7-43 電動(dòng)汽車的基本組成（電動(dòng)汽車的基本組成（GM）7.4.3 混合動(dòng)力汽車（混合動(dòng)力汽車（HEV- Hybrid Electric Vehicle）圖圖7-44 一汽混合動(dòng)力客車一汽混合動(dòng)力客車 圖圖7-45 東風(fēng)混合動(dòng)力轎車東風(fēng)混合動(dòng)力轎車（1）串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車）串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車

12、 （SHEV-Series Hybrid Electric Vehicle）圖圖7-46 通用汽車公司的通用汽車公司的Series-SHEV結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2）并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （ PHEV-Parallel Hybrid Electric Vehicle） 圖圖7-47 福特汽車公司福特汽車公司PHEV的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（3）混聯(lián)式（串并聯(lián)式）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）混聯(lián)式（串并聯(lián)式）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （PSHEV-Parallel Split Hybrid Electric Vehicle）圖圖7-48 福特公司福特公司PSHEV的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（4）電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用蓄

13、電池）電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用蓄電池種類種類電解質(zhì)電解質(zhì)比能量比能量比功率比功率能量密度能量密度 功率密度功率密度 循環(huán)壽命循環(huán)壽命（次）（次）工 作 溫工 作 溫度（度（）鉛鉛-酸酸酸性酸性3045407065120700900鎳鎳-鎘鎘堿性堿性405512015080110250300 6 0 0 1000-4080鎳鎳-氫氫堿性堿性508510060080220250800 6 0 0 1200-2880鈉鈉-硫硫堿性堿性80120100250120160 150310 11003 0 0 350鈉鈉 - 氯氯化鎳化鎳固 態(tài)固 態(tài) - 陶陶瓷瓷80100150130150 26010

14、00鋰離子鋰離子 固態(tài)聚化固態(tài)聚化物物551501903001303006 0 0 1200鋰聚化鋰聚化物物有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑 1 0 0 120300320220440600-4070鋅鋅 - 空空氣氣堿性堿性1 8 0 200200250100-2080鋁鋁 - 空空氣氣堿性堿性3 0 0 3501001202501000表表7-1 電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車用蓄電池性能比較電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車用蓄電池性能比較7.4.4 燃料電池汽車（燃料電池汽車（FCEV-Fuel Cell Electric Vehicle）圖圖7-49 燃料電池汽車氫動(dòng)一號(hào)（燃料電池汽車氫動(dòng)一號(hào)（GM 塞飛利）塞飛利）表

15、表7-2 燃料電池的類型和特點(diǎn)燃料電池的類型和特點(diǎn)燃料電池類燃料電池類型型燃料燃料氧化物氧化物電解質(zhì)電解質(zhì)導(dǎo)電粒導(dǎo)電粒子子工 作 溫 度工 作 溫 度/規(guī)模規(guī)模應(yīng)用應(yīng)用堿性燃料電堿性燃料電池（池（AFC）純氫純氫純氧純氧KOH或或NaOHOH-室溫室溫2001100kW航天航天質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜燃 料 電 池燃 料 電 池（PEMFC）純氫或凈純氫或凈化重整氣化重整氣氧氣、空氧氣、空氣氣全氟磺酸全氟磺酸膜膜H+室溫室溫1001300kW電 動(dòng) 汽 車電 動(dòng) 汽 車樣車樣車直接甲醇燃直接甲醇燃料電池料電池（DMFC）甲醇甲醇空氣空氣全氟磺酸全氟磺酸膜膜H+室溫室溫20011000kW電動(dòng)汽車電

16、動(dòng)汽車磷酸燃料電磷酸燃料電池（池（PAFC）重整氣重整氣空氣空氣H3PO4H+10020012000kW發(fā)電站發(fā)電站熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽燃 料 電 池燃 料 電 池（MCFC）凈化煤氣凈化煤氣或重整天或重整天然氣然氣空氣空氣（Li-K）CO3CO32-6007002502000kW發(fā)電站發(fā)電站固體氧化物固體氧化物燃 料 電 池燃 料 電 池（SOFC）凈化煤氣凈化煤氣或天然氣或天然氣空氣空氣氧化銥或氧化銥或穩(wěn)定的氧穩(wěn)定的氧化鋯化鋯O2-80010001100kW發(fā)電站發(fā)電站圖圖7-50 質(zhì)子交換膜燃料電池的構(gòu)造質(zhì)子交換膜燃料電池的構(gòu)造圖圖7-51 質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部化學(xué)反

17、應(yīng)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)7.4.5 太陽能汽車太陽能汽車密西根大學(xué)密西根大學(xué) (The University of Michigan)的的Momentum明尼蘇達(dá)大學(xué)（明尼蘇達(dá)大學(xué)（The University of Minnesota）的）的Borealis III圖圖7-53 太陽能電池的原理和太陽能電池板結(jié)構(gòu)太陽能電池的原理和太陽能電池板結(jié)構(gòu)7.5 汽車新材料及其應(yīng)用汽車新材料及其應(yīng)用7.5.1 鋁及其合金鋁及其合金圖圖7-54 1991年首次推出鋁合金車身的年首次推出鋁合金車身的奧迪奧迪Avus Quattro概念車概念車7.5.5 陶瓷材料陶瓷材料圖圖7-55 我國(guó)開發(fā)的氮化硅基陶瓷汽車零部件

18、我國(guó)開發(fā)的氮化硅基陶瓷汽車零部件圖圖7-56 2005上海國(guó)際汽車展德國(guó)上海國(guó)際汽車展德國(guó)Meicedes-Benz公司公司展出的陶瓷材料制動(dòng)盤展出的陶瓷材料制動(dòng)盤7.5.6 復(fù)合材料復(fù)合材料 復(fù)合材料是一種多相材料，是由有機(jī)高分子、無機(jī)復(fù)合材料是一種多相材料，是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。復(fù)合材料按照機(jī)體材非金屬和金屬等原材料復(fù)合而成。復(fù)合材料按照機(jī)體材料類型可分為聚合物基復(fù)合材料（如碳纖維料類型可分為聚合物基復(fù)合材料（如碳纖維-酚醛復(fù)合材酚醛復(fù)合材料）、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料（如碳纖維料）、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料（如碳纖維-陶瓷復(fù)合材料）陶瓷復(fù)合材料）和金屬基復(fù)合材料（如碳

19、纖維和金屬基復(fù)合材料（如碳纖維-鋁基復(fù)合材料）等。玻璃鋁基復(fù)合材料）等。玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料在汽纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料在汽車上已經(jīng)獲得成功應(yīng)用。車上已經(jīng)獲得成功應(yīng)用。7.5.7 稀土材料稀土材料 中國(guó)稀土資源豐富，居世界前列。世界已探明的中國(guó)稀土資源豐富，居世界前列。世界已探明的稀土儲(chǔ)量為稀土儲(chǔ)量為6200萬噸，其中中國(guó)稀土資源工業(yè)儲(chǔ)量為萬噸，其中中國(guó)稀土資源工業(yè)儲(chǔ)量為4800萬噸，占世界已探明資源的萬噸，占世界已探明資源的80%，為我國(guó)為大力，為我國(guó)為大力開發(fā)稀土材料提供了得天獨(dú)厚的條件。開發(fā)稀土材料提供了得天獨(dú)厚的條件。 稀土永磁電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)比傳統(tǒng)電勵(lì)磁起動(dòng)機(jī)、稀土永磁電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)比傳統(tǒng)電勵(lì)磁起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的效率提高發(fā)電機(jī)的效率提高1020%。稀土永磁起動(dòng)電機(jī)除了。稀土永磁起動(dòng)電機(jī)除了具有傳統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)所具備的機(jī)械特性外，還具有體積具有傳統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)所具備