09-教學-章 新型汽車技術

1、第六章 新型汽車技術內容提要61 電動汽車62 燃氣汽車63 其它新型清潔燃料汽車64 太陽能汽車65 汽車新技術6. 6 發(fā)動機新技術6.1電動汽車6.1.1電動汽車的特點1電動汽車能廣泛地利用各種能源2能量的利用率高，節(jié)約能源 3電動汽車是零排放汽車4結構簡單，維修使用方便5. 動力電池壽命短，續(xù)駛里程短， 價格較貴6.1.2 電動汽車類型根據(jù)所使用的基本動力能源不同分：蓄電池電動汽車 Electric Vehicle (EV)混合動之電動汽車 Hybrid Electric Vehicle (HEV)燃料電池汽車 Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)。1.蓄

2、電池電動汽車(EV)利用蓄電池作為動力、在市區(qū)街道或城間公路上行駛的用電動機驅動的汽車2混合動力電動汽車(HEV)將電力驅動與輔助動力驅動結合起來的車輛。輔助動力可以采用燃燒某種燃料的原動機或動力發(fā)電機組。3燃料電池電動汽車(FCEV)采用燃料電池作為電源的電動汽車6.1.3 蓄電池電動汽車的基本結構與工作原理1基本結構：由電池組、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)等組成。(1) 電池組的結構由若干單體電池組成每個單體電池由正極板、負極扳、隔板、電解質和正負接線柱組成(2) 控制系統(tǒng)(3)驅動系統(tǒng)a.集中驅動系統(tǒng)由兩個永磁電動機組成的雙電動機驅動系統(tǒng)b.輪轂驅動系統(tǒng)電動輪驅動系統(tǒng)a)電動輪的外形

3、 b)電動輪的基本結構(4)安全保護系統(tǒng)EV的動力電池組具有94312V的高壓直流電，必須設置安全保護系統(tǒng)。在撞車、翻車或線路發(fā)生短路時，應有應急處理裝置，因此EV必須配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時自動控制EV不能起動等，及時防止故障的發(fā)生。2EV的工作原理當汽車行駛時，電池組輸出的直流電經逆變器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤虢涣麟妱訖C，經傳動系統(tǒng)驅動車輪。當汽車減速時，車輪帶動電動機轉動，通過矢量控制使感應電動機成為交流發(fā)電機產生電流，再經逆變器將交流電變?yōu)橹绷麟娤蛐铍姵亟M充電。6.1.4混合動力電動汽車的基本結構與工作原理 1HEV的基本結構混合動力電動汽車是在蓄電池電動

4、汽車的基礎上加入輔助動力單元組成。輔助動力單元實際上是一個動力發(fā)電機組或某種原動機。原動機可以是內燃機、燃氣輪機等熱機?；旌蛣恿﹄妱悠嚨姆诸惔?lián)式混合動力汽車Series HybridElectric Vehicle(SHEV)并聯(lián)式混合動力汽車Parallel HybridElectric Vehicle(PHEV)混聯(lián)式(串、并聯(lián)式)混合動力汽車Split Hybrid Electric Vehicle(PSHEV)串聯(lián)式混合動力汽車的結構與原理6.1.5燃料電池電動汽車的基本結構與工作原理1燃料電池電動汽車的基本組成2燃料電池電動汽車的工作原理3燃料電池汽車的分類1燃料電池電動汽車的基

5、本組成(1)燃料電池(2)燃料電池控制系統(tǒng)(3)驅動系統(tǒng)(4)輔助動力系統(tǒng)(蓄電池組)質子交換膜燃料電池工作示意圖2燃料電池電動汽車的工作原理(1)在電動汽車開始行駛時，蓄電池組為驅動系統(tǒng)提供能量，并對燃料電池進行預熱，燃料電池動力系統(tǒng)不工作(2)當氫氣供給足夠時，燃料電池動力系統(tǒng)起動，由燃料電池動力系統(tǒng)為驅動系統(tǒng)提供能量(3)當車輛能量需求較大時，燃料電池動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅動系統(tǒng)提供能量(4)當車輛能量需求較小時，燃料電池動力系統(tǒng)為驅動系統(tǒng)提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。3燃料電池汽車的分類 按氫氣供給方式分為：(1)改質型：其車載液體燃料(甲醇或汽油等)，需利用車載改質裝置制

6、造氫氣，再供給燃料電池。優(yōu)點是可使用多種燃料，缺點是結構復雜，體積龐大。(2)非改質型：由車載氫氣直接供應燃料電池。車輛構造簡單，體積小，質量輕。主要問題是車輛續(xù)駛里程短，氫燃料的補給設施費用高。6.2燃氣汽車燃氣汽車：以燃氣為燃料的汽車。燃氣汽車類型：目前常用的有壓縮天然氣汽車(CNGV)和液化石油氣汽車(LPGV)。6.2.1 CNGV和LPGV的特點1主要優(yōu)點(1)有害氣體排放低(2)熱效率高(3)冷起動性和低溫運轉性能良好(4)可以燃用稀混合氣(5)延長潤滑油更換周期2缺點(1)儲運性能差(2)一次充氣的續(xù)駛里程短(3)v降低、混合氣熱值小，動力性能下降6.2.2 CNGV和LPGV的

7、基本結構與原理 CNGV或LPGV的發(fā)動機，多數(shù)是在原汽油機或柴油機的基礎上改裝而成，除燃料供給系統(tǒng)與化油器式汽油機的汽車有所區(qū)別，其余基本相同，因此只討論CNG和LPG供給系統(tǒng)。1.LPG供給系統(tǒng)2.CNG供給系統(tǒng)CNG燃料供給系統(tǒng)與LPG燃料系統(tǒng)相近。只是系統(tǒng)的壓力較高，可達20MPa，因此對儲氣罐及管路閥門等的要求很高。系統(tǒng)高壓檢測壓力要達到2530MPa，所以調壓器部分相對復雜，分高壓調節(jié)器和低壓調節(jié)器。高壓調節(jié)器使CNG壓力降到0.25MPa左右，低壓調壓器再使氣體壓力調整到0.0970.098MPa。其余部分與LPG燃料供給系統(tǒng)相同。CNG供給系統(tǒng)的基本組成6.3其它新型清潔燃料汽

8、車6.3.1 醇類燃料汽車1醇類燃料：甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、 丙醇、丁醇及其異構物等。其原料豐富，生產工藝成熟，理化性質及燃燒性能能較好地適應汽車使用的要求。2醇燃料汽車：以醇燃料發(fā)動機為動力的汽車稱為醇燃料汽車。6.3.2 二甲醚(DME)汽車二甲醚是由H2和CO通過化學反應合成的，可用煤、天然氣、生物質或石油等作原料生產，也可以在汽車上安裝車載催化甲醇器，由甲醇轉換成二甲醚。二甲醚既可以作為甲醇燃料汽車的著火改善劑，又可以單獨作為柴油機的清潔燃料使用。6.3.3 靈活燃料汽車(FFV)靈活燃料汽車(FFV)主要是指能使用純汽油、純醇燃料以及不同比例的汽油及醇燃料的混合燃

9、料汽車。含有85甲醇或乙醇及15汽油的混合燃料(M85或E85)的綜合性能較好，適用于靈活燃料汽車6.4 太陽能汽車太陽能汽車：將太陽能轉化為電能的汽車。太陽能汽車特點：太陽能是取之不盡、價格低廉、零污染的理想能源，缺點是要依賴天氣，且能量轉換效率低，造價高。6.4.1 太陽能汽車的基本組成1太陽能電池組：由一定數(shù)量的單體電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池方陣。 2向日自動跟蹤器：作用是保持太陽電池板正對著太陽，最大限度提高太陽電池板接受太陽輻射能的能力。3驅動系統(tǒng)：主要有交流異步電動機、永磁電動機、直流電動機，其驅動系統(tǒng)與EV基本相同。4控制器：主要實現(xiàn)對太陽能電池組進行管理和對電動機的控制，其作用與E

10、V控制系統(tǒng)相同。6.4.2 太陽能汽車的工作原理太陽能電池板接受太陽光，并轉換成電能向電動機供電，再用電動機驅動汽車行駛，它實際上是一種電動汽車，其作原理與串聯(lián)式混合動力汽車(SHEV)基本相同。由于太陽能電池的能量較小，而且受天氣的影響，在陰天、下雨時，太陽能電池的轉換效率降低或停止，有些太陽能汽車要與蓄電池共同組成太陽能混合動力電動汽車。6.5汽車新技術6.5.1 汽車的智能化技術1汽車自動導航系統(tǒng)1)自動導航意義：自動顯示車輛的行駛位置，可對駕駛員選擇的目的地給出最佳的行駛路線，還可以方便地實現(xiàn)特殊車輛的跟蹤、監(jiān)視，以及對被盜車輛的定位查找。2)采用的技術：主要有GPS衛(wèi)星導航技術、航位

11、推算(Dead Reckoning)、地圖匹配(MapMapping)等。2車距自動保持系統(tǒng)在車輛行駛過程中，通過安裝在車身前部的微波雷達傳感器，實現(xiàn)車間距離的自動檢測功能，并能自動控制油門和制動裝置，與前方車輛保持設定的間距，保證行車安全。3周邊車輛危險報警系統(tǒng)通過車載微波雷達隨時對周圍車輛的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，當發(fā)現(xiàn)周圍的車輛與自己的車輛距離過近時，會自動發(fā)出警報，提醒駕駛員注意。4汽車防碰撞系統(tǒng)由駕駛環(huán)境識別、行車狀況監(jiān)測、潛在危險評估、危險情況警示、剎車制動控制系統(tǒng)等組成。5汽車自動駕駛技術在路面下每隔一定距離埋設專用磁鐵，在車輛的前后保險杠上配置磁鐵傳感器，接受路面專用磁鐵的信息反饋；

12、車輛行駛由電腦和傳感器監(jiān)控，交通信息通過車輛和路旁電腦系統(tǒng)交流；實現(xiàn)自動駕駛后，車輛的行駛速度可達到200kmh，車輛之間的車距也可大大縮短。6駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可對駕駛員在駕駛過程中的精神狀態(tài)進行監(jiān)控。通過安裝在駕駛員前面的傳感器，隨時對駕駛員的操作、眼睛的活動進行監(jiān)視，當發(fā)現(xiàn)異常時會報警，嚴重情況下會自動關閉發(fā)動機，以保持駕駛的安全性。7聲控技術隨著汽車功能的增加，車內不僅裝有收音機、CD機、車載電話等系統(tǒng)，駕駛員還可借助車內設備通過衛(wèi)星通信設備聯(lián)通計算機網絡，進行上網和收發(fā)郵件工作，在這種情況下，進行聲音控制就成了必然的選擇，駕駛員只要發(fā)出相應的命令，就可完成這些操作，從而大大提高了方便

13、性和安全性。8電子自動控制懸架系統(tǒng)該系統(tǒng)可進一步提高車輛行駛中的穩(wěn)定性，通過車身上安裝的多點傳感囂。不斷將道路狀況信息傳給計算機，計算機根據(jù)這些信息分析作出反應，控制車輛的衰減系統(tǒng)。 二、半從動懸架 人們從改變減振器阻尼入手，將阻尼分為可變的二三級，這種懸架系統(tǒng)稱為半從動懸架。一、傳統(tǒng)從動懸架系統(tǒng) 三、半主動懸架系統(tǒng) 半主動懸架系統(tǒng)是在半從動懸架的基礎上，通過ECU進行控制，使減振器阻尼按照行駛狀態(tài)的動力學要求作無級調節(jié)，使其在幾毫秒內由最小變到最大，對阻尼變化響應快。從動懸架、半從動懸架及半主動懸架可以利用的阻尼力的變化范圍圖。 電控懸架 1、2-空氣彈簧元件；3、4-閥門；5-壓縮機汽車主

14、動懸架 主動懸架的控制環(huán)節(jié)中安裝了能夠產生抽動的裝置，采用一種以力抑力的方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產生作用力，因此稱為主動懸架。 主動懸架是一種具有作功能力的懸架，不同于單純地吸收能量、緩和沖擊的傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)。當汽車載荷、行駛速度、路面狀況等行駛條件發(fā)生變化時，主動懸架系統(tǒng)能自動調整懸架的剛度，從而同時滿足汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等各方面的要求。執(zhí)行器9電子控制轉向系統(tǒng)它能根據(jù)發(fā)動機轉速或車速，改變轉向動力放大倍數(shù)，可使汽車在停車或低速行駛時轉動轉向盤所需的力減少；車輛高速行駛時所需的力增大，從而提高車輛的操縱輕便性和行車安全性。 電動助力轉向（英文縮

15、寫EPS）是以電動機作為動力源，根據(jù)轉向參數(shù)、車速等信號，由ECU完成助力控制。 EPS由轉向傳感器、轉向器、電磁離合器及ECU等組成。 電控轉向系統(tǒng)能保證汽車在低速行駛的轉向的機動靈活性及高速行駛時的操縱穩(wěn)定性和可控性，使車身的橫擺角速度和側傾角降低。電控轉向系統(tǒng)中設置有故障安全控制功能，以確保轉向系統(tǒng)某些部分出現(xiàn)故障時也能連續(xù)安全運行。因此，對于高速車輛，發(fā)展電動轉向已是一種趨勢。 EPS 由電動助力機直接提供轉向助力，省卻了傳統(tǒng)的轉向助力泵、轉向助力油管、轉向助力液罐、轉向助力液等，省力達80%。這樣，可以節(jié)省能量。因不使用助力油，故不會污染環(huán)境。另外，還具有調整簡單、裝配靈活以及在多種

16、工況下都能提供轉向助力的特點。正是有了這些優(yōu)點，電動助力轉向系統(tǒng)作為一種新的轉向技術，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉向系統(tǒng)。10電控四輪驅動技術該技術可充分利用整車的重力來產生的附著力，驅動力大并能防止汽車在較差路面上行駛或爬坡時打滑，避免事故的發(fā)生，特別是在汽車高速轉彎時，使4WD自動結合，從而提高汽車的安全性。11汽車電子穩(wěn)定程序(ESP)該程序負責實時監(jiān)控汽車的行駛狀態(tài)，在緊急躲避障礙物或轉彎時出現(xiàn)不足轉向或過度轉向時，自動地向一個或多個車輪施加制動力，使車輛避免偏離理想軌跡。它是ABS系統(tǒng)的提高。ESP稱得上是當前汽車防滑裝置的最高級形式。對于裝配普通制動器的汽車而

17、言，制動時車輪被抱死滑移是不可避免的。理論與實踐證明，在平直道路上，汽車制動過程中若前輪先抱死滑移，汽車能夠維持直線減速停車，汽車處于穩(wěn)定狀態(tài)。如果后輪比前輪提前先抱死，哪怕快半秒，汽車在橫向干擾力作用下也將發(fā)生甩尾或回轉運動，制動車速越高這種現(xiàn)象越嚴重。所以，后輪先抱死是極易導致車輛失去制動的平穩(wěn)性。為了防止汽車制動時后輪先制動的事情發(fā)生，工程師就研制了一種專門檢測后輪制動情況的系統(tǒng)EBD。（Electric Brakeforce Distribution ）EBD可依據(jù)車輛的重量和路面條件來控制制動過程, 自動以前輪為基準去比較后輪輪胎的滑動率, 如發(fā)覺前后車輪有差異，而且差異程度必須被調

18、整時，它就會調整汽車制動液壓系統(tǒng)，使前、后輪的液壓接近理想化制動力的分布。因此，從踩制動在ABS動作啟動之前，EBD巳經平衡了每一個輪的有效地面抓地力, 防止出現(xiàn)后輪先抱死的情況，改善制動力的平衡并縮短汽車制動距離。 EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的效用。因此，一些汽車技術性能就有了ABS+EBD的項目 ESP-電控行駛平穩(wěn)系統(tǒng)其英文全稱是Electronic Stabilty Program，它是ABS和ASR兩種系統(tǒng)功能的延伸。是當前汽車防滑裝置的最高級形式。電子穩(wěn)定程序，博世叫ESP，豐田叫VSC，保時捷叫PSM ESP系統(tǒng)由控制單元及轉向傳感器(監(jiān)測方向盤的轉向角

19、度)、車輪傳感器(監(jiān)測各個車輪的速度轉動)、側滑傳感器(監(jiān)測車體繞垂直軸線轉動的狀態(tài))、橫向加速度傳感器(監(jiān)測汽車轉彎時的離心力)等組成?？刂茊卧ㄟ^這些傳感器的信號對車輛的運行狀態(tài)進行判斷，進而發(fā)出控制指令。 有ESP與只有ABS及ASR的汽車，它們之間的差別在于ABS及ASR只能被動地作出反應，而ESP則能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯誤，防患于未然。 ESP對過度轉向或不足轉向特別敏感，例如汽車在路滑時左拐過度轉向(轉彎太急)時會產生向右側甩尾，傳感器感覺到滑動就會迅速制動右前輪使其恢復附著力,產生一種相反的轉矩而使汽車保持在原來的車道上。6.5.2智能運輸系統(tǒng) 1智能交通運輸系統(tǒng)的概念

20、智能運輸系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，簡稱ITS)就是通過采用先進的電子技術、信息技術、通信技術等高新技術，對傳統(tǒng)的交通運輸系統(tǒng)及管理體制進行改造，從而形成一種信息化、智能化、社會化的新型現(xiàn)代交通系統(tǒng)。2智能交通運輸系統(tǒng)的主要內容智能運輸系統(tǒng)主要包括智能信息服務子系統(tǒng)智能車輛子系統(tǒng)智能道路子系統(tǒng)智能交通子系統(tǒng) 1 缸內直接噴射式汽油機 汽油機缸內直接噴射(Gasoline Direct Injection，簡稱GDI)技術的出現(xiàn)使汽油發(fā)動機技術進入了一個嶄新的時代，它可能在2 1世紀取代傳統(tǒng)的汽油機缸外噴射，成為理想的燃燒方式。 日本三菱汽車公司19

21、96年5月首次推出低排放量、節(jié)省 燃料的GDI發(fā)動機。它將噴油嘴安裝在燃燒室內，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內，空氣則通過進氣門進入燃燒室與汽油混合成混合氣被點燃作功，這種形式與直噴式柴油機相似，因此有人認為缸內噴注式汽油發(fā)動機是將柴油機的形式移植到汽油機上的一種創(chuàng)舉。6.6 發(fā)動機新技術GDI發(fā)動機的結構特點1 ) 直立的進氣管道 GDI發(fā)動機采用直立式的進氣管道，進氣阻力更小，提高了充氣效率，與普通發(fā)動機相比功率和扭矩提高l0左右。有的GDI發(fā)動機還采用帶渦流閥(SCV)的螺旋進氣管道，利用進氣渦流使火花塞附近的混合氣濃度高于其它部分的混合氣濃度，形成分層可燃混合氣(濃度梯度)，實現(xiàn)分層燃燒

22、，降低了最高燃燒溫度，減少NOX的排放量，使發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性能得到提高。2)高壓汽油泵普通電控汽油噴射發(fā)動機的噴射壓力為0.30.4MPa，而GDI發(fā)動機采用高壓汽油泵，其噴射壓力可達5MPa。高壓噴射提高了霧化質量，保證了混合氣的質量。3) 高壓旋流噴油器 高壓汽油泵輸出的高壓汽油供給高壓旋流噴油囂，噴出旋流油霧，可使霧化的汽油在燃燒室內分布更合理，對縮短混合氣形成時問更為有利。此外，噴油器的噴射方式可根據(jù)燃燒方式調節(jié)。4)彎曲頂面活塞GDI發(fā)動機采用獨特的彎曲頂面活塞，使噴油器噴出的油霧形成縱向渦流，并有較多的油霧停留在火花塞附近，保證在火花塞附近的混合氣有較高的濃度，以便將

23、混合氣點燃實現(xiàn)分層燃燒。火花塞附近的混合氣被點燃后，再利用渦流使火焰迅速傳播，即使是很稀的混合氣，也能保證火焰的正常傳播。GDI發(fā)動機的工作特點1汽油直接噴射到氣缸內，汽油噴射的位置、時刻、數(shù)量可控。使GDl發(fā)動機在點火的瞬時，火花塞電極周圍局部區(qū)域的混合氣較濃(空燃比為l 213.5)，便于發(fā)動機起動和著火燃燒。大部分區(qū)域的混合氣較稀，而且在濃稀之間，有從濃到稀的各種空燃比的混合氣，使燃燒室中混合氣濃度有組織形成各種層次，有利于渦流使火焰迅速傳播，這樣極稀的混合氣也能被火焰?zhèn)鞑ザ€(wěn)定燃燒，從而實現(xiàn)稀薄燃燒和分層燃燒。2能根據(jù)發(fā)動機不同的工況下，采用不同的燃燒方式（教P.107) (1)超稀混

24、合氣燃燒方式(空燃比2540) (2)稀混合氣燃燒方式(空燃比2025) (3)濃混合氣燃燒方式(空燃比約為12.5) 據(jù)三菱介紹，GDI與以往的發(fā)動機相比，扭矩提高了10%；加速性能提高5%；空載時燃料下降40%；汽車以時速40公里/小時行駛時燃料下降25%；由于GDI在中低速段比較節(jié)油，因此在市區(qū)行駛，其節(jié)油的效率十分明顯。 有害排放物也降低了。 2 豐田 VVT i 系統(tǒng) VVT是英文縮寫，全稱是“Variable Valve Timing”，中文意思是“可變氣門正時”，由于采用電子控制單元（ECU）控制，因此豐田起了一個好聽的中文名稱叫“智慧型可變氣門正時系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要控制進氣門凸輪軸，又多了一個小尾