第八章未来汽车

第三节新能源汽车第二节轻量化汽车第一节智能汽车课前学习汽车已有一百多年的发展历史，从诞生的那一天起，它就从未停止过发展的步伐。当前的信息技术革命正在推动汽车设计翻开新的一页，智能化、轻量化，采用更加环保的新能源将成为未来汽车发展的新趋势。汽车改变了人类的生活方式，推动了人类社会的进步，而未来更加智能、安全、环保的汽车将以更高的速度和效率将人类带入新的时代。一、智能汽车智能汽车就是汽车自己具有一定程度的自我操控性，能够把原来由人支配的动作简化为汽车计算机系统来控制，提高驾乘的安全性和舒适性，满足人类实现无人驾驶的愿望。未来汽车主要表现在用信息技术手段在一定程度上代替人的操控。一、智能汽车1.GPS系统GPS系统，即全球定位系统。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统，如图8-1所示。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位等功能。一、智能汽车1.GPS系统一、智能汽车1.GPS系统GPS在汽车导航和交通管理中的应用主要有以下几种。信息查询提供出行线路规划和导航话务指挥紧急援助车辆跟踪12345一、智能汽车1.GPS系统1）车辆跟踪利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并可任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。一、智能汽车1.GPS系统2）提供出行线路规划和导航提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要的辅助功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。一、智能汽车1.GPS系统3）信息查询信息查询功能可为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等，并且能够在电子地图上显示出所在位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。一、智能汽车1.GPS系统4）话务指挥指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。一、智能汽车1.GPS系统5）紧急援助通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。一、智能汽车2.车辆智能驾驶系统iDrive是智能驾驶控制系统，是一种全新的简单、安全和方便的未来驾驶概念，属于自动化、信息化驾驶系统的范畴。iDrive使用起来非常简便，并且具备记忆功能，驾驶人可以对某种设置进行储存，信息会自动储存在汽车“钥匙”中。一、智能汽车3.车辆防碰撞系统为充分利用汽车带来的方便，同时尽可能地避免车祸带来的惨剧，许多国家都在开发智能轿车和智能公路运输系统以增加汽车运输的安全。车辆防碰撞系统就是智能汽车的一部分，如图8-2所示。一、智能汽车3.车辆防碰撞系统车辆防碰撞系统由以下几个部分组成。(1)信号采集系统采用雷达、激光、声呐等技术自动测出本车速度、前车速度及两车之间的距离。一、智能汽车3.车辆防碰撞系统(2)数据处理系统计算机芯片判断两车的安全距离，若两车车距小于安全距离，数据处理系统就会发出指令。(3)执行机构负责实施数据处理系统发来的指令，发出警报，提醒驾驶人制动，否则执行机构将采取措施。一、智能汽车4.智能化交通系统(ITS)智能化交通系统是利用交通信息系统、通信网络、定位系统和智能化分析与选线系统，以缓和道路堵塞和减少交通事故，增强交通利用者的方便感、舒适感为目的的系统总成。一、智能汽车5.汽车智能“黑匣子”汽车智能“黑匣子”能客观地记录机动车发生车祸前驾驶人的操作过程，有效地提供驾驶人在事故发生前做出的种种反应。据称，交通事故处理部门安装这种系统后，可随时对穿行在各条公路上的所有汽车进行实时监控，一旦发生车祸，距离事故发生地点最近的交通事故处理中心可以在几秒钟之内获取撞车时的驾驶速度、车内乘客伤亡情况等信息。一、智能汽车5.汽车智能“黑匣子”这一技术的工作原理与飞机上的“黑匣子”相似，所以也称其为“黑匣子”，如图8-3所示。一、智能汽车5.汽车智能“黑匣子”这种“黑匣子”与普遍烟盒差不多大小，构件包括可以储存、收集和传输数据的蜂窝电话，其外部有保险装置。车祸发生后，该“黑匣子”会自动打开，利用传感器记录下汽车的行驶速度及出车祸时汽车的撞击位置，然后将这些信息传输给中央通信系统。“黑匣子”内嵌有全球定位系统，该系统负责数据的处理与传输。一、智能汽车6.汽车智能轮胎汽车智能轮胎内装有计算机芯片与胎体相连接，如图8-4所示。计算机芯片能够使轮胎始终保持最佳的运行状态，既提高了安全系数，又节省了开支。更为先进的智能轮胎还能在探测出结冰路面后使轮胎变软，使附着力更好。一、智能汽车6.汽车智能轮胎一、智能汽车7.汽车智能钥匙当今，大多数私家车的标配是电子钥匙，其基本功能是起动汽车和遥控开关车门，使用起来更加简便。同时采用了发动机芯片锁止技术，大大提高了车辆的安全性。还有类似其他功能，如远程寻车、识别车主、感应解锁等智能功能。一、智能汽车8.汽车智能空调智能空调系统智能空调系统能根据外界气候条件，按照预先设定的指标对安装在车内的温度、湿度和空气清洁度传感器所传来的信号进行分析、判断，及时自动调节出适宜的车内空气环境。在先进的安全汽车上，空调系统可以配合驾驶。一、智能汽车9.汽车智能玻璃汽车智能玻璃汽车智能玻璃表面涂有一层氧化锡，下面有一层更薄的含水氧化镍。当电流正向流动时，透明的两层氧化镍可氧化成颜色较深的三价氧化物，使车窗玻璃变暗；当电流反向流动时，车窗玻璃变亮，并且按照外面光线的强弱自动控制玻璃的明暗度。一、智能汽车10.汽车智能安全气囊汽车智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件而成的。其质量传感器能根据质量感知乘客是大人还是儿童；红外线传感器能根据热量探测座椅上是人还是物体；超声波传感器能为乘客提供最合理和最有效的保护。一、智能汽车11.智能悬架汽车智能悬架系统由电子装置控制，可根据路面情况，调节悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼，使振动和冲击迅速消除。此外，智能悬架还可以自动调节车身的离地高度，即便汽车是在崎岖不平的路面上行驶，也会使乘客倍感平稳与舒适。二、轻量化汽车汽车轻量化汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料的消耗，降低排气污染。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。二、轻量化汽车汽车轻量化的主要途径有以下几种：1）缩小汽车的尺寸2）采用轻质材料3）采用计算机进行结构优化设计4）采用承载式车身，减小车身板料厚度二、轻量化汽车1.汽车小型化汽车小型化在保证足够内部空间尺寸的前提下，通过调整汽车的主要尺寸及零部件的布局，缩小外形尺寸，可减少材料消耗，减小质量，同时还可减少占路面积和停车面积。因为油价的不断上升和对于环境保护的日益关注，几乎全世界的消费者都开始倾向于购买小排量的车型。二、轻量化汽车2.材料轻量化当前，汽车轻量化的主要措施是采用轻质材料。为了适应汽车轻量化的要求，一些新材料应运而生并扩大了应用范围。有色合金在汽车上应用量的快速增长是汽车材料发展的大趋势。二、轻量化汽车2.材料轻量化（1）有色金属（2）塑料（3）碳纤维复合材料轻量化材料主要包括以下几个方面。二、轻量化汽车2.材料轻量化有色金属主要包括以下两种。1.铝合金2.镁合金1）有色金属二、轻量化汽车2.材料轻量化1）铝合金铝的密度约为钢的1／3，是应用中最广泛的轻量化材料。如图8-5所示为采用铝合金车身制造的奥迪A8。1）有色金属二、轻量化汽车2.材料轻量化2）镁合金镁的密度约为铝的2／3，是汽车实际应用中最轻的金属之一。如图8-6所示为镁合金制造的汽车轮。1）有色金属二、轻量化汽车2.材料轻量化2）塑料塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。它具有密度小、强度高、化学稳定性好、电气绝缘性能优异、耐磨性、减磨性、自润滑性、消声性和吸振性良好、着色自由、手感柔顺、可进行二次加工的特性。二、轻量化汽车2.材料轻量化2）塑料随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛，全塑车身是未来汽车发展的方向。如图8-7所示为塑料电动汽车。二、轻量化汽车2.材料轻量化2）碳纤维复合材料碳纤维由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成。碳纤维由于性能强、密度小，随着碳纤维合成技术的进步、回收系统的完善、制造成本的下降，碳纤维复合材料将走下神坛，成为未来汽车广为应用的轻量化材料。二、轻量化汽车2.材料轻量化2）碳纤维复合材料在汽车领域，只在一级方程式赛车和某些超豪华品牌车辆上才能见到。如图8-8所示为采用全碳纤维复合材料单壳体车身的兰博基尼汽车。三、新能源汽车现在汽车所用的能源基本上都是汽油或柴油，总有一天，这些不可再生的化石燃料终将枯竭，人们不得不去寻找其他能源代替矿物燃料驱动汽车。此外，传统燃料排放气体带来的环境问题已经越来越严重，人们希望能有更多绿色的能源应用于汽车动力当中。新能源汽车可以分为以下几种：2）电动汽车3）混合动力电动汽车1）替代燃料汽车三、新能源汽车三、新能源汽车1.替代燃料汽车1）液体替代燃料汽车（1）甲醇燃料汽车甲醇，是一种易燃且易挥发的无色透明液体，在汽车上应用的优点是资源多样丰富、有利于提高发动机的压缩比、采用稀薄燃烧，还可以降低排放污染。但甲醇具有毒性等缺点。三、新能源汽车1.替代燃料汽车1）液体替代燃料汽车（2）生物柴油汽车柴油作为一种重要的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，已成为重要的动力燃料。尤其进入20世纪90年代后，生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。三、新能源汽车1.替代燃料汽车2）气体替代燃料汽车（1）天然气替代燃料天然气是一种洁净的能源，天然气汽车目前已在世界上得到广泛应用。发展天然气汽车对解决环境问题和能源问题都具有十分重大的现实意义。2）气体替代燃料汽车三、新能源汽车1.替代燃料汽车（2）氢替代燃料当今世界开发新能源迫在眉睫，氢作为能源有许多优越性。氢能的利用已有长足进步，目前，世界各国对如何能大量而廉价地生产氢虽然尚未有重大突破，但它具有广阔的前景。三、新能源汽车2.电动汽车电动汽车是指以车载电源为动力，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车辆，如图8-9所示为smart纯电动车。1）电池电动汽车三、新能源汽车2.电动汽车电动汽车的优点：污染物相对较少并易清除各种有害排放物，来源充足，大大提高了经济效益，有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量。正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。三、新能源汽车2.电动汽车电动汽车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。至于使用成本并不确定，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。三、新能源汽车2.电动汽车电池是电动汽车发展的首要关键，要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池，现在人们普遍看好的是氢镍电池、锂离子和锂聚合物电池。我国在氢镍电池和锂离子电池的产业化开发方面及电动汽车的其他有关技术都有巨大的进步，使电动汽车日渐完善和走向实用化。三、新能源汽车2.电动汽车氢燃料汽车和氢燃料电池汽车虽然同样以氢为能源，但是氢内燃机是用氢代替燃油在内燃机燃烧做功，而燃料电池是使氢在燃料电池组中与氧化合产生电来驱动汽车，二者在原理上有本质的不同。燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，实质上它是一个“发电厂”。2）燃料电池电动汽车三、新能源汽车2.电动汽车1.能量转化效率高2.不污染环境3.寿命长燃料电池的优点主要有以下三方面。三、新