第7章 汽车新技术与未来汽车

第7章汽车新技术与未来汽车§7.1汽车新技术•安全技术•节能技术•环保技术§7.2未来汽车•新能源汽车•智能汽车汽车安全技术1）主动安全：提高汽车回避事故的能力zz防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS)(ABS)zz电子制动力分配系统电子制动力分配系统(EBD)(EBD)zz牵引力控制系统牵引力控制系统(TCS)(TCS)zz电子稳定程序系统电子稳定程序系统(ESP)(ESP)2）被动安全：减轻事故的后果z外部安全。如塑性保险杠、凹进式流水槽，内藏式门把手，减少凸出物体、物体外形采用园弧形，增大点接触面，智能行人保护系统等。z内部安全。如侧门防撞杆，安全玻璃，预紧式安全带，智能安全气囊，乘员头颈保护系统等。防抱死制动系统(ABS)„ABS是“Anti-LockBrakingSystem”的缩写，即防抱死制动系统。„遇到急刹车时，很希望一脚刹车到底就能把汽车停下来，但容易出现车轮抱死：前轮抱死引起汽车失去转弯能力；后轮抱死容易发生甩尾。„ABS是通过不断检测各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动压力的决定，以保持车轮处于理想的制动状态，达到提高制动效能的目的。„德国Bosch公司在1978年开发出世界上首套ABS系统。欧洲汽车生产协会保证2004年7月起生产的新车100％装备ABS系统。2004年中国生产的新车ABS系统装备率也达到了66％。z制动过程中，ABS电控单元不断地从传感器获取车轮速度信号，分析是否有车轮即将抱死拖滑。z如果ECU判断出某个车轮即将抱死拖滑，则制动轮缸的压力不再增大，ABS处于保压状态。z接着在几毫秒时间内，该车轮制动缸减压，紧接着又增压－保压－减压－增压……，直到平稳制动为止。电子制动力分配(EBD)系统„EBD（ElectronicBrakingDistribution）即电子制动力分配。„汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。„EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。牵引力控制系统(TCS)zTCS是“TractionControlSystem”的缩写，即牵引力控制系统，又称为加速防滑控制系统（AccelerateSlipRegulation，简称ASR）。z对于雨雪、湿滑的路面，发动机过大的输出转矩将会引起驱动轮的滑转。同样，汽车起步、加速也容易出现驱动轮打滑的现象，转矩再大也发挥不了作用。而制动时，总希望汽车驱动轮能同步地切断动力，以便缩短制动距离。zTCS的工作原理：依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时(打滑的特征)，就会向电脑ECU发出一个信号，调节发动机点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。电子稳定程序(ESP)系统„“ElectronicStabilityProgram”简称ESP，是在ABS和ASR的基础上，增加汽车转向行驶时横向摆动的角速度传感器，通过ECU控制内外、前后车轮的驱动力和制动力，确保汽车行驶的横向动力学稳定状态。„ESP昀重要的特点是它的主动性，可以做到防患于未然。左前轮制动DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity汽车节能环节„技术¾混合动力技术（大幅度节能）¾降低整车运行阻力（轻量化、车身、轮胎等）¾内燃机节能技术¾发动机与整车的匹配优化（传动系统等）„管理¾政策、法规：乘用车、商用车燃料消耗量限值¾节能车减免税，燃油税„使用（维护保养、良好的驾驶习惯等）DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity汽车减排环节„技术¾纯电动技术（零排放）¾混合动力技术（大幅度减排）¾内燃机清洁燃烧和后处理技术„管理¾政策、法规：汽车排放法规，汽车环保标识认证¾环保车减免税„使用（维护保养等）DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity内燃机节能减排技术1.未来汽车动力系统的发展2.汽油机节能技术3.柴油机减排技术DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity对常规汽车动力系统的要求经济性开发时间和成本排放法规用户/市场DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity系统内燃机电控管理传动排气后处理AutomatedManualTransmission集成集成系统满足用户要求和更严格的排放法规Clutch1Clutch21.3.5.2.4.6.S1S2S3S4Homogeneouschargecompressionignition(HCCI)系统集成-成功的关键DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity19701980199020002005201010080604020Emission%GreenhouseEffect,CO2EnergyExhaustEmissionHC,CO,NOx,PMDieselHDTPM,NOx汽车排放与能耗要求降低排放和关注排放法规能源和CO2排放将得到重视DieselPCHC+NOx,CODepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity欧洲降低CO2的承诺与决心19951998200420032008PC-CO2g/km1901401202012CEC-ACEAAgreementYearACEAAssociationdesConstructeursEuropéensd'Automobiles(Europeanautomotivemanufacturersassociation)CECCoordinatingEuropeanCouncil2015年达到130g/km2020年达到95g/km欧洲在行动：从2012年～2018年，每辆车超过的第1克CO2排放罚€5，第2克罚€15，第3克罚€25，从第4克起每克罚€95。从2019年开始，每超标1克罚€95。DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity汽车动力系统的发展趋势先进内燃机和传动系统混合动力系统燃料电池动力系统/蓄电池动力系统现在未来轻度混合动力系统(内燃机＋小电机)常规内燃机DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity内燃机的节能潜力1009590858075706560FuelConsumption(%)PFIGDIλ=1PFIDownsized+TCVVTGDIλ1汽油机柴油机DIDIincreasedinjectionpressureHCCI(laboratorystatus)•NOx•PMTrapweakstartingtorque•NOx•comb.process•ValveoperationMainproblemforGDI,DDI}Sulfur•costs满足EUROIV排放法规DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity内燃机节能减排技术1.未来汽车动力系统的发展2.汽油机节能技术3.柴油机减排技术„缸内直喷(GDI)„均质压燃(CAI/HCCI)„可变气门正时(VVT)„增压小排量(Downsizing)„可变压缩比(VCR)DepartmentofAutomotiveEngineeringTsinghuaUniversity内燃机节能减排技术1.未来汽车动力系统的发展2.汽油机节能技术3.柴油机减排技术„机内技术„低温燃烧技术„增压中冷„高压共轨„后处理技术„PM„NOx第7章汽车新技术与未来汽车§7.1汽车新技术•安全技术•节能技术•环保技术§7.2未来汽车•新能源汽车•智能汽车石油供应短缺我国近年来我国的石油消费总量及车用燃油消费情况替代燃料汽车－CNG„天然气汽车排出的有害废气少„较大的储量（70年）„价格低于汽油和柴油„能量密度低，油箱体积大在所有车型和地区都推广CNG汽车不是一个明智的选择，必须有重点、有范围地选择那些能保证足够的、廉价的天然气供应的城市和地区推广CNG汽车。替代燃料汽车－甲醇„煤制甲醇生产工艺为成熟，生产能耗和成本低。„与汽油低比例（10～15％）掺烧对发动机改造不大，尽管替代效果、常规污染物的减排效果不突出，但切实可行。„高比例（85～100％）掺烧具有较高的石油替代效益，但需要对发动机进行改进与优化设计，此外排气中含有未燃甲醇及甲醛有害物排放，需要进行后处理，低温起动性能差。替代燃料汽车－乙醇Saab9-52.0TBioPowerE85中国E10汽油扩大到9个省z乙醇为含氧燃料，辛烷值高，可以更有效燃烧，减少常规污染物排放。乙醇可以单独或与汽油混合作为点燃式内燃机燃料，也可以低比例率与柴油混合压燃。z乙醇可能会稀释润滑油或使润滑油乳化；容易与汽油分层，乙醇汽油储运困难；乙醇热值比汽油低，增加了燃料成本。z中国在局部区域推广使用E10汽油，对于建立农产品转化渠道，平衡主要粮食产区的粮食生产与消费，维护农民利益，具有积极意义，但不能作为缓解石油资源短缺、能源危机的主要解决方案。替代燃料汽车－生物柴油美国大豆生物柴油大客车„生物柴油（甲酯）是一种可再生能源，可以从农作物、植物、地沟油获得。„比化石柴油清洁（含氧、无硫）。„以食用油为原料的生物柴油成品价格将远高于柴油，需政府补贴；利用餐饮废油等废弃油品生产生物柴油可以实现较低的成本，但废弃油生产的生物柴油油品质量稳定性还难以保证。替代燃料汽车－氢气奥迪A2氢气车„氢是一种清洁燃料（二次能源）„氢燃料燃烧接近零排放(仍有NOx排放)„氢的来源和运输„需要建加氢设施„未来可能的替代燃料（基于“氢经济”）蓄电池电动车„零排放(当地)„续航里程短„动力性能差„成本高混合动力汽车2005年欧洲年度风云车型丰田prius„节能30％左右„降低有害物排放50％左右„成本高„仍依赖于燃料插电（Plug-in）混合动力汽车„驱动：内燃机＋电机„解决了能源来源问题：燃料＋电网（来源广泛）燃料电池客车z燃料电池能量转换率高，具有燃料来源多样化、零排放、低噪声等优点。燃料电池汽车可能有长期的潜力，但是未来10～20年，其商业化运行会有遇到很多障碍。z主要问题是氢气的来源问题和造价过高，特别是加氢站的配套建设成本投入太大。阳极：H2→2H＋＋2e-1阴极：O2＋4H＋＋4e-1→2H2O„智能汽车是利用全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）和智能公路技术实现的汽车自动驾驶„智能汽车是一项系统工程，应包括如下几个部分：1）一套导航信息资料库2）GPS定位系统3）道路状况信息系统4）车辆防碰系统5）紧急报警系统6）无线通信系统7）自动驾驶系统智能汽车智能汽车的目标：安全性（零事故率）；舒适性（自动驾驶）第7章作业“安全、节能、环保”是汽车技术发展永恒的主题，请根据在本课程所了解和掌握的知识，畅想未来汽车的发展目标，以及实现目标的可能技术途径。课堂小测验5（平时成绩参考）填空题：1、世界三大体育赛事是__________、___________、___________。2、FIA代表_______________________________。3、汽车运动的摇篮是________________。4、目前，F1发动机的缸数是________、排量是__________。