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1、新能源汽车与汽车新技术讲座,汽车未来的发展趋势 主讲：陈宗荣 西昌学院汽车与电子工程学院,汽车未来的发展趋势,汽车的出现彻底改变了人类社会，但与此同时也带来了环境污染、能源消耗、城市拥挤、交通事故等一系列的问题，而汽车的发展也从未停步，谋求更加美观、经济、低耗、安全、稳定的汽车一直是汽车发展的方向和目标。在2011年的伦敦、北京、成都、纽约等国际车展上，宝马、丰田、奥迪、大众等知名厂商纷纷推出旗下的概念车和新型跨界汽车，未来汽车的发展已经进入全球视野。根据目前各大汽车厂商的计划和投产或研发中的产品来看，再结合到各国政府关于交通、能源的规定，未来汽车的发展趋势将集中体现在以下一些方面。,随着能源
2、危机的持续加剧，石油的耗尽目前来看是必然趋势，而传统能源产生的大量废气也使得汽车对自然环境造成了严重破坏。因而能源的清洁化和多样化也是未来汽车发展的重要趋势，未来汽车新能源的发展趋势，主要集中在以下一些能源：（一）氢能源汽车（二）电动汽车（三）太阳能汽车,能源清洁化、多样化,我国汽车能源的现状,汽车节能与替代能源是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。我国高速公路网形成，乡村公路，公路客货运输量和汽车保有量均迅速不断地增长，因此，我国汽车运输需求的能源数量将不断激增，而我国的石油资源远远不能满足其需要 我国汽车技术的平均水平低于世界发达国家，机动车燃油经济性水平比欧洲低25%，比日本低20%，
3、比美国整体水平低10%；载货汽车百/吨公里油耗7.6升，比国外先进水平高1倍以上。,石油资源即将耗尽,随着世界的汽车发展，国际原油油价不断升高，从10年前数美元一桶，到现在一百美元附近，而且随着石油资源的枯竭，由此引发的能源战争也不断。汽车工业的发展如何解决传统能源短缺与使用排放污染的瓶颈问题新能源汽车的出现将解决瓶颈！,新能源汽车,目前，已经研制出电能、太阳能、混合动力能源等新能源汽车。由于受技术水平、环境、成本等各方面的因素影响，采用新能源的汽车在某些性能方面与传统的内燃机汽车相比要差一些，所以还未广泛应用。随着汽车工业、科学技术的发展，特别是传统能源的危机、环保要求的提升，新能源取代传统
4、能源是社会发展的必然趋势。,新能源汽车研发现状,天然气汽车 液化石油气汽车 醇类燃料汽车 氢气汽车 电动汽车,天然气汽车,天然气汽车作为一种清洁汽车，由于其低排放、安全可靠、技术成熟、有良好的经济效益和环境效益而被广泛应用于世界40多个国家和地区。,天然气汽车性能评价（一）较低的污染排放,与空气混合充分、燃烧彻底，可大幅度降低CO和HC(碳氢化合物）的排放量 天然气火焰温度低，也会使NOx（氮氧化合物-酸雨的形成物）排放量减少 天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物，以产生相同热量计算，产生的CO也可比汽油、柴油降低15以上,（二）良好的运行经济性,天然气的研究法辛烷值130，这就意味着燃用天然气
5、比燃用汽油时，许用压缩比可高24个单位。很显然，压缩比高，热效率就高（安全性好！）。天然气与空气的混合气形成质量比汽油与空气的好，混合均匀与分配均匀有利于提高燃烧的完全度。,（三）可靠的安全保障,从燃点看，天然气的自燃温度高达650680，远高于汽油的228471，柴油的200300 从着火界限看，天然气的着火界限范围为515%，汽油为1.37.6%，天然气比空气轻，要形成天然气点燃的浓度比汽油难得多,天然气汽车缺点：1、续驶里程短 2、动力性变差3、在制造要求和质量保证上，CNG(天然气）气瓶比汽车油箱严格得多（抗压、防爆）,液化石油气汽车 LPG,LPG（液化石油气）汽车的排放,由于LPG
6、与空气混合气的形成质量优于汽油与空气混合气，燃烧较为完全，在整个混合气浓度范围内，燃用LPG比燃用汽油的HC排放浓度低，其CO排放与燃用汽油相比大幅度下降。,醇类燃料汽车,醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。醇类燃料可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合燃料，也可以直接采用醇类燃料作为发动机的燃料。醇类燃料的来源广，制取方式多。甲醇可以从煤炭、天然气、煤层气，可再生生物资源、分类垃圾等物资中制取；乙醇的原料主要是含糖、含淀粉的农作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草杆等。甲醇和乙醇都属有机化合物，是无色透明、易挥发的可燃液体。与汽油相比，热值低、汽化潜热大、抗暴性好、含氧量高等，另外，醇类燃料吸水性强、化学活
7、性高、容易发生早燃等。,醇类燃料的主要特点,辛烷值比汽油高 汽化潜热大 热值低 腐蚀性大 醇混合燃料容易发生分层,氢气汽车,氢燃料汽车是目前研究的重点，是未来新能源的主力,氢燃料主要有以下特点：,氢是所有元素中质量最轻的。氢的沸点为-253，常温常压下为气体，携带性和安全性差。氢极易点燃，最小点火能量只有汽油的1/3，火焰传播特性也很好，容易实现稀薄燃烧；但自着火温度(在标准大气压力下)高达850K，高于柴油的620K和汽油的770K。氢的质量低热值非常高，是汽油的2.7倍。但单位体积的发热量只有汽油的1/20。氢燃料中不含碳元素，因而不排放CO、HC及硫化物。燃烧后生成H0，而没有CO。储存
8、不便。动力性较差。,氢的储存,低温吸附方法 复杂金属氢化物的分解 宝马汽车公司的储氢箱 纳米碳素纤维储存氢气 德国新的氢气转换技术,三、氢燃料汽车的类型及应用（一）氢燃料汽车的分类,氢燃料汽车的分类,按储存的压力和形态,按混合气形成方式,压缩氢汽车,液化氢汽车,吸附氢汽车,预混,缸内直喷,氢燃料汽车的性能评价（一）动力性和经济性,在机外使氢气与空气混合，那么由于容积效率低，发动机功率比原汽油机低2030;如果将冷氢在进气门关闭以后，以较高压力喷人燃烧室，那么由于充量密度较高，燃烧完善，功率有可能比原汽油机提高15左右。另外使用氢燃料后，有害排放物种类比原排放明显减少。,电动汽车 完全清洁汽车
9、未来汽车发展的主要方向,电动汽车,纯电动汽车,混合动力电动汽车,燃料电池电动汽车,完全由蓄电池提供电能，经过电动机和驱动系统，驱动汽车行驶,同时采用电动机和发动机作为动力驱动系统,采用燃料电池作电源,一、电动汽车的发展优势以及所面临的问题(一)电动汽车的发展优势,电动汽车结构简单，使用方便。电动汽车是典型的零排放汽车。电力的来源可以是多样性的，许多清洁的可再生能源，都可以高效地转化为电能。减小噪声污染。制动能量可回收。,电动汽车技术关键-蓄电池,电动汽车技术关键-蓄电池,蓄电池,安全性，本体安全，生产及报废中重金属污染,可靠性，在使用中出现故障的几率,价格费用,决定车价格,功率密度决定动力性，
10、现有电池功率还较小,循环寿命决定使用里程,能量密度，决定电池大小,起动性能(低温启动性能好）,电动汽车发动机-电动机,1、异步电动机,特点：总体价格比直流电动机高、效率高、调速范围宽、基本免维护以及体积小质量轻。（主要用于大型公交车）,2、永磁式无刷电动机,永磁式无刷直流电动机成为最适于电动汽车驱动的电机品种之一，主要用于家用轿车）。优点：永磁式无刷直流电动机由高能永磁材料励磁，对于给定的输出功率，其体积和质量可以大为减小，功率密度高；由于转子上无绕组，无铜耗，因此效率高于其他电机；电机发热主要集中在定子上，易于采取措施散热；可靠性较高；转子电磁时间常数小，动态性能好。缺点：所需稀土永磁材料的
11、制造工艺复杂，另外，永磁电机在大的过载电流下会导致磁性材料的磁性衰迟或者迟磁，使用时要严格控制过载电流，因此成本较高，相应它的价格更贵些。,开关式磁阻电动机,优点：结构简单，工作可靠，效率高，且容易实现电动汽车制动时的能量回收，工作特性好，响应速度快，制造成本低。缺点：双凸极工作造成转矩脉动和噪声较大。主要用于旅游观光，低成本车）,混合动力电动汽车,并联式混合动力电动汽车（PHEV）,PHEV是由发动机、电动机/发电机或驱动电动机两大动力组成，其发动机、电动机/发电机或驱动电动机采用并联的方式组成驱动系统。,未来汽车的发展趋势1燃料电池电动汽车（FCEV)2智能化的提升,未来最有前途的燃料电池
12、电动汽车（FCEV)电动汽车,燃料电池,燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”，它能够使用多种燃料（原有的是蓄电，它是发电）可以是石油燃料也可以是有机燃料（如酒精、甲烷等），还可以使用包括再生燃料在内的几乎所有的含氢元素的燃料。燃料经过转化成为氢后，以氢作为燃料的燃料电池，它的能量转换不受卡诺循环规律的限制，热效率要高得多，可达到34%40%。燃料电池在运行过程中，不需要复杂的机械传动装置，不需要润滑剂且没有振动与噪声。如：上海世博会的环保大巴（100万左右），但电池成本依然较高。,科技智能化的汽车,“随着汽车电子技术的飞速发展，汽车智能化技术正在逐步得到应用。汽车智能化
13、技术使汽车的操纵越来越简单,动力性和经济性越来越高，行驶安全性越来越好，这是未来汽车发展的趋势。目前正逐步应用于汽车的智能控制技术主要有以下几种：,车辆动力学控制 车辆动力学控制(Vehicle Dynamics Cotrol)的缩写是VDC，该系统的作用是保持汽车在行驶(包括制动和驱动)时的稳定性。传统的ABS(防抱死制动系统)和TCS(牵引控制系统)主要是对车轮上的制动力和驱动力进行控制，防止车轮出现过大的纵向滑移率，以获得最大的附着力，既可产生最大的减(加)速度，又可防止出现侧滑。,智能速度控制系统,智能速度控制系统 汽车智能速度控制系统的功用是在某些特殊路段或特殊行驶条件下对车速进行强
14、制限制。汽车智能速度控制系统主要由电子控制单元和执行器组成。该控制系统工作时，需首先设定限制速度。例如某区域的限速为80km/h，我们可以将该速度设定为限速值。当车速未达到80km/h时，汽车智能速度控制系统不起作用。当车速接近80km/h时，电子控制单元启动 执行器，限制加速踏板的行程，使汽车不能继续加速。当车速低于80km/h时，电子控制单元解除对执行器的控制，驾驶员又可以自由地踏下加速踏板使汽车加速。,智能轮胎,智能轮胎 汽车智能轮胎的功能是在汽车正常行驶时，当温度过高或轮胎气压太低时，及时向驾驶员发出警报，以防止发生事故；或使轮胎在不同行驶条件下保持最佳运行状况，提高安全系数。智能轮胎
15、一般都是通过在外胎内嵌入特殊的带有计算机芯片的传感器而获得智能的。传感器由车内的收发器控制，收发器利用无线电天线将无线电讯号发射至传感器芯片，传感器芯片再将承载着温度和压力数据的电子信号发射至车内的收发器，收发器接收到该信号后便可取得温度和压力等数据，若出现异常情况能及时报警。更为先进的智能轮胎还能感知光滑的冰面，探测出结冰路面后而使轮胎自动变软，增大轮胎与路面的附着力；在探测出路面潮湿后，甚至还能自动改变轮胎的花纹，以防打滑。,智能玻璃,智能玻璃 智能化汽车玻璃有许多种类：包括防光防雨玻璃、电热融雪玻璃、影像显示玻璃、防碎裂安全玻璃、调光玻璃，以及光电遮阳顶篷玻璃等。防光防雨玻璃采用新材料及
16、新表面处理方法制造，雨水落到玻璃上会很快流走且不留水珠，无需刮水器刮水。玻璃内表面反射性低，仪表板及其它饰物不会反射到风挡玻璃上，驾驶员视线不受干扰。具有影像显示功能的玻璃，是在风挡玻璃 上的某一部分涂上透明反射膜，在膜片上可根据需要显示从投影仪传来的仪表板上的图像和数据，便于驾驶员观察，驾驶员在行车时勿需低头察看仪表。影像显示智能玻璃如果与红外线影像显示系统配合，可使驾驶员在雾天看清前方2km左右的物体。光电遮阳顶篷玻璃则是在轿车行驶或停车时，能自动吸收、积聚、利用太阳能来驱动车内风扇，还可对轿车蓄电池进行连续补充充电。,智能安全气囊,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
17、加某些传感器，并改进安全气囊电子控制单元的程序实现。增加的乘员质量传感器能感知座位上的乘员是大人还是儿童；红外线传感器能探测出座椅上是人还是物体；超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。安全气囊电子控制单元则能根据乘员的身高、体重、所处的位置、是否系安全带以及汽车碰撞速度及碰撞程度等，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀方向、膨胀速度及膨胀程度，以便安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护。,自动驾驶的汽车,自动驾驶的汽车,汽车制造商心目中的未来汽车将是一种能自动驾驶的汽车，它能指导驾驶者避开交通拥挤路段和出事地段，同时提供丰富的网上住处和娱乐。智能化汽车应拥有以下主要功能。,夜视功能,夜视功能：这种技术
18、源于军用装备，20世纪80年代中期出现，至少已有10年以上的实际应用历史。车上装有一个红外线摄像机，可帮助驾驶员看清在车前灯光线照射范围外的物 体，该装置以汽车、动物、行人所发出的热量为电脑识别的信号。,音控技术,音控技术：可以让驾驶员对汽车发出语音指令，控制车内的收音机、电话和车内温度。声控技术将成为接入网络和其他各种自动服务的关键。,卫星电话系统,卫星电话系统：驾驶员按一个键，就可以同他人通话。这一系统主要用于紧急救援服务。它与现在的导航系统的差别是，可以通过一个车内手机连接到达4小时报务中心，由于有全球定位系统的辅助，接线员知道你目前所处的确切位置。据统计，该系统将成为汽车的标准设备。,
19、车上网络系统,车上网络系统：截至今年4月，至少有6家汽车制造商向市场提供可在车上上网的配套装置。通用公司已经在车上试用其Onstar系统，只要按一个键，说一声Onstar(启动)，系统便将一个手机拨号连接到服务器上。然后你可以用语音指令要求播放天气预报、新闻、体育和交通状况，或者发电子邮件。更令驾驶员高兴的是，由于网络家电的大量普及，你可在车上指示家中的微波炉开始工作，一回到家便可饱餐一顿。,自动车门,自动车门：如果你丢了钥匙，没关系，钥匙也许很快就会过时。梅塞德斯公司正在开发一种电子开锁系统，能够在车主靠近车门的时候，自动辨认对方。车主只要随身携带一张电子装置，将这一系统激活即可，当车主接触
20、把手时，门可以自动开锁。,自动导航,自动导航：当你长途开车和外出旅行时，不必担心方向和路径，预先输入的指令将保证车子按最佳路线行驶。该系统还通过雷达使汽车同前面的车辆保持安全距离，即使是雾天也不会发生追尾事故。这样的系统已经在梅塞德斯和美洲豹车上出现。,绿色能源：未来的智能汽车将启用绿色能源。其中，电动汽车将被消费者广泛接受。通用、福特、大众、戴姆勒克莱斯勒、丰田、本田等汽车制造商都在积极研制可以利用无线电技术充电的小型电动汽车。电能将被转化成特殊的激光束或微波束，通过天线接收，人们不必停车补充能源就可以开车环游世界。,智能机械监测系统,智能机械监测系统将对汽车的各个部位进行即时扫描和性能监测
21、，当胎压、油箱、制动等重要系统出现异常时会自动报警。安全系统的被动安全方面，主要是交通事故发生后对车内人员的保护，在目前安全气囊的基础上升级为立体式全方位安全气囊；同时内建灭火系统，防止交通事故后事故车辆发生燃烧或爆炸；溃缩式方向盘技术也是未来汽车重要的被动安全工具，当汽车遭受撞击时。溃缩式方向盘会自动缩进，防止撞击到车内人员。,自助逃生系统,自助逃生系统也是未来汽车的重要安全工具，目前正在研发的奔驰斯梅尔E级跨界型轿车便内置了这一系统，车顶和侧身都有隐门，紧急情况时启动自助逃生系统，隐门可以打开，保证车内人员不会因为汽车变形或机械故障无法开门而被困车内。,结论,未来汽车是新材料、新能源、电子
22、技术、计算机控制技术及通信技术的产业复合体，今后的汽车技术与以上产业的发展和进步共同进步，汽车产业不会停滞，而是以一种高技术的复合应用出现在大家面前！谢谢,新能源汽车与汽车新技术讲座,主讲：陈宗荣 院长 西昌学院汽车与电子工程学院,汽车发动机新技术,提高充量系数的技术 汽油机稀薄燃烧技术 废气涡轮增压发动机 汽油机燃油喷射与点火系统电子控制 柴油机燃油喷射系统电子控制 发动机其他节能技术,提高发动机热效率的主要措施有：提高压缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，改善混合气在气缸中的流动方式，改进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝
23、热发动机技术等。,提高升功率 主要的措施有：,通过合理组织燃烧过程，以降低过量空气系数 a；改善发动机换气过程，提高充量系数 c；提高转速 n，以增加发动机单位时间内发动机每个气缸作功的次数；采用增压技术，以增加进气密度 s。,电子技术提高充量系数的技术,充气效率的含义：充气效率是指在发动机进气行程进，实际进入气缸内的新鲜气体（空气或可燃混合气）的质量与在进气行程进口状态下充满气缸工作容积的气体质量的比值。,一、采用多气门机构,优点：增加进排气门流通面积，从而减小了进排气阻力，提高了充气效率；可以使火花塞中央布置，以缩短火焰传播距离，提高发动机的抗爆性，因而可以采用更高的压缩比，提高汽油机的燃
24、油经济性。,采用可变配气系统技术,控制发动机充量交换过程的特性参数主要是三个：气门开启相位，气门开启持续角度和气门升程。进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供了较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和 NOx 排放，但同时也导致起动困难、怠速不稳定和低速工作粗暴。进气门关闭相位推迟，一方面在高转速时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经吸入气缸的新鲜充量重又推回到进气管中。气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高体积效率；另一方面
25、在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。,进气道喷射的分层燃烧方式轴向分层燃烧系统,此燃烧系统利用强烈的进气涡流和进气过程后期进气道喷射，使利于火花点火的较浓混合气留在气缸上部靠近火花塞处，气缸下部为稀混合气，形成轴向分层，它可以在空燃比 22 下工作，燃油消耗率可比均燃降低 12。,（2）横向分层燃烧系统,横向分层稀燃系统是利用滚流来实现的。在一个进气道喷射的汽油生成浓混合气，在滚流的引导下经过设置在气缸中央的火花塞，在其两侧为纯空气，活塞顶做成有助于生成滚流的曲面。此燃烧系统经济性比常规汽油机提高 68，NOx 含量（体积分数）下降80。,缸内直喷分层燃烧方式,缸
26、内直喷（GDI）燃烧系统可实现均质混合气燃烧、分层混合气燃烧以及均质混合气压燃燃烧（HCCI）。缸内直喷分层混合气燃烧主要依靠由火花塞处向外扩展的由浓到稀的混合气，目前实现方法有三种，即借助于燃烧室形状的壁面引导方式，依靠气流运动的气流引导方式和依靠燃油喷雾的喷雾控制方式。前两种方式都有可能形成壁面油膜，是造成碳氢排放高的主要原因；后一种方式则与喷雾特性、喷射时刻关系密切，但控制起来比前两种要难。,GDI发动机具有以下优点：,由于稀混合气燃烧时 N2 和 O2 双原子分子增多，气体的比热容比增大，可使理论循环热效率有较大提高。由于燃油在缸内气化吸热使压缩终点温度降低，因而爆燃可能性减小，压缩比
27、可以提高，由此可使燃油消耗率改善 5 以上。由于燃烧放热速率提高等，可使燃油消耗率改善 23，而怠速改善 10 以上。由于取消了进气节流阀，泵气损失可降低 15。中小负荷时，周边区域参与燃烧的程度较小，气体温度降低，使传热损失减小。,GDI发动机存在的主要问题：,难以在所要求的运转范围内使燃烧室内混合气实现理想的分层。分层燃烧对燃油蒸气在缸内的分布要求很高，通常喷油时刻、点火时刻、空气运动、喷雾特性和燃烧室形状配合必须控制得十分严格，否则很容易发生燃烧不稳定和失火。喷油器内置气缸内，喷孔自洁能力差，容易结垢，影响喷雾特性和喷油量。低负荷时 HC 排放高，高负荷时 NOx 排放高，有碳烟生成。部
28、分负荷时混合气稀于理论空燃比，三效催化器转化效率下降，需采用选择性催化转化 NOx。气缸和燃油系统磨损增加。,废气涡轮增压发动机,经济性：,柴油机增压后，平均指示压力 大大增加，而其平均机械损失压力 却增加不多，因此，机械效率m 提高；由于增压适当加大了过量空气系数 a，使燃烧过程得到一定改善，其指示热效率i t往往也会有所提高；增压机大多作泵气正功，也会使指示热效率提高；如果增压和非增压发动机功率相同，则增压发动机可以减少排量，显然，这样使机械损失减少，燃油消耗率降低。另外，由于发动机排量减少，整台发动机体积、质量都会减少，这样降低整车油耗也有利；发动机采用增压后，还可以在保证原有功率和一定
29、转矩下，适当降低转速。这样，由于机械损失和磨损减少，对改善燃料经济性有利。,排气污染和噪声：,由于增压柴油机有较充足的过量空气系数，有害气体排放量（HC、CO）一般为非增压机的1/31/2；由于增压适当加大了过量空气系数 a，使燃烧过程得到一定改善，其指示热效率i t往往也会有所提高；如果采用增压中冷技术，可显著减少 NOx 排放；由于增压后，柴油机着火延迟期缩短，压力上升率降低，可以使燃烧噪声减少；由于涡轮增压器的设置，使进、排气噪声也有所减少,缺点：,主要体现在低速转矩特性和加速性下降等方面。低速时，由于增压压力下降，转矩 TTq 的增量明显比高速时低，这就使转矩特性的低速段很不理想，影响
30、汽车加速性能及爬坡性能。起动时，由于未建立增压压力，而增压机的压缩比又比较低，所以起动、着火有一定困难。此外，动态过程中，气体压力反应缓慢，增压器叶片也有较大惯性，致使各种响应都变慢，不仅进一步影响了加速及起动性能，也因过渡过程拖长而使此时的排放和经济性能变差。,增压汽油机,存在的主要问题：汽油机增压后，压缩终点和温度都加大，爆燃倾向加剧，热负荷更加严重。若燃料辛烷值不提高，就必须采取降低压缩比，推迟点火等相应措施，其结果会导致热效率的下降。此外，汽油机增压同样存在低速转矩特性和加速性能下降的问题。可采取的措施：电子可变涡轮喷嘴环截面控制、电控增压压力控制等技术的应用可以有效改善低速转矩特性和
31、动态特性；电控燃油喷射技术，实现了定时和转矩特性（油量特性）的优化；特别是电控爆燃控制、电控废气再循环控制以及增压中冷技术,增压压力控制 发动机增压时要防止增压器超速及增压压力过高。涡轮增压器超速可能损坏压气机及涡轮旋转零部件，造成严重事故。增压压力过高则可能使汽油机发生爆燃；使柴油机机械负荷及热负荷过高。控制增压压力有三种办法：,排气旁通，减少进入涡轮的排气及其能量；部分增压空气返回到压气机入口或大气中，减少入缸的空气量；通过电脑自动控制。,该系统主要由微处理机、压力传感器、转速传感器及敲缸传感器组成。输入信号经过处理后，微处理器给电磁线圈发出指令，控制旁通阀开或者关。由于采用了微处理器控制
32、，在发生敲缸征兆时，可以自动推迟点火提前角，避免爆燃，因此采用这种控制系统的汽油机增压后，可以不降低压缩比，采用原先使用的汽油。,电子控制 系统,汽油机增压系统的常用措施,电控汽油喷射系统 成功地摆脱了增压器与化油器匹配的困难，为汽油机增压技术奠定了基础。还为在汽油机增压系统中实现爆燃控制、放气控制、排放控制、增压器可变技术的应用等综合控制带来了方便。电控爆燃控制 采用爆燃控制以后，可以在避免发生爆燃的前提下，最大限度地发挥整机潜力 增压中冷 增压空气进行中冷，对增加充量、降低热负荷、消除爆燃均十分有利。,汽油机燃油喷射与点火系统电子控制,化油器：1）排污严重，难于同时消除各种气体排放污染物。
33、2）油和气的响应速度都较慢，而且彼此间还有差别，致使动态过程时各种性能恶化。3）存在化油器喉管，致使进气系统阻力加大，充量系数降低。4）由于难兼顾各缸进气和油膜分配的均匀性，以致各缸工作不均匀性较为严重。5）增加了汽油机增压的困难等 电控汽油喷射：能准确控制混合气的质量，保证气缸内的燃料燃烧完全，使废气排放物和燃油消耗都能够降得下来，同时它还提高了发动机的充气效率，增加了发动机的功率和扭矩。,二、复合功能的电控多点燃油喷射与点火系统,电控汽油喷射系统分为单点喷射与多点喷射。,多点燃油喷射与电子点火相结合，使用同一电控单元（ECU）控制，并且具有发动机和动力传动系统的管理功能，这种系统就叫复合功
34、能的电控多点燃油喷射与点火系统。,柴油机燃油喷射系统电子控制,环境污染,能源危机,CO2,柴油机电喷系统,与机械控制方式相比，柴油机电控喷射有以下优点：,电控技术能使控制更为全面和精确，比之原有的机械或机、液控制更易实现性能优化并对相互矛盾的要求进行合理的折中，这样就能使燃油消耗率和有害物的排放量大幅度下降。由于机械或机、液控制在结构、工艺上的复杂性和局限性，很多已被证明是有效的改善性能的措施，如预喷射或多次喷射、喷油率与喷油压力的精确控制等均难以实现，采用电控后有助于满足这些控制要求。采用电控技术后，控制对象和目标大为扩展，除常规稳态性能调控外，还可扩展到各种过渡过程的优化控制、故障自动监测
35、与处理、操作过程自动化以及自适应控制等，最终发展成为整机的电脑管理系统，从而使整机性能与可靠性得到大幅度的提高。,柴油机燃油消耗与相应的技术措施,时间控制式共轨喷油系统,这种系统不再应用传统的柱塞脉动供油泵原理，而是先将柴油或者其它传递压力的工质，如机油，以高压（喷油压）或中压（10MPa 左右）状态蓄集在被称为共轨（commonrail）的容器中，然后利用电磁三通阀将共轨中的压力油引到喷油器中完成喷射任务。l）共轨中若为与喷油压力相同的柴油，则此油直接进入喷嘴盛油槽（针阀腔）开启针阀进行喷射，这就是“高压共轨”系统。,以电控喷射为主的柴油机电子管理中心的主要功能,目标喷油量控制 目标喷油定时
36、控制 油量及喷油定时的补偿控制 冷起动及怠速稳定性控制 过渡性能与烟度控制 喷油规律与喷油压力的控制 其它参数及性能的控制,发动机其他节能控制技术一、分缸断油（闭缸技术）,部分负荷时ECU通过设在燃油系统中的阀门切断右面 3 个气缸的燃油供应，只有左面 3 个气缸得到燃油供应并点火工作，一部分废气被送回进气管。进气总管中设有ECU控制的阀门，可将这两组气缸的进气歧管分隔开，所以回流废气可经进气管流入已经断油的 3 个气缸，再经过专门为这一组气缸设置的排气管排出。全负荷时，各缸一起工作。进气总管中的阀门将两组气缸的进气歧管接通，各缸都得到新鲜空气和燃油供应。,图387 分缸断油电子控制1空气；2
37、燃油；3废气,进气量电子控制1.进气量电子控制的必要性,通过节气门以外的装置调节进气量的场合 某些电子控制项目中为了改善平顺性而要求逐步改变转矩的场合 为了迅速加热三元催化器而在暖机阶段推迟点火的场合 牵引力电子控制、发动机限速控制和汽车限速控制的场合 现代汽油直接喷射发动机中,停车起动运行电子控制,汽车在城市行驶工况中，怠速运行时间占总运行时间的比例可高达 2030，而怠速油耗占总油耗的 5 左右。因此，如果停车时关闭发动机，取消怠速，对改善整车燃料消耗损失大有好处。使用停车-起动电子控制时，离合器脱开、汽车停住或只是以大约 2km/h 的速度爬行时，发动机在几秒钟内就自动关闭。重新起动发动
38、机时只要将离合器踏板踩到底，并将加速踏板踩下达其行程 13 以内就可以了。停车起动运行虽然节省了怠速燃油，但增加了起动燃油的消耗。,发动机冷却风扇控制,据实验资料，汽车在 90%以上的运行时间仅靠迎面风就能保证正常冷却，并不需要风扇冷却。但是，传统的结构，只要发动机运转，风扇就被驱动，而驱动风扇消耗的功率与转速的三次方成正比，通常约占发动机有效功率的 510%，并且产生较大的风扇噪声。机械式风扇离合器。图390 所示是以形状记忆合金作为温控和驱动元件的机械式自动风扇离合器，它的基本结构是典型的机械式锥形摩擦离合器。主动件 5 通过滑键与主动轴 1 连接。从动件 3 安装在滚动轴承 2 的外圈上
39、，滚动轴承的内圈安装在主动轴上。风扇安装在从动件上。,汽车底盘控制新技术,与变速器换档相关的发动机电子控制,自动变速器 一、自动变速器概述,自动变速器,液力自动变速器(AT),机械无级变速器(CVT),电控机械式自动变速器(AMT),可实现传动比连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性。同时，可减缓了汽车变速过程中的换档冲击。,消除了离合器操作和频繁换档，驾驶操作简便省力。能缓和冲击，使档位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。但效率较低。,由于原有的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠,机械无级变速器（CVT）,无级
40、变速，可使发动机经常处在最有效的工作点下运转。,1无级变速器的特点,经济性好：无级变速器可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。动力性好：由于无级变速器的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明显优于机械变速器和液力自动变速器。排放低：无级变速器的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。成本较液力自动变速器低：无级变速器结构简单，零部件数目比液力自动变速器少。,超越离合器概述 汽车以一定车速行驶，当解除了发动机的驱动后，汽车在惯性作用下继续行驶，称为滑行。汽车滑行时，
41、发动机怠速运转或不运转，只需消耗少量燃油或不耗油。因此，滑行是有效的节油操作方法，得到了广泛的应用。滑行主要有两种：一种是经常性加速滑行；另一种是非经常性的加速滑行。汽车滑行时的操作有不熄火滑行、熄火滑行和踩离合器滑行三种。在汽车传动装置中应用超越离合器，不仅能够实现滑行节能的目的，而且可以减少换档操作，降低驾驶员的劳动强度。,应用超越离合器的特点,操作简便：装用超越离合器后，完成一次滑行，驾驶员只须松、踏加速踏板两个动作，大大减轻了驾驶员的疲劳。节省燃料：应用超越离合器后，一脚踩加速踏板即可上档加速，免去了空踩加速踏板。由于操作简便可把车速控制在经济车速范围内，也可频繁滑行节油。保证安全：使
42、驾驶员减少动作，比较轻松地处理各种复杂情况，从而有利于安全行车。减少机件磨损：可减少滑动摩擦 与冲击磨损。,制动能量的回收,制动能量回收的含义：是指汽车减速或制动时，将其中一部分机械能(动能)转化为其他形式的能量进行回收，并加以再利用的技术。优点：有助于提高汽车能源利用率、减少燃料消耗，减轻制动器的热负荷，减少磨损，提高汽车行驶安全性和使用经济性。原理:先将汽车制动或减速时的一部分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）为其他形式的能量（旋转动能、液压能、化学能等），并储存在储能器中，同时产生一定的负荷阻力使汽车减速制动；当汽车再次起动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量再转换为汽车行驶所
43、需的动能（驱动力）。,一、制动能量回收方法 根据不同的储能机理，汽车制动能量回收的方法有飞轮储能、液压储能和电化学储能。1飞轮储能 飞轮储能是利用高速旋转的飞轮来存储和释放能量。工作原理：当车辆制动或减速时，先将车辆在制动或减速过程中的动能转换为飞轮高速旋转的动能；当车辆再次起动或加速时，高速旋转的飞轮又将存储的动能通过传动装置转化为车辆行驶的驱动力。,液压储能技术 工作原理：先将车辆在制动或减速过程中的动能转换成液压能，并将液压能储藏在液压蓄能器中；当车辆再次起动或加速时，储能系统又将蓄能器中的液压能以机械能的形式反作用于车辆，以增加车辆的驱动力。,3电化学储能 工作原理：首先将车辆在制动或
44、减速过程中的动能，通过发电机转化为电能并以化学能的形式存储在储能器中；当车辆需要起动或加速时，再将存储器中的化学能通过电动机转化为车辆行驶的动能。储能器可采用蓄电池或超级电容，由发电机/电动机实现机械能和电能之间的转化。系统还包括一个控制单元(ECU)，用来控制蓄电池或超级电容的充放电状态，并保证蓄电池的剩余电量在规定的范围内。,各种能量存储方法的比较,飞轮储能,液压储能,电化学储能,简单易行、造价较低、但重量和体积大，储能时效性差，适用起功、制动频繁的大型汽车。,零件少，成本较低，工作可靠性高，体积小、安装布置方便，允许发动机的速度和转矩与路面载荷相互分离，能够长期地有效储存能量，适用于各种
45、类型的大小汽车。,结构简单，操作方便，可靠性好，制动能量回收利用效率高，制约其应用的技术瓶颈仍是高性能、低成本的电化学储能器。,制动能量回收系统,1制动能量回收系统的类型 制动能量回收系统的构成因采用蓄能方法不同而有很大差异，常见的为：由发电机、电动机、蓄电池构成的电能式；由飞轮、无级变速器（CVT）构成的动能式；由液压泵液压马达，蓄能器构成的液压式三种。1）电能式 缺点：必须携带大量用于蓄存回收能量的重型蓄电池。2）动能式（飞轮式）采用飞轮蓄能需要无级变速器（CVT）与之配合。由于机械式CVT没有达到普及的程度，故一般以电气或液压流体作为换能介质。3）液压式 与飞轮式相比，尽管它能量密度较小
46、，但其控制简单、制造容易；而与电能式相比，则其功率质量比较大，对于大型车辆目前已接近实用化水平。,电动汽车制动能量回收与利用,电动汽车制动能量回收需要解决的问题,电动汽车回收的制动能量转化为蓄电池储存的电能。该储能方式存在功率密度低，充放电频率小，不能迅速转化所吸收的大量能量的缺点，而车辆在制动或起动时，需要迅速得到或释放大量能量，这使储能蓄电池的应用受到很大限制。电动汽车制动期间所产生的电流很容易达到较高的值，在约几百A的范围内，这比蓄电池所能吸收的充电电流大得多，这会损害蓄电池并大大减少其预期寿命。此外，当蓄电池接近其最大充电量时，电制动期间所产生的电能就会使蓄电池过度充电，这会导致蓄电池
47、电极上的电压将大致等于充电电路所输送的电压，或者换句话说，导致限制或抑制电流在蓄电池中循环，大大降低甚至消失电制动效果。,汽车车身新技术,车身造型一、车身造型的发展,马车状汽车,厢型车,船型,“甲壳虫”型,鱼型,楔型,子弹头型,车身造型设计的发展趋势,车身造型进一步强调空气动力化。发动机的布置形式。设置前、后扰流板等气动力学附加装置，改善气流的流动状况。车身乘员舱仍要处于前后轮之间，地板要尽量降低，以获得较大的室内空间及开阔的视野，保证乘员的舒适性和安全性。优化车身细部外形，以减少车身表面的凹凸面和突起物。,目前世界上较为普遍的改善汽车造型的空气动力性能方法主要有：,车身结构轻量化,普通汽车自
48、重质量每减轻100kg，可节油0.20.3L/100km，而轿车的质量每减轻100kg，可节油0.40.3L/100km；另外根据大量研究表明，当整车质量减轻10%时，汽车的燃油经济性可提高3.8%，加速时间减少8%，CO排放量减少4.5%，制动距离减少5%，轮胎寿命提高7%，转向力减小6%。车身是整个汽车零部件的载体，其重量约占整车的40%60%。因此实现汽车车身轻量化是改善汽车经济性的有效方法。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来达到轻量化的目的。在用材方面可以通过材
49、料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。,车身结构轻量化的途径（一）车身结构轻量化设计1.变截面薄板及其在车身制造中的应用,用于车身制造的变截面薄板分为两种，一种是激光拼焊板（Tailor Welded Blanks，TWB），另一种是通过柔性轧制生产工艺得到的连续变截面板（Tailor Rolling Blanks，TRB）。TWB是根据车身设计的强度和刚度要求，采用激光焊接技术把不同厚度、不同表面镀层甚至不同原材料的金属薄板焊接在一起，然后再进行冲压。TWB可以根据需要任意进行拼接，因而具有极大的灵活性，并且能
50、按照等强度的概念优化设计一些原来是等厚度的车身零部件，把它们由原来的锻造加工转换为冲压加工，既提高加工效率，又节省加工能源。TRB通过一种新的轧制工艺柔性轧制技术而获得的连续变截面薄板。TRB连续变化的截面提供了有利于后续成型加工的可能性。,TWB与TRB的比较,TRB应用中尚需解决的问题,车身覆盖件压模具的设计 对于变截面薄板来说，原来基于等厚度板材所建立的力学本征模型、数值仿真模型及三维几何模型都不再完全适用了。需要花大力气重建这些模型，针对变截面薄板的具体变化特征来重新设计车身覆盖件冲压模具。变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流动性 变截面薄板的引入使车身覆盖件的冲压成型过程变得更为复杂
