新能源汽车概论课件：新技术应用 -

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页新技术应用新能源汽车的发展趋势是轻量化、智能化、网联化，最终实现无人驾驶，因此，新能源汽车也要向智能网联汽车、无人驾驶汽车方向发展。

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页7.1汽车轻量化技术汽车轻量化是指汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗振性以及舒适性等性能不降低，且汽车本身造价合理的前提下，有目标地减轻汽车自身的质量。汽车轻量化是设计、材料和先进的加工制造技术的优势集成。汽车轻量化实际上是汽车性能提高、质量降低、结构优化、价格合理四方面相结合的一个系统工程。有试验表明，汽车质量每减轻10%，油耗下降6%~8%，排放量下降4%。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽车的动力性能提高。因此，汽车轻量化技术是有效降低油耗、减少排放和提升安全性的重要技术措施之一，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化的实现需要材料技术、轻量化结构优化设计技术、轻量化绿色制造技术3方面的进步，是材料、设计、加工成形技术等多方面的集成，其中材料的创新是基础和核心。

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页7.1.1汽车轻量化材料新材料的应用是汽车实现轻量化的关键。为实现轻量化，世界各大汽车生产商和材料生产厂家一直致力于轻量化材料的研发，轻量化材料应用的多少已经成为衡量汽车生产技术和新材料开发水平的重要标准之一。目前，用于汽车轻量化的材料主要有低密度的轻质材料和高强度材料，前者包括以铝、镁、钛合金为代表的金属材料和塑料、纤维等高分子材料，后者主要指高强度钢。

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页7.1.1汽车轻量化材料2.镁合金镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是密度小，约为铝合金的2/3，比强度高，弹性模量大，消振性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用，镁压铸件的生产效率比铝高30%~50%。新开发的无孔压铸法可生产出没有气孔且可热处理的镁压铸件。镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。在汽车上试用或应用镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部件、转向盘轮芯、变速器壳体、发动机悬置和气缸盖等。

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页7.1.1汽车轻量化材料4.碳纤维碳纤维是一种纤维状复合材料，含碳量超过90％以上，具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。它的强度比钢大，密度比铝小，具有极好的电学、热学和力学性能。碳纤维和碳纤维增强复合材料作为21世纪的新材料，具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优势，多年前便应用于赛车领域，目前已开始逐步应用到民用汽车领域。特别是在新能源汽车上，有着广泛的应用前景。由于碳纤维增强复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻质量40%~60%，相当于钢结构质量的1/3~1/6。未来兰博基尼几乎所有的新车型车身都将使用碳纤维材料，大幅降低车身质量。

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页7.1.2汽车轻量化设计汽车设计轻量化也就是结构优化设计，即通过采用先进的优化设计方法和技术手段，在满足结构强度、刚度、模态、碰撞安全性、疲劳寿命、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）、生产成本等诸多方面的性能要求，以及相关的法律、法规、标准的前提下，通过优化结构参数，提高材料的利用率，去除零部件冗余部分，同时又使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以减轻质量，实现轻量化。汽车结构的轻量化设计与优化主要包括：（1）通过CAD来优化设计汽车结构，减少结构质量和材料厚度，使部件薄壁化、中空化、小型化及复合化达到轻量化目的，采用CAE技术计算汽车强度和刚度，确保减重整车的性能。

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页7.1.2汽车轻量化设计（2）开发设计车体和部件更趋合理化的中空型结构。主要途径就是在结构上采用“以空代实”，即对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件，采用空心结构取代实心结构，同时优化结构布局，使之更加紧凑，这样既可以减轻质量，节约材料，又可以充分利用材料的强度和刚度。（3）在轻量化与材料特性、工艺性、生产批量、成本及其他制约因素中找到一个最佳的结合点，实现多材料组合的轻量化结构，强调合适的材料用于合适的部位，藉以CAD／CAE计算机辅助技术，使结构轻量化设计与优化融入开发前期，缩短开发周期，降低成本，确保了汽车轻量化的效率和质量。

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页7.1.2汽车轻量化设计

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页7.1.3汽车轻量化制造对于材料一定，减重的主要方法是设计和制造出合理的轻体结构。先进成型制造技术包括热冲压成型、液压成型、激光拼焊成型等。热冲压成型技术广泛应用于国外汽车上的各类强度高达1500MPa的汽车前后保险杠、保安件和碰撞件的加强件，为汽车轻量化和提高安全性做出了突出贡献。液压成形技术主要用来加工管件，使之成形为具有异型截面的构件，来代替实心构件，在不提高材料成本的前提下，既可减轻质量又可充分利用材料的强度和刚度。目前应用液压成形技术的汽车零部件主要有发动机系统零件，如进气支管、排气支管、发动机托架、涡轮增压系统元件等；悬吊系统零件，如发动机支承架、传动轴元件等；车身结构件，如底盘、车顶支架、侧门横梁等；其他类，如座椅框架及散热器支架等。

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页7.1.3汽车轻量化制造一

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页7.1.3汽车轻量化制造激光拼焊成形是将不同厚度或不同材质及不同表面状态的板材剪裁成一定的尺寸和形状，用激光拼焊成一块整体板，在冲压制造后，与其他零件一起装配汽车。据统计，在汽车制造中采用激光拼焊板材后，可使零件质量相对减轻24%，零件数量减少19%，焊点下降49%，生产效率提高21%。

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页7.1.3汽车轻量化制造辊压成型工艺主要是靠材料的塑性移动滚压加工成各种形状复杂的轴杆、阀门芯和特殊紧固件等产品，如汽车保险杠本体、防撞杆、门槛件、座椅轨等。另外，还有半固态成形、高真空压铸、等温挤压、等温锻造等，每种成型制造技术都通过计算机仿真设计极大地改善轻合金的精确高效成形性能，可实现高精度、高效率的精确成型制造，获得预期的材料组织性能与成型质量。

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页7.1.4汽车轻量化技术路线1.总体思路（1）近期重点发展超高强钢和先进高强钢技术，实现高强钢在汽车应用比例达到50%以上。（2）中期重点发展第3代汽车钢和铝合金技术，实现铝合金覆盖件和铝合金零部件的批量生产和产业化应用。（3）远期重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术，实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用。

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页7.1.4汽车轻量化技术路线2.

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页7.2智能网联汽车和无人驾驶汽车7.2.1智能网联汽车智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产业，可显著改善交通安全、实现节能减排、减缓交通拥堵、提高交通效率，并拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协同发展，对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。

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页7.2.1智能网联汽车1.智能网联汽车定义

智能网联汽车（IntelligentConnectedVehicle，ICV）是一个跨技术、跨产业领域的新兴体系，从不同角度、不同背景对它的理解是有差异的，各国对智能网联汽车的定义不同，叫法也不尽相同，但终极目标是一样的，即可上路安全行驶的无人驾驶汽车。从狭义上讲，智能网联汽车是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现V2X（X：车、路、行人及应用平台等）智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。从广义上讲，智能网联汽车是以车辆为主体和主要节点，融合现代通信和网络技术，使车辆与外部节点实现信息共享和协同控制，以达到车辆安全、有序、高效、节能行驶的新一代多车辆系统

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页7.2.1智能网联汽车2.智能网联汽车系统构成

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页7.2.1智能网联汽车（1）环境感知层。环境感知层的主要功能是通过车载环境感知技术、卫星定位技术、4G/5G及V2X技术等，实现对车辆自身属性和车辆外在属性（如道路、车辆和行人等）静、动态信息的提取和收集，并向智能决策层输送信息（2）智能决策层。智能决策层的主要功能是接收环境感知层的信息并进行融合，对道路、车辆、行人、交通标志和交通信号等进行识别，决策分析和判断车辆驾驶模式和将要执行的操作，并向控制和执行层输送指令。（3）控制和执行层。控制和执行层的主要功能是按照智能决策层的指令，对车辆进行操作和协同控制，并为联网汽车提供道路交通信息、安全信息、娱乐信息、救援信息以及商务办公、网上消费等，保障汽车安全行驶和舒适驾驶

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页7.2.1智能网联汽车3.智能网联汽车关键技术

环境感知技术无线通信技术智能互联技术车载网络技术先进驾驶辅助技术信息融合技术信息安全与隐私保护技术人机交互（HMI）技术等

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页7.2.2无人驾驶汽车1.无人驾驶汽车定义无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境、自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息等，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车技术是传感器、计算机、人工智能、通信、导航定位、模式识别、机器视觉、智能控制等多门前沿学科的综合体，成为汽车智能化的终极目标。

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页7.2.2无人驾驶汽车2.无人驾驶汽车构成

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页7.2.2无人驾驶汽车环境感知层是指各种传感器，为决策控制层提供车辆所在道路及周围的信息，为了提高环境感知的可靠性，一般采用多传感器信息的数据融合技术；决策控制层利用人工智能、自动控制等理论对环境感知层所获得的信息做出决策，并向执行机构发出控制命令，包括转向、制动或加速等的操纵；操作执行层主要指各种执行器，包括转向、调速、制动等执行装置。

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页7.2.2无人驾驶汽车

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页7.2.2无人驾驶汽车3.无人驾驶汽车的关键技术环境感知技术导航定位技术路径规划技术决策控制等技术

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页7.3汽车网络技术（

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页7.3.1车载网络技术（

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页7.3.1车载网络技术（

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页7.3.1车载网络技术5.以太网定义以太网（Ethernet）是由美国施乐（Xerox）公司创建并由Xerox、英特（Intel）和DEC（数字装备）公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆以太网（10Gbit/s）。

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页7.3.2车载自组织网络1.车载自组织网络定义车载自组织网络（VehicularAdhocNetworks，VANET）是指在交通环境中，以车辆、路侧单元以及行人为节点而构成的开放式移动自组织网络，可以进行V2V、V2I、V2P之间的信息传输，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和互联网接入服务等应用。它是智能交通系统未来发展的通信基础，也是智能网联汽车安全行驶的保障。

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页7.3.2车载自组织网络2.车载自组织网络结构车载自组织网络在网络结构上主要分为三部分：V2V之间通信、V2I之间通信、V2P之间通信

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页7.3.2车载自组织网络（1）车间自组织型。车辆之间形成自组织网络，不需借助路侧单元，这种通信模式也称之为V2V通信模式，也是传统移动自组织网络的通信模式。（2）无线局域网/蜂窝网络型。在这种通信模式下，车辆节点间不能直接通信，必须通过接入路侧单元互相通信，这种通信模式也称为V2I通信模式，相比车间自组织型，路侧单元建设成本较高。（3）混合型。混合型是前两种通信模式的混合模式，车辆可以根据实际情况选择不同的通信方式。

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页7.3.2车载自组织网络3.车载自组织网络的应用场景

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页7.3.2车载自组织网络（

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页7.3.2车载自组织网络（3）紧急制动警告

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页7.3.2车载自组织网络（5）交叉路口违规警告

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页7.3.3车载移动互联网但

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页7.4汽车环境感知技术环境感知技术是智能网联汽车和无人驾驶汽车的关键技术之一，它是通过安装在汽车上的传感器或自组织网络，对道路、车辆、行人、交通标志、交通信号灯等进行检测和识别的技术，主要应用于先进驾驶辅助系统，如自适应巡航控制系统、车道偏离报警系统、道路保持辅助系统、汽车并线辅助系统、自动刹车辅助系统等，保障智能网联汽车安全、准确到达目的地。

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页7.4汽车环境感知技术1.汽车环境感知系统组成汽车环境感知系统由信息采集单元、信息处理单元和信息传输单元组成

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页7.4汽车环境感知技术2.道路识别技术道路识别技术主要用于车道偏离报警系统和车道保持辅助系统等。在实现方法上主要分为基于雷达成像原理的雷达传感器和基于机器视觉图像的视觉传感器两类。道路检测的任务是提取车道的几何结构，如车道的宽度、车道线的曲率等；确定车辆在车道中的位置、方向；提取车辆可行驶的区域。

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页7.4汽车环境感知技术环

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页7.4汽车环境感知技术2.车辆识别技术前方车辆检测是判断安全车距的前提，车辆检测的准确与否不仅决定了测距的准确性，而且决定了是否能够及时发现一些潜在的交通事故。识别算法用于确定图像序列中是否存在车辆，并获得其基本信息，如大小、位置等。摄像机跟随车辆在道路上运动时，所获取道路图像中车辆的大小、位置和亮度等是在不断变化的。用于识别前方运动车辆的方法主要有基于特征的识别方法、基于机器学习的识别方法、基于光流场的识别方法和基于模型的识别方法等。

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页7.4汽车环境感知技术3.行人识别技术行人识别技术是智能网联汽车和无人驾驶汽车先进驾驶辅助系统的重要组成部分。行人是道路交通的主体和主要参与者，由于其行为具有非常大的随意性，再加上驾驶员在车内视野变窄以及长时间驾驶导致的视觉疲劳，使得行人在交通事故中很容易受到伤害。行人识别技术能够及时准确的检测出车辆前方的行人，并根据不同危险级别提供不同的预警提示，以保证驾驶员具有足够的反应时间，能够极大降低甚至避免撞人事故的发生。行人识别方法主要有基于特征分类的行人识别、基于模型的行人识别方法、基于运动特性的方法、基于形状模型的方法、基于模板匹配的方法以及基于统计分类的方法等。

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页7.4汽车环境感知技术4.交通标志识别技术道路交通标志作为重要的道路交通安全附属设施，可向驾驶员提供各种引导和约束信息。驾驶员实时地正确地获取交通标志信息，可保障行车更安全。在智能网联汽车和无人驾驶汽车中，交通标志的检测是通过图像识别系统实现的。

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页7.4汽车环境感知技术5.交通信号灯识别技术交通信号灯识别系统包括检测和识别两个基本环节，首先是定位交通信号灯，通过摄像机，从复杂的城市道路交通环境中获取图像，根据交通信号灯的颜色、几何特征等信息，准确定位其位置，获取候选区域；然后是识别交通信号灯，检测算法中，已经获取交通信号灯的候选区域，通过对其分析及特征提取，运用分类算法，实现对其分类识别。

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页7.5汽车先进驾驶辅助系统先进驾驶辅助系统是智能网联汽车的重要组成部分，它除了帮助持续改进在驾驶过程中的安全性和舒适性以外，同时也在不断实现驾驶行为的最优化，如经济驾驶和智能化车流控制。随着先进驾驶辅助系统