第十章汽车未来汽车质量轻量化汽车燃料多样化汽车动力电动化汽

第十章汽车未来汽车质量轻量化汽车燃料多样化汽车动力电动化汽车控制电子化、智能化未来汽车的发展趋势：1第十章汽车未来未来汽车应是节能汽车、采用新能源的汽车、安全汽车、智能汽车未来汽车210.1汽车质量轻量化

汽车自身质量每减少100kg,可节省燃油0.2-0.3L/100km.

在20世纪内，汽车质量轻量化已取得一定的进展。以美国轿车为例：自1976年到1992年，16年来汽车质量减少了300kg.3

10.1汽车质量轻量化为了进一步节省能源，在21世纪内，汽车质量轻量化将进一步得到发展，其主要途经是扩大超轻高强度钢板、铝合金、镁合金和塑料等轻质材料的应用。到2010年，汽车自身质量将减少8%。4

10.1汽车质量轻量化一、采用超轻高强度钢板

世界多家汽车大公司均已掌握了应用超轻高强度钢板制造汽车零部件的相关工艺技术，除汽车的主要部件采用超轻高强度钢材外，汽车附件也逐步开始采用超轻高强度钢板。汽车采用这种钢板制造，其自身质量可减少25%-30%。5

10.1汽车质量轻量化二、采用铝合金

多年来，铝就以其质量小、易于回收利用等优点而被广泛用于汽车（尤其是轿车）的制造，例如车轮和发动机零部件，而奥迪A8的车架就是用铝合金做成的。6

10.1汽车质量轻量化7

10.1汽车质量轻量化发展趋势表明，不仅轿车越来越多地使用铝，而且商用车也是如此，在商用车上、铝活塞、铝散热器已十分普及，汽车制动系部件，如空压机、各类控制阀等也是用铝制造的。8

10.1汽车质量轻量化今后，大客车也将越来越多地使用铝车轮，这对减少这一类汽车的自身质量将发挥很大的作用。据预测2010年，80%的汽车发动机将采用铝气缸盖，35%的汽车发动机将采用铝合金气缸。9

10.1汽车质量轻量化三、采用镁或镁合金

镁是地球上储量最丰富的轻金属之一，比重比铝还轻1／3，强度、刚度却比铝和钢都高，特别是易于再生利用，被誉为21世纪绿色工程材料，被广泛运用于汽车、摩托车等方面，镁合金具有良好的阻尼减振性能，是汽车轻量化首选材料。从90年代起，汽车镁合金配件使用的年增长率达20％。10

10.1汽车质量轻量化四、采用塑料

塑料用于制造汽车一些零部件，最突出的优点是质量小、易于成形加工和价格低廉。能吸收撞击能量，可提高汽车的舒适性。能减少自重，降低成本。11

10.1汽车质量轻量化应用塑料的汽车零件越来越多，如车身覆盖件、保险杠、车顶棚、驾驶室内饰、燃油箱等。汽车上应用的塑料有聚丙烯、聚氨脂、聚氯乙烯等。12

10.1汽车质量轻量化五、车用碳纤维复合材料

碳纤维材料在工业上有着重要的使用价值。它无毒、无爆炸危险、抗腐蚀能力强。工业生产上常用碳纤维材料代替黄金，是一种航天材料。碳纤维材料能吸收撞击能量，可提高汽车的舒适性，能减少自重，降低成本。13

10.1汽车质量轻量化用碳纤维材料费制造的车架刚度极高，重量比其它任何车架都要轻，重心也可以造得很低。碳纤维的刚度不仅有利于操控，对提高安全性也有很大的作用。14

10.1汽车质量轻量化典型例子是在95年，宝马的总裁驾驶一部MCLARENF1（街道版）满载3人在德国的公路上以280公里时速失控，冲出公路后再翻滚无数圈后才停车，车上3人居然只受了轻伤。当时全车外壳尽毁，但车架和坐舱仍保持完好的形状，如非碳纤维车架肯定是招架不住的。这也是一级方程式赛车至今沿用它的原因之一。15

10.2汽车燃料多样化能源消耗的迅速增加，是社会生产力迅速发展和人类物质生活水平不断提高的标志，但同时也使我们面临着能源枯竭的困境。在地下经历数百万年甚至数千万年才形成的煤和石油，总有一天会被我们采尽掘光！在世界常规能源中，除煤炭因储量较多尚可维持较长时间外，目前已探明的石油储量仅够开采40年，天然气仅可开采50年。16

10.2汽车燃料多样化石油制品汽油和柴油是目前汽车的基本能源（占45%），但是石油资源将要耗尽，同时它对环境污染也是很严重的。因此未来汽车必须开发代用燃料，改善能源结构，减少对环境的污染。17

10.2汽车燃料多样化

天然气的主要成分是甲烷。按储存的压力和形态，天然气有常压气态、高压气态和液压之分，分别称为常压天然气、压缩天然气（CNG）一、压缩天然气汽车18

10.2汽车燃料多样化

压缩天然气存储方式是天然气目前应用的主要形式。主要成分为甲烷的压缩气体燃料称为压缩天然气。采用压缩天然气为燃料的汽车称为压缩天然气汽车。压缩天然气汽车发动机的燃料供给系统与汽油机不同，包括压缩天然气钢瓶、截止阀、压力表、电磁阀、减压阀、混合器等。美国近三年来以38％的速度在增长19

10.2汽车燃料多样化据统计，到２００２年，我国北京、天津、上海、重庆等１２个清洁汽车应用试点示范城市（地区）燃气汽车保有量为１５.３万辆，加气站４８６座。而到２００３年１０月，我国１６个重点推广应用燃气汽车的城市中燃气汽车的保有量达到已达１９万辆，建成加气站５６０多座。作为环保汽车的代表车型之一，以天然气为原料的燃气汽车正快速地驶入中国人的生活。

GB18047-2000《车用压缩天然气》等国家标准也已发布实施20

10.2汽车燃料多样化

车用液化石油气，是以丙烷、丁烷为主要成分的石油产品，采用液化石油气为燃料的汽车称为液化石油气汽车。发动机燃料供给系包括储气瓶、电磁阀、预热器、混合器等。据统计，到1997年底，世界有液化石油气汽车为401.1万辆。我国汽车用液化石油气的行业标准为SY7548-1998《汽车用液化石油气》。二、液化石油气汽车（LPG）21

使用压缩天然气燃料的汽车22

10.2汽车燃料多样化天然气（液化石油气）汽车加气站23

10.2汽车燃料多样化24

10.2汽车燃料多样化25

10.2汽车燃料多样化（1）污染少

据统计，目前各大城市汽车尾气排放是造成城市空气污染的主要原因，它占了空气污染源总量的60%以上，将汽车燃料由汽（柴）油改为天然气后，尾气污染会明显减少。用天然气（液化石油气）替代汽（柴）油的优点：26

10.2汽车燃料多样化与汽油相比，天然气汽车尾气中，

CO减少97%，

HC减少72%，

NOX减少39%，

CO2减少24%，

SO2减少90%，汽车噪音亦可降低40%，天然气是汽车最佳的清洁燃料

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10.2汽车燃料多样化（2）运行费用低

按汽油3元/kg,天然气1.5元/m3计，天然气汽车与汽油汽车相比较，可节省费用约0.26元/km。若将汽油车改装为双燃料汽车所需费用为6000-10000元/辆，正常运行情况下，一年时间即可收回改装费用。28

10.2汽车燃料多样化

醇类汽车是指以甲醇或乙醇为燃料的汽车。世界上第一台内燃机是以乙醇为燃料的，到20世纪70年代后醇类汽车才受到重视。目前有40多个国家和地区开发和应用了醇类汽车，尤其在盛产甘蔗的巴西，大部汽车燃用纯乙醇或搀兑约20%的乙醇。在美国，商用汽油含有10%的乙醇，2000年前，美国加州有三分之一的汽车燃用甲醇。三、醇类汽车29

10.2汽车燃料多样化与汽油相比，醇类燃料汽车尾气中，CO减少50-70%，HC减少20-50%，NOX减少30-50%，运行费用低。甲醇可由一氧化碳和氢气合成制得，因此它可从煤、天然气和油页岩制取。乙醇可利用发酵的方法，从甘蔗、玉米、薯类等农作物及木质纤维素中提取。可再生能源30

10.2汽车燃料多样化在21世纪甲醇仍将是汽车的一种燃料，但不可能有很大的发展，在某些国家和地区醇类燃料只能作为石油代用燃料的局部补充。我国以甲醇作为燃料汽车的试验研究是“九五”代用燃料汽车技术发展的重要组成部分，并在甲醇轻型客车产品开发、配套加气站建设、运行试验等方面已取得重要成果。31

10.2汽车燃料多样化

氢气汽车指用氢气直接作为燃料的汽车，以氢气为原料的燃料电池汽车也是氢气汽车，但归属电动汽车更适宜。氢气在汽车上应用的主要问题是氢气的来源和储带。地球上氢气储量十分丰富，但制取氢气的成本太高。氢气在汽车上储带十分不便。四、氢气汽车32

10.2汽车燃料多样化金属氢化物储带方式进展较大，似有好的前景。除氢气储带是氢气汽车发展的难题外，还需要开发专用发动机。氢气汽车的现状与前景是：仍处于基础研究阶段，有希望成为未来汽车的重要组成部分，但前景尚难估量。33

10.2汽车燃料多样化

21世纪的汽车能源将打破石油占据绝对优势的局面，石油燃料汽车虽然在近几十年之内仍然还会保持惯性领先，但由于天然气汽车、液化石油汽车、醇类汽车继而电动汽车的迅速发展，就整个21世纪而言，呈现在人们面前的是汽油汽车、柴油汽车、天然气汽车、液化石油气汽车、醇类汽车、电动汽车或氢气汽车等多种能源汽车活跃的多极化模式。34

10.2汽车燃料多样化

2010年前，有5%的汽车将以高纯度乙醇为燃料，有2%的汽车将采用天然气或液化石油气，有10%的汽车将采用电力驱动。21世纪中叶之后，上升势头最猛的非电动汽车莫属。到21世纪末，汽油汽车和柴油汽车可能已经或即将退出历史舞台，天然气汽车和液化石油也成了强孥之末，如果没有氢气汽车这一潜在的黑马杀出，电动汽车势必稳取汽车世界的霸主宝座。35

电动汽车是指以电能为动力的汽车。在蒸汽汽车与内燃汽车两个时代交替的阶段就出现了电动汽车。在福特汽车公司大批量生产T形汽油车之后，由于电动汽车自身问题出现了一些难题,应用受到限制.10.3汽车能源电动化36

10.3汽车能源电动化一、汽车史上美丽的慧星

1881年，在巴黎举行的国际电器展览会上，法国人古斯塔夫·特鲁夫展出一辆能实际操纵的电动三轮汽车。这是世界上第一辆真正意义上的电动汽车，比本茨发明的第一辆内燃汽车早5年。37

10.3汽车能源电动化早在1873年，英国的罗伯特·戴维森就开始研制电动汽车，随着西欧各国相继生产出各种电动汽车，到19世纪末，电动汽车在欧洲已相当普及。

1898年，欧洲的每14辆出租汽车中就有电动汽车13辆。早期的车赛，多次使用电动汽车。在当时，电动汽车也创造出一些惊人的车速。如1899年，比利时人卡米·乔纳寿驾驶的雪茄形电动汽车创造出车速150km/h的最高纪录；1900年，英国人哈特制造的电动汽车，每个车轮上都装有一个电动机来驱动，车速80km/h。38

10.3汽车能源电动化当时，电动汽车所用的蓄电池的能量受到很大限制，每行驶很短的距离就要充一次电，这对长途行驶很不利。而且，蓄电池充电费用相当高，当时一年的充电费用相当于买一辆新车的价格。所以，电动汽车在汽车出现初期只不过是一颗美丽的慧星。这颗慧星在100多年以后的今天又回到了汽车世界灿烂的星空。39

10.3汽车能源电动化40

10.3汽车能源电动化

二、电动汽车的崛起

从1881年第一辆电动汽车问世以来，曾经显赫一时，也曾经笼罩在燃油汽车的阴影之下，几乎被人忘记。直到20世纪70年代，石油危机和环境污染日益成为人们的关注焦点以来，电动汽车的发展才又掀起了新的高潮。41

10.3汽车能源电动化将其他能源转变为电能并储存于蓄电池做为汽车的动力源，这是电动汽车的基本形式。另一种电动汽车形式是以燃料电池为动力源，它是在汽车上将燃料送入一种特殊的电池——燃料电池转变为电能，这种电动汽车与前一种电动汽车的区别是汽车上必须携带燃料。因目前电动汽车的一次充电续驶里程短，则有将蓄电池和内燃机联合使用的混合动力电动汽车。电动汽车有蓄电池式和燃料电池式两种形式42

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沃尔沃C30充电概念车

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电动公交汽车45

电动汽车专用电池46

10.4汽车能源电动化电动汽车专用异步电机

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10.3汽车能源电动化电动汽车尚有许多具体技术难题需要解决，从20世纪70年代开始，许多国家研制开发电动汽车作为研制的重点。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置。48

10.3汽车能源电动化燃料电池具有能量转化率高、燃料多样化、对环境污染小等优点，所以燃料电池开发倍受重视。

20世纪末国际上形成了燃料池开发热潮，美英德都投入了大量资金，列为重大项目开发燃料电池。49

10.3汽车能源电动化50

10.3汽车能源电动化奔驰A级燃料电池汽车51

10.3汽车能源电动化宝马H2R燃料电池汽车52

10.3汽车能源电动化53

10.3汽车能源电动化上海汽车的燃料电池汽车--超越1号54

10.3汽车能源电动化

氢能燃料电池汽车驶上长安街55

10.3汽车能源电动化燃料电池电动汽车商业化的难题一是降低成本、二是解决氢源问题。混合动力汽车仅作为一种过渡。目前，世界上电动汽车的开发工作进展很快，混合动力汽车、电动汽车技术取得突破性进展，正在走向实用阶段。56

10.3汽车能源电动化雷克萨斯2008款GS450h

动力能源：车载电力、汽油，绿色指数：★★★★☆，此车的具体混合动力配置还没有确切消息，有低油耗、低排放的特征。57

10.3汽车能源电动化欧宝Flextreme概念车

动力能源：车载电力、柴油，绿色指数：★★★★☆，Flextreme在充满电的情况下，行驶范围大约是100公里，配合柴油发动机时，会增加到775公里。此概念车由氢动力驱动，排放污染为零。58

10.3汽车能源电动化太阳能电池汽车太阳能电池在汽车上的应用，为寻求未来的汽车动力系统开辟了一条新途径。太阳能汽车最高时速可达200公里，可连续行驶300－400公里。利用太阳能产生动力的方法有两种：太阳能---热能---动能太阳能---电能---动能59

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10.3汽车能源电动化61

10.3汽车能源电动化62

10.3汽车能源电动化63

10.4汽车能源电动化64

10.4汽车能源电动化65

10.4汽车能源电动化66

10.4汽车能源电动化67

10.3汽车能源电动化68

10.4汽车能源电动化69

10.3汽车能源电动化70

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10.4汽车能源电动化76

10.4汽车能源电动化77

随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。汽车电子技术是汽车技术与电子技术结合的产物。可以说，今天的汽车已进入电子控制时代。目前，采用电子装置的程度已成为衡量汽车技术水平的一个重要指标。未来汽车市场的竞争是汽车电子化的竞争。10.4

汽车控制电子化智能化78

10.4

汽车控制电子化智能化汽车将由单纯的机械产品，成为机电信息一体化高科技智能产品，“电子汽车”、“智能汽车”是大势所趋。汽车电子的应用可概括为：从应用电子部件开始，经独立的电子控制装置，向电子控制整车化、智能化的方向发展。79

10.4

汽车控制电子化智能化

20世纪50年代人们开始在汽车上安装电子管收音机，这是电子技术在汽车上应用的最初雏形。

1959年晶体管收音机问世后，很快在汽车上得到了应用。20世纪60年代初，汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管电压调节器。到20世纪60年代中期，汽车上开始采用晶体管点火系统。一、从汽车应用电子部件开始80

10.4

汽车控制电子化智能化

汽车上应用电子技术是在20世纪70年代以后，主要是为了解决节油、环保和安全问题。电子控制汽油喷射、电控点火系统、排放净化控制系统、电子控制自动变速器、电子控制汽车制动防抱死装置、电子控制车高自动调节系统、电子控安全带、电子控制安全气囊等相继在轿车上应用。二、独立的各种电子控制装置在汽车上应用81

10.4

汽车控制电子化智能化电子控制汽油喷射电子控制自动变速器1电子控制自动变速器2电子控制自动变速器3电子控制操控系统2电子控制操控系统182

10.4

汽车控制电子化智能化电子控制安全气囊1电子控制安全气囊283

10.4

汽车控制电子化智能化电子控制安全气囊384

10.4

汽车控制电子化智能化电子控制安全气囊485

电子控制安全气囊586

10.4

汽车控制电子化智能化电控安全带1电控安全带287

10.4

汽车控制电子化智能化抗疲劳驾驶：日本发明能探测犯困的汽车座椅88

10.4

汽车控制电子化智能化沃尔沃汽车率先推出了一种协助防止酒后驾车的创新性系统———禁酒闭锁系统（Alcoguard）如果车辆装备了这项系统，要是侦测到了驾驶员饮酒量超标，它将让汽车立刻无法启动！套禁酒闭锁系统利用了燃料电池技术，在汽车启动前，司机必须先向无线手持设备呼气，如果设备检测到司机血液酒精浓度超过了每升0.2克，发动机将不会启动。而且由于传感器很先进，想用外部气体比如打气筒喷出的空气来欺骗系统是不可能的。89

10.4

汽车控制电子化智能化电子控制汽车制动防抱死装置电子控制悬挂装置90

10.4

汽车控制电子化智能化

汽车电子化的发展方向将是各控制系统由分散转向集中，逐渐形成一个整车电子控制系统，即由中央计算机集中控制微处理器、传感器和执行器。三、汽车电子控制整车化、智能化91

10.4

汽车控制电子化智能化丰田公司名为I-Real的概念车。这是一款单座位汽车，看起来却像是一张舒