搜索
第六章新型汽车技术内容提要6．1电动汽车6．2燃气汽车6．3其它新型清洁燃料汽车6．4太阳能汽车6．5汽车新技术6.6发动机新技术6.1电动汽车6.1.1电动汽车的特点1．电动汽车能广泛地利用各种能源2．能量的利用率高，节约能源3．电动汽车是零排放汽车4．结构简单，维修使用方便5.动力电池寿命短，续驶里程短，价格较贵6.1.2电动汽车类型根据所使用的基本动力能源不同分：蓄电池电动汽车ElectricVehicle(EV)混合动之电动汽车HybridElectricVehicle(HEV)燃料电池汽车FuelCellElectricVehicle(FCEV)。1.蓄电池电动汽车(EV)利用蓄电池作为动力、在市区街道或城间公路上行驶的用电动机驱动的汽车2．混合动力电动汽车(HEV)将电力驱动与辅助动力驱动结合起来的车辆。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机或动力发电机组。3．燃料电池电动汽车(FCEV)采用燃料电池作为电源的电动汽车6.1.3蓄电池电动汽车的基本结构与工作原理1．基本结构：由电池组、控制系统、驱动系统及安全保护系统等组成。(1)电池组的结构由若干单体电池组成．每个单体电池由正极板、负极扳、隔板、电解质和正负接线柱组成(2)控制系统(3)驱动系统a.集中驱动系统由两个永磁电动机组成的双电动机驱动系统b.轮毂驱动系统电动轮驱动系统a)电动轮的外形b)电动轮的基本结构(4)安全保护系统EV的动力电池组具有94～312V的高压直流电，必须设置安全保护系统。在撞车、翻车或线路发生短路时，应有应急处理装置，因此EV必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及时防止故障的发生。2．EV的工作原理当汽车行驶时，电池组输出的直流电经逆变器变为交流电后供入交流电动机，经传动系统驱动车轮。当汽车减速时，车轮带动电动机转动，通过矢量控制使感应电动机成为交流发电机产生电流，再经逆变器将交流电变为直流电向蓄电池组充电。6.1.4混合动力电动汽车的基本结构与工作原理1．HEV的基本结构混合动力电动汽车是在蓄电池电动汽车的基础上加入辅助动力单元组成。辅助动力单元实际上是一个动力发电机组或某种原动机。原动机可以是内燃机、燃气轮机等热机。混和动力电动汽车的分类串联式混合动力汽车SeriesHybridElectricVehicle(SHEV)并联式混合动力汽车ParallelHybridElectricVehicle(PHEV)混联式(串、并联式)混合动力汽车SplitHybridElectricVehicle(PSHEV)串联式混合动力汽车的结构与原理6.1.5燃料电池电动汽车的基本结构与工作原理1．燃料电池电动汽车的基本组成2．燃料电池电动汽车的工作原理3．燃料电池汽车的分类1．燃料电池电动汽车的基本组成(1)燃料电池(2)燃料电池控制系统(3)驱动系统(4)辅助动力系统(蓄电池组)质子交换膜燃料电池工作示意图2．燃料电池电动汽车的工作原理(1)在电动汽车开始行驶时，蓄电池组为驱动系统提供能量，并对燃料电池进行预热，燃料电池动力系统不工作．(2)当氢气供给足够时，燃料电池动力系统起动，由燃料电池动力系统为驱动系统提供能量(3)当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量(4)当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。3．燃料电池汽车的分类按氢气供给方式分为：(1)改质型：其车载液体燃料(甲醇或汽油等)，需利用车载改质装置制造氢气，再供给燃料电池。优点是可使用多种燃料，缺点是结构复杂，体积庞大。(2)非改质型：由车载氢气直接供应燃料电池。车辆构造简单，体积小，质量轻。主要问题是车辆续驶里程短，氢燃料的补给设施费用高。6.2燃气汽车燃气汽车：以燃气为燃料的汽车。燃气汽车类型：目前常用的有压缩天然气汽车(CNGV)和液化石油气汽车(LPGV)。6.2.1CNGV和LPGV的特点1．主要优点(1)有害气体排放低(2)热效率高(3)冷起动性和低温运转性能良好(4)可以燃用稀混合气(5)延长润滑油更换周期2．缺点(1)储运性能差(2)一次充气的续驶里程短(3)ηv降低、混合气热值小，动力性能下降6.2.2CNGV和LPGV的基本结构与原理CNGV或LPGV的发动机，多数是在原汽油机或柴油机的基础上改装而成，除燃料供给系统与化油器式汽油机的汽车有所区别，其余基本相同，因此只讨论CNG和LPG供给系统。1.LPG供给系统2.CNG供给系统CNG燃料供给系统与LPG燃料系统相近。只是系统的压力较高，可达20MPa，因此对储气罐及管路阀门等的要求很高。系统高压检测压力要达到25～30MPa，所以调压器部分相对复杂，分高压调节器和低压调节器。高压调节器使CNG压力降到0.25MPa左右，低压调压器再使气体压力调整到0.097～0.098MPa。其余部分与LPG燃料供给系统相同。CNG供给系统的基本组成6.3其它新型清洁燃料汽车6.3.1醇类燃料汽车1．醇类燃料：甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、丙醇、丁醇及其异构物等。其原料丰富，生产工艺成熟，理化性质及燃烧性能能较好地适应汽车使用的要求。2．醇燃料汽车：以醇燃料发动机为动力的汽车称为醇燃料汽车。6.3.2二甲醚(DME)汽车二甲醚是由H2和CO通过化学反应合成的，可用煤、天然气、生物质或石油等作原料生产，也可以在汽车上安装车载催化甲醇器，由甲醇转换成二甲醚。二甲醚既可以作为甲醇燃料汽车的着火改善剂，又可以单独作为柴油机的清洁燃料使用。6.3.3灵活燃料汽车(FFV)灵活燃料汽车(FFV)主要是指能使用纯汽油、纯醇燃料以及不同比例的汽油及醇燃料的混合燃料汽车。含有85％甲醇或乙醇及15％汽油的混合燃料(M85或E85)的综合性能较好，适用于灵活燃料汽车6.4太阳能汽车太阳能汽车：将太阳能转化为电能的汽车。太阳能汽车特点：太阳能是取之不尽、价格低廉、零污染的理想能源，缺点是要依赖天气，且能量转换效率低，造价高。6.4.1太阳能汽车的基本组成1．太阳能电池组：由一定数量的单体电池串联或并联组成电池方阵。2．向日自动跟踪器：作用是保持太阳电池板正对着太阳，最大限度提高太阳电池板接受太阳辐射能的能力。3．驱动系统：主要有交流异步电动机、永磁电动机、直流电动机，其驱动系统与EV基本相同。4．控制器：主要实现对太阳能电池组进行管理和对电动机的控制，其作用与EV控制系统相同。6.4.2太阳能汽车的工作原理太阳能电池板接受太阳光，并转换成电能．向电动机供电，再用电动机驱动汽车行驶，它实际上是一种电动汽车，其作原理与串联式混合动力汽车(SHEV)基本相同。由于太阳能电池的能量较小，而且受天气的影响，在阴天、下雨时，太阳能电池的转换效率降低或停止，有些太阳能汽车要与蓄电池共同组成太阳能混合动力电动汽车。6.5汽车新技术6.5.1汽车的智能化技术1．汽车自动导航系统1)自动导航意义：自动显示车辆的行驶位置，可对驾驶员选择的目的地给出最佳的行驶路线，还可以方便地实现特殊车辆的跟踪、监视，以及对被盗车辆的定位查找。2)采用的技术：主要有GPS卫星导航技术、航位推算(DeadReckoning)、地图匹配(MapMapping)等。2．车距自动保持系统在车辆行驶过程中，通过安装在车身前部的微波雷达传感器，实现车间距离的自动检测功能，并能自动控制油门和制动装置，与前方车辆保持设定的间距，保证行车安全。3．周边车辆危险报警系统通过车载微波雷达随时对周围车辆的运行状态进行监视，当发现周围的车辆与自己的车辆距离过近时，会自动发出警报，提醒驾驶员注意。4．汽车防碰撞系统由驾驶环境识别、行车状况监测、潜在危险评估、危险情况警示、刹车制动控制系统等组成。5．汽车自动驾驶技术在路面下每隔一定距离埋设专用磁铁，在车辆的前后保险杠上配置磁铁传感器，接受路面专用磁铁的信息反馈；车辆行驶由电脑和传感器监控，交通信息通过车辆和路旁电脑系统交流；实现自动驾驶后，车辆的行驶速度可达到200km／h，车辆之间的车距也可大大缩短。6．驾驶员状态监测系统可对驾驶员在驾驶过程中的精神状态进行监控。通过安装在驾驶员前面的传感器，随时对驾驶员的操作、眼睛的活动进行监视，当发现异常时会报警，严重情况下会自动关闭发动机，以保持驾驶的安全性。7．声控技术随着汽车功能的增加，车内不仅装有收音机、CD机、车载电话等系统，驾驶员还可借助车内设备通过卫星通信设备联通计算机网络，进行上网和收发邮件工作，在这种情况下，进行声音控制就成了必然的选择，驾驶员只要发出相应的命令，就可完成这些操作，从而大大提高了方便性和安全性。8．电子自动控制悬架系统该系统可进一步提高车辆行驶中的稳定性，通过车身上安装的多点传感嚣。不断将道路状况信息传给计算机，计算机根据这些信息分析作出反应，控制车辆的衰减系统。二、半从动悬架人们从改变减振器阻尼入手，将阻尼分为可变的二~三级，这种悬架系统称为半从动悬架。一、传统从动悬架系统三、半主动悬架系统半主动悬架系统是在半从动悬架的基础上，通过ECU进行控制，使减振器阻尼按照行驶状态的动力学要求作无级调节，使其在几毫秒内由最小变到最大，对阻尼变化响应快。从动悬架、半从动悬架及半主动悬架可以利用的阻尼力的变化范围图。电控悬架1、2-空气弹簧元件；3、4-阀门；5-压缩机汽车主动悬架主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力。由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动悬架。主动悬架是一种具有作功能力的悬架，不同于单纯地吸收能量、缓和冲击的传统悬架系统。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时，主动悬架系统能自动调整悬架的刚度，从而同时满足汽车的行驶平顺性、操纵稳定性等各方面的要求。执行器9．电子控制转向系统它能根据发动机转速或车速，改变转向动力放大倍数，可使汽车在停车或低速行驶时转动转向盘所需的力减少；车辆高速行驶时所需的力增大，从而提高车辆的操纵轻便性和行车安全性。电动助力转向（英文缩写EPS）是以电动机作为动力源，根据转向参数、车速等信号，由ECU完成助力控制。EPS由转向传感器、转向器、电磁离合器及ECU等组成。电控转向系统能保证汽车在低速行驶的转向的机动灵活性及高速行驶时的操纵稳定性和可控性，使车身的横摆角速度和侧倾角降低。电控转向系统中设置有故障安全控制功能，以确保转向系统某些部分出现故障时也能连续安全运行。因此，对于高速车辆，发展电动转向已是一种趋势。EPS由电动助力机直接提供转向助力，省却了传统的转向助力泵、转向助力油管、转向助力液罐、转向助力液等，省力达80%。这样，可以节省能量。因不使用助力油，故不会污染环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种工况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有50多年历史的液压转向系统。10．电控四轮驱动技术该技术可充分利用整车的重力来产生的附着力，驱动力大并能防止汽车在较差路面上行驶或爬坡时打滑，避免事故的发生，特别是在汽车高速转弯时，使4WD自动结合，从而提高汽车的安全性。11．汽车电子稳定程序(ESP)该程序负责实时监控汽车的行驶状态，在紧急躲避障碍物或转弯时出现不足转向或过度转向时，自动地向一个或多个车轮施加制动力，使车辆避免偏离理想轨迹。它是ABS系统的提高。ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。对于装配普通制动器的汽车而言，制动时车轮被抱死滑移是不可避免的。理论与实践证明，在平直道路上，汽车制动过程中若前轮先抱死滑移，汽车能够维持直线减速停车，汽车处于稳定状态。如果后轮比前轮提前先抱死，哪怕快半秒，汽车在横向干扰力作用下也将发生甩尾或回转运动，制动车速越高这种现象越严重。所以，后轮先抱死是极易导致车辆失去制动的平稳性。为了防止汽车制动时后轮先制动的事情发生，